JP2011062971A - 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法において、ペレット溶解時に強化繊維が容易に解けて成形品中に強化繊維を均等に分散させることができるペレットを生産性良く製造する。
【解決手段】
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１の製造方法は、溶融された熱可塑性樹脂５浴中に含浸させられた複数の強化繊維束３に対して、強化繊維束３同士を撚り合わせながら熱可塑性樹脂５浴中から引き抜くことで強化繊維の周りに熱可塑性樹脂５が被覆されたストランド８を形成し、ストランド８を所定長さに切断してペレット１を得るものであり、熱可塑性樹脂の溶融粘度をメルトフローレート＝５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、ストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを０°＜θ≦５０°として、ストランド８を引き抜くことを特徴とするものである。
【選択図】図３
【解決手段】
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１の製造方法は、溶融された熱可塑性樹脂５浴中に含浸させられた複数の強化繊維束３に対して、強化繊維束３同士を撚り合わせながら熱可塑性樹脂５浴中から引き抜くことで強化繊維の周りに熱可塑性樹脂５が被覆されたストランド８を形成し、ストランド８を所定長さに切断してペレット１を得るものであり、熱可塑性樹脂の溶融粘度をメルトフローレート＝５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、ストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを０°＜θ≦５０°として、ストランド８を引き抜くことを特徴とするものである。
【選択図】図３
Description
本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法に関するものである。
繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）は、軽量で強度に優れているため、車両や船舶の外装などによく用いられている。特に、繊維強化熱可塑性樹脂の中でも繊維長の長い強化繊維が含有されている長繊維強化熱可塑性樹脂（ＬＦＲＴＰ）は、耐衝撃性や剛性に優れているので、近年は自動車のバンパーやボディに多用されるようになってきている。
このような長繊維強化熱可塑性樹脂の成形品はペレットを溶解した樹脂材料から製造されており、ペレットには繊維長の長い強化繊維が分散されて配合されている。例えば、特許文献１には、溶融された熱可塑性樹脂浴中に含浸させられた複数のガラスロービングのような強化繊維束に対して、強化繊維束同士を撚り合わせながら熱可塑性樹脂浴中から引き抜くことで強化繊維の周りに熱可塑性樹脂が被覆されたストランドを形成し、ストランドを所定長さに切断してペレットを得るペレットの製造方法が開示されている。
このような長繊維強化熱可塑性樹脂の成形品はペレットを溶解した樹脂材料から製造されており、ペレットには繊維長の長い強化繊維が分散されて配合されている。例えば、特許文献１には、溶融された熱可塑性樹脂浴中に含浸させられた複数のガラスロービングのような強化繊維束に対して、強化繊維束同士を撚り合わせながら熱可塑性樹脂浴中から引き抜くことで強化繊維の周りに熱可塑性樹脂が被覆されたストランドを形成し、ストランドを所定長さに切断してペレットを得るペレットの製造方法が開示されている。
このペレットの製造方法では、熱可塑性樹脂浴の下流側に一対の引取ロールが配備されており、これらのロール同士はストランドの引き抜き方向に対して互いに異なる方向に傾斜するように配備されている。それゆえ、特許文献１のペレットの製造方法では、これらのロール間に強化繊維束を挟み込むことで強化繊維束に撚りが加えられたストランドが中間体として製造される。
このようにして引き抜かれた中間体のストランドは、撚り合わせによって強化繊維束同士が固く締まっており、ストランドの中央側に強化繊維束が固まっている。そして、中央側の強化繊維束の回りを熱可塑性樹脂が取り囲むように被覆している。それゆえ、ストランドをダイスから引き抜くときには、熱可塑性樹脂が潤滑の役割を担ってストランドの引き抜きを助け、また強化繊維がダイスに接触してストランドの引き抜きの抵抗となることもない。その結果、強化繊維を平行に引き抜く従来の製造方法に比べて小さい力でもストランドを引き抜くことができ、ストランドの引き抜き抵抗が小さいのでペレットの生産速度を大きくすることができるという長所を備えている。
また、撚りを加えて製造する特許文献１の製造方法では、強化繊維束が撚り合わせで締め付けられて嵩減りするので、強化繊維の含有量を容易に増加させることができ、強化繊維を平行に引き抜く従来の製造方法に比べて強化繊維の含有率を高くすることができるという長所も備えている。
ところが、強化繊維の表面を被覆する熱可塑性樹脂の溶融粘度を低くすればするほど、熱可塑性樹脂は撚られた強化繊維の内部にまで浸透し難くなる傾向がある。それゆえ、熱可塑性樹脂に溶融粘度が低いものを用いると、強化繊維の内部に熱可塑性樹脂が含浸しなかった部分が残り易くなる。そして、熱可塑性樹脂が含浸しなかった部分が冷却後のストランドやペレットの内部に空隙として残り、ペレットを溶解させるとマスターバッチ中に気泡が発生しやすくなる。その結果、溶融粘度が低い熱可塑性樹脂を用いると、成形品に外観不良を起こしやすくなるという問題がある。
また、強化繊維を撚り合わせる方法では、ストランドの引き抜き速度を高くしていくと、強化繊維がストランドの内部で固く引き締まってしまうことがある。このように固く締まった強化繊維はペレットを溶解させてもほどけ難く、成形品中に強化繊維がうまく分散せずに成形品の機械特性を悪化させるという問題もある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、強化繊維が高い含有率で含まれたペレットを生産性良く製造できるものでありながら、ペレット溶解時に強化繊維が容易に解けて成形品中に強化繊維を均等に分散させることができ、成形品の機械特性や外観を損なうことがない長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、強化繊維が高い含有率で含まれたペレットを生産性良く製造できるものでありながら、ペレット溶解時に強化繊維が容易に解けて成形品中に強化繊維を均等に分散させることができ、成形品の機械特性や外観を損なうことがない長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明は次の技術的手段を講じている。
即ち、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法は、溶融された熱可塑性樹脂浴中に含浸させられた複数の強化繊維束に対して、当該強化繊維束同士を撚り合わせながら熱可塑性樹脂浴中から引き抜くことで強化繊維の周りに前記熱可塑性樹脂が被覆されたストランドを形成し、当該ストランドを所定長さに切断してペレットを得る長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂のメルトフローレートを５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、前記ストランドの引き抜き方向に対する強化繊維束の撚り角θを０°＜θ≦５０°として、前記ストランドを引き抜くことを特徴とするものである。
即ち、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法は、溶融された熱可塑性樹脂浴中に含浸させられた複数の強化繊維束に対して、当該強化繊維束同士を撚り合わせながら熱可塑性樹脂浴中から引き抜くことで強化繊維の周りに前記熱可塑性樹脂が被覆されたストランドを形成し、当該ストランドを所定長さに切断してペレットを得る長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法であって、前記熱可塑性樹脂のメルトフローレートを５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、前記ストランドの引き抜き方向に対する強化繊維束の撚り角θを０°＜θ≦５０°として、前記ストランドを引き抜くことを特徴とするものである。
なお、長繊維強化熱可塑性樹脂とは、強化繊維の中でも長い樹脂、本発明の場合では３〜２５ｍｍの繊維長を有する強化繊維を用いて熱可塑性樹脂を強化しているという意味である。
発明者らは、強化繊維の内部にまで十分に浸透し難いようなメルトフローレート（溶融粘度）が５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎと低い熱可塑性樹脂を用いていても、強化繊維束を撚り合わせる際の撚り角を調整すれば強化繊維を固く締まり込まなくなるのではないかと考えた。そして、撚り角θが０°＜θ≦５０°となるように強化繊維束を撚り合わせることで、成形品の機械特性や外観を損なうことなく、強化繊維が高い含有率で含まれたペレットを生産性良く製造できることを知見して、本発明を完成させたのである。
発明者らは、強化繊維の内部にまで十分に浸透し難いようなメルトフローレート（溶融粘度）が５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎと低い熱可塑性樹脂を用いていても、強化繊維束を撚り合わせる際の撚り角を調整すれば強化繊維を固く締まり込まなくなるのではないかと考えた。そして、撚り角θが０°＜θ≦５０°となるように強化繊維束を撚り合わせることで、成形品の機械特性や外観を損なうことなく、強化繊維が高い含有率で含まれたペレットを生産性良く製造できることを知見して、本発明を完成させたのである。
上述のような方法によれば、前記強化繊維が５０〜９０重量％含有されているような、強化繊維の含有率が高いペレットを容易に製造することができる。また、前記ストランドを、前記引き抜き方向に対して８０〜１００ｍ／ｍｉｎとなるような高い生産速度で引き抜くことが可能となる。
なお、前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、前記強化繊維束がガラスロービングであるのが好ましい。
なお、前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、前記強化繊維束がガラスロービングであるのが好ましい。
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法によれば、強化繊維が高い含有率で含まれたペレットを生産性良く製造できるものでありながら、ペレット溶解時に強化繊維が容易に解けて成形品中に強化繊維を均等に分散させることができ、成形品の機械特性や外観を損なうことがない。
以下、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１の製造方法を、図面に基づき詳しく説明する。まず、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１の製造方法に用いられるペレット製造装置２について説明する。
図１に示されるように、ペレット製造装置２は、強化繊維束３が巻き回された複数のコイル４と、原料である熱可塑性樹脂（以下、樹脂５という）を混練溶解させる混練押出機６と、コイル４から送り出された強化繊維束３に混練押出機６で可塑化された樹脂５を被覆する樹脂含浸ヘッド７とを備えている。また、ペレット製造装置２は、樹脂含浸ヘッド７で樹脂５が被覆された強化繊維束３（ストランド８）を冷却する冷却装置９と、冷却装置９の下流側に配備されてストランド８を引き取る引取装置１０と、冷却されたストランド８を所定長さに切断するカッタ１１とを備えている。
図１に示されるように、ペレット製造装置２は、強化繊維束３が巻き回された複数のコイル４と、原料である熱可塑性樹脂（以下、樹脂５という）を混練溶解させる混練押出機６と、コイル４から送り出された強化繊維束３に混練押出機６で可塑化された樹脂５を被覆する樹脂含浸ヘッド７とを備えている。また、ペレット製造装置２は、樹脂含浸ヘッド７で樹脂５が被覆された強化繊維束３（ストランド８）を冷却する冷却装置９と、冷却装置９の下流側に配備されてストランド８を引き取る引取装置１０と、冷却されたストランド８を所定長さに切断するカッタ１１とを備えている。
コイル４は強化繊維束３の線材が巻き回されたものである。強化繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミドなどの有機合成樹脂、鋼線などの金属繊維を用いることができ、本実施形態ではこの強化繊維束３としてガラスロービング１２が用いられている。ガラスロービング１２は、直径４〜３０μｍのガラスモノフィラメントをロービング番手が１０００〜４０００ｔｅｘとなるように複数集束して円筒状に巻き取ったものであり、本実施形態ではこのガラスロービング１２が３巻備えられている。
混練押出機６は、内部が空洞とされたチャンバ１３内に混練翼を備えたスクリュシャフト（図示略）を回転自在に備えており、ホッパ１４から投入された樹脂５の原料を溶解して可塑化している。可塑化された樹脂５は樹脂含浸ヘッド７に送られる。
混練押出機６に供給される樹脂５（強化繊維を被覆する樹脂５）としては、ポリプロピレンやポリエチレンのようなポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートのようなポリエステル系樹脂、ナイロンのようなポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール、またはポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性の樹脂であり、本実施形態ではポリプロピレン系樹脂が用いられている。
混練押出機６に供給される樹脂５（強化繊維を被覆する樹脂５）としては、ポリプロピレンやポリエチレンのようなポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレートのようなポリエステル系樹脂、ナイロンのようなポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリアセタール、またはポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性の樹脂であり、本実施形態ではポリプロピレン系樹脂が用いられている。
樹脂５には、シランカップリング剤（強化繊維に対する接着性向上剤）、反応性希釈剤（耐衝撃性等のペレットの機械的特性を改善する添加剤）、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、難燃剤、充填剤、または着色用顔料などを適宜加えることもできる。
樹脂含浸ヘッド７は、上下方向に沿う軸心回りに円筒状に形成されており、その中空な内部には混練押出機６で可塑化された樹脂５が貯められている。樹脂含浸ヘッド７の上端は上方に向かって開口しており、この開口から貯められた樹脂５内に強化繊維束３を引き込めるようになっている。樹脂含浸ヘッド７の内部には、上下方向に距離をあけて複数（本実施形態では５本）の含浸ロール１５が設けられており、これらの含浸ロール１５を順に通過する間に上端の開口から引き込まれた強化繊維束３がほどけて内部に可塑化された樹脂５が含浸される構造となっている。樹脂含浸ヘッド７の下端側には、樹脂５が含浸させられた強化繊維束３を外部に引き抜く出口１６が形成されており、この出口１６には強化繊維の周りに樹脂５を賦形してストランド８を形成するダイス１７が設けられている。
樹脂含浸ヘッド７は、上下方向に沿う軸心回りに円筒状に形成されており、その中空な内部には混練押出機６で可塑化された樹脂５が貯められている。樹脂含浸ヘッド７の上端は上方に向かって開口しており、この開口から貯められた樹脂５内に強化繊維束３を引き込めるようになっている。樹脂含浸ヘッド７の内部には、上下方向に距離をあけて複数（本実施形態では５本）の含浸ロール１５が設けられており、これらの含浸ロール１５を順に通過する間に上端の開口から引き込まれた強化繊維束３がほどけて内部に可塑化された樹脂５が含浸される構造となっている。樹脂含浸ヘッド７の下端側には、樹脂５が含浸させられた強化繊維束３を外部に引き抜く出口１６が形成されており、この出口１６には強化繊維の周りに樹脂５を賦形してストランド８を形成するダイス１７が設けられている。
冷却装置９は、樹脂含浸ヘッド７から引き抜かれたストランド８を冷却するものであり、樹脂含浸ヘッド７の下流側に配備されている。冷却装置９は、内部に冷却水１８が貯められた水槽であり、ストランド８の表面に被覆された可塑状態にある樹脂５を冷却水１８中に導いて冷却できるようになっている。冷却装置９で冷却されたストランド８は、引取装置１０に送られる。
引取装置１０は、互いに外周面で接触する上下一対の引取ロール１９Ｕ、１９Ｄを有している。これら上下一対の引取ロール１９Ｕ、１９Ｄは、ストランド８を挟んで下流側に送り出せるように、互いに異なる回転方向に回転している。
図２に示されるように、上下一対の引取ロール１９Ｕ、１９Ｄは、ストランド８の引き取り方向に対して傾斜した方向を向くように配備されており、上下の引取ロール１９Ｕ、１９Ｄ同士が互いに等しい角度で且つ異なる方向を向くようになっている。すなわち、上側の引取ロール１９Ｕが引き取り方向に対して上方から見た場合に反時計回りに傾斜角θだけ傾く場合には、下側の引取ロール１９Ｄは引き取り方向に対して時計回りに傾斜角θだけ傾くようになっている。それゆえ、引取ロール１９間にストランド８を挟み込むと、ストランド８に対して軸心回りにねじれ方向の力が加わり、ストランド８に引取ロール１９の傾斜角θに相当する撚り角θの撚りが加わることになる。
図２に示されるように、上下一対の引取ロール１９Ｕ、１９Ｄは、ストランド８の引き取り方向に対して傾斜した方向を向くように配備されており、上下の引取ロール１９Ｕ、１９Ｄ同士が互いに等しい角度で且つ異なる方向を向くようになっている。すなわち、上側の引取ロール１９Ｕが引き取り方向に対して上方から見た場合に反時計回りに傾斜角θだけ傾く場合には、下側の引取ロール１９Ｄは引き取り方向に対して時計回りに傾斜角θだけ傾くようになっている。それゆえ、引取ロール１９間にストランド８を挟み込むと、ストランド８に対して軸心回りにねじれ方向の力が加わり、ストランド８に引取ロール１９の傾斜角θに相当する撚り角θの撚りが加わることになる。
この引取ロール１９によって加えられる撚りは、樹脂含浸ヘッド７の内部に配備された一番下側の含浸ロール１５よりも下流側のストランド８全体に加わるため、一番下側の含浸ロール１５を通過した強化繊維束３に対してもダイス１７を通過するまでの間に撚りが生じる。その結果、ダイス１７から引き出されたストランド８は、樹脂含浸ヘッド７内で撚られた強化繊維の周りに熱可塑性樹脂５が被覆されたものとなる。
カッタ１１は、引取装置１０の下流側に配備されており、冷却装置９で冷却されたストランド８を所定長さ（例えば３〜１０ｍｍ）に切断できるようになっている。カッタ１１は、軸心回りに回転する円筒状の本体２０の外周面に、接線方向に対して傾斜した刃部２１を周方向に所定の間隔をあけて複数備えている。それゆえ、ストランド８を刃部２１に当てながらカッタ１１を回転させると、カッタ１１によりストランド８が刃部２１の間隔に応じた所定長さに切断される。
このようにして得られたペレット１は、射出成形前に溶解させられると共に希釈用の樹脂５で必要に応じて適宜希釈されて射出成形用のマスターバッチとして用いられる。
本発明の製造方法は、熱可塑性樹脂５の溶融粘度をメルトフローレート＝５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、ストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを０°＜θ≦５０°としてストランド８を引き抜くことを特徴としている。
本発明の製造方法は、熱可塑性樹脂５の溶融粘度をメルトフローレート＝５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、ストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを０°＜θ≦５０°としてストランド８を引き抜くことを特徴としている。
メルトフローレート（熱可塑性樹脂５の溶融粘度）は、熱可塑性樹脂５の可塑状態の流動性を示す指標であり、ＪＩＳ Ｋ ７２１０（プラスチック−熱可塑性プラスチックのメルトマスフローレイト）に規定されている。
本発明の製造方法では、樹脂５をメルトフローレートが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎとなるように調整している。メルトフローレートが５００ｇ／１０ｍｉｎ未満となると樹脂５の流動性が悪くなって強化繊維の内部まで樹脂５が含浸しにくくなる。一方、メルトフローレートが１５００ｇ／１０ｍｉｎより高くなると樹脂５の粘度が低すぎて強化繊維に樹脂５が付着し難く（被覆され難く）なる。
本発明の製造方法では、樹脂５をメルトフローレートが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎとなるように調整している。メルトフローレートが５００ｇ／１０ｍｉｎ未満となると樹脂５の流動性が悪くなって強化繊維の内部まで樹脂５が含浸しにくくなる。一方、メルトフローレートが１５００ｇ／１０ｍｉｎより高くなると樹脂５の粘度が低すぎて強化繊維に樹脂５が付着し難く（被覆され難く）なる。
ところで、この樹脂５のメルトフローレートは、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１に使われる樹脂５の値としては高い範囲に設定されており、強化繊維の表面を被覆する樹脂５の溶融粘度としては低くなっている。
このように溶融粘度が低い樹脂５を用いると、溶融粘度が低い熱可塑性樹脂５は撚られた強化繊維の内部にまで十分に浸透し難いため、強化繊維の内部に熱可塑性樹脂５が含浸しなかった部分を残したままストランド８が冷却されてしまうことになる。その結果、熱可塑性樹脂５が含浸しなかった部分がペレット１の内部に空隙として残り、今度はペレット１を溶解させた樹脂５中に気泡が発生しやすくなって、成形品に外観不良を起こしやすくするという問題がある。
このように溶融粘度が低い樹脂５を用いると、溶融粘度が低い熱可塑性樹脂５は撚られた強化繊維の内部にまで十分に浸透し難いため、強化繊維の内部に熱可塑性樹脂５が含浸しなかった部分を残したままストランド８が冷却されてしまうことになる。その結果、熱可塑性樹脂５が含浸しなかった部分がペレット１の内部に空隙として残り、今度はペレット１を溶解させた樹脂５中に気泡が発生しやすくなって、成形品に外観不良を起こしやすくするという問題がある。
そこで、本発明では、熱可塑性樹脂５のメルトフローレートを５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整するだけでなく、上述のようにストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを０°＜θ≦５０°、好ましくは１０°≦θ≦４０°としてストランド８を引き抜くようにしている。
このようにストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを調整するのは、以下の理由による。
このようにストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを調整するのは、以下の理由による。
すなわち、図３（ｃ）に示されるように強化繊維束３の撚り角θを０°とすると、強化繊維に撚りが加わらなくなるので、強化繊維がストランド８の引き取り方向に沿って平行に揃えられた状態になる。その結果、図３（ｆ）の断面図に示されるようにストランド８の表面付近にも強化繊維が存在するようになり、ストランド８をダイス１７から引き抜くときに表面近傍の強化繊維がダイス１７に引っ掛かってストランド８の引き抜き抵抗が大きくなる。その結果、ペレット１の生産速度を上げるとストランド８の断裂が発生し易くなり、生産速度を大きくしたまま安定して生産することができない。
ところが、図３（ａ）に示されるように強化繊維束３の撚り角θを０°〜５０°、好ましくは１０°〜４０°にすると、強化繊維に撚りが加わるので、強化繊維がストランド８の内部に集まりやすくなる。その結果、図３（ｄ）に示されるようにストランド８をダイス１７から引き抜くときには強化繊維の周りに被覆された樹脂５が潤滑の役割を担ってストランド８の引き抜きを助けるので、ストランド８の引き抜き抵抗が小さくなりペレット１の生産速度を大きくすることができる。また、強化繊維がストランド８の内部に集まっているので、強化繊維がダイス１７に当たり難くなり、ストランド８の断裂が起こることもなくなる。
一方、図３（ｂ）に示されるように強化繊維束３の撚り角θを５０°より大きくすると、強化繊維に強い撚りが加わる。その結果、図３（ｅ）に示されるように強化繊維が強く締め付けられてストランド８の内部に固く締まり込んだ状態で集まることになり、ペレット１を溶解させたときにペレット１から強化繊維がほどけて分散し難くなる。その結果、成形品中に強化繊維がうまく分散せずに成形品の機械特性が低下する。
それゆえ、ストランド８の引き抜き方向に対する強化繊維束３の撚り角θを０°＜θ≦５０°、好ましくは１０°≦θ≦４０°とすれば、強化繊維の周りに被覆された樹脂５の潤滑作用を温存したまま、強化繊維がストランド８の内部で固く締まり過ぎないようにすることができる。このようにすれば、ペレット１を溶解させたときには強化繊維をマスターバッチ中に良好に分散させることができる。また、引き抜き方向に対して６０〜８０ｍ／ｍｉｎとストランド８の引き抜き速度を高くしても、ストランド８の破断が起こることがなく、ペレット１を安定して生産することが可能となる。
さらに、このようにして製造されたペレット１は、ストランド８の内部に強化繊維を集めるように撚り込んでいるので、強化繊維を撚らない場合に比べて多くの強化繊維を樹脂５に配合することができる。その結果、強化繊維の含有率が５０〜９０重量％と高いペレット１であっても安定して製造することが可能となる。
次に、実施例と比較例とを用いて、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１の製造方法について説明する。
実施例及び比較例は、以下のようにして製造された長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１に対して、所定の評価項目で評価を行うことで実施した。
ペレット１の製造については、直径１７μｍ（比重２．５ｇ／ｃｍ3）のモノフィラメントを集束したガラスロービング１２（ロービング番手：２３１０ｔｅｘ）のコイル４を２本〜３本用意し、これらのコイル４から樹脂含浸ヘッド７にガラスロービング１２を供給する。なお、コイル４が２本の場合は繊維含有率が５５ｗｔ％、コイル４が３本の場合は繊維含有率が６９ｗｔ％のペレット１が製造される。樹脂含浸ヘッド７には、混練押出機６で可塑状態にされた樹脂５を供給した。この樹脂５は、比重０．９ｇ／ｃｍ3のポリプロピレン（ＰＰ）である。樹脂含浸ヘッド７の樹脂５にガラスロービング１２を含浸させた後、口径３．０ｍｍに形成されたダイス１７の開口からストランド８を引取り速度６０〜８０ｍ／ｍｉｎで引き抜き、直径３．０ｍｍのストランド８を得た。そして、ストランド８を５ｍｍ長さに切断してペレット１を製造した。
実施例及び比較例は、以下のようにして製造された長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット１に対して、所定の評価項目で評価を行うことで実施した。
ペレット１の製造については、直径１７μｍ（比重２．５ｇ／ｃｍ3）のモノフィラメントを集束したガラスロービング１２（ロービング番手：２３１０ｔｅｘ）のコイル４を２本〜３本用意し、これらのコイル４から樹脂含浸ヘッド７にガラスロービング１２を供給する。なお、コイル４が２本の場合は繊維含有率が５５ｗｔ％、コイル４が３本の場合は繊維含有率が６９ｗｔ％のペレット１が製造される。樹脂含浸ヘッド７には、混練押出機６で可塑状態にされた樹脂５を供給した。この樹脂５は、比重０．９ｇ／ｃｍ3のポリプロピレン（ＰＰ）である。樹脂含浸ヘッド７の樹脂５にガラスロービング１２を含浸させた後、口径３．０ｍｍに形成されたダイス１７の開口からストランド８を引取り速度６０〜８０ｍ／ｍｉｎで引き抜き、直径３．０ｍｍのストランド８を得た。そして、ストランド８を５ｍｍ長さに切断してペレット１を製造した。
なお、実施例のペレット１は、メルトフローレイトが５００ｇ／１０ｍｉｎ、８００ｇ／１０ｍｉｎ、１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を、撚り角θが０°、１０°、４０°、５０°となるように撚りを加えた強化繊維に被覆したものである。
また、比較例のペレット１は、メルトフローレイトが３００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を用いているか、撚り角θが６０°となるように撚りを加えたものである。
また、比較例のペレット１は、メルトフローレイトが３００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を用いているか、撚り角θが６０°となるように撚りを加えたものである。
上述のようにして得られた実施例及び比較例のペレット１に対して、以下の評価項目に従って評価を行った。
・運転安定性：６０〜８０ｍ／ｍｉｎの引取り速度で安定した連続運転が可能であるかどうかを、ダイに強化繊維の引っ掛かることで発生する毛羽、引取装置１０におけるストランド８のスリップ、又はストランド８の破断の有無から判断した。評価結果は○×△の３段階で評価したものである。×はストランド８の破断が発生した場合、△はダイで毛羽が発生するか、引取装置１０でストランド８のスリップが発生する場合、○はそれ以外の場合（所定速度で安定した連続運転が可能である場合）である。
・強化繊維中への樹脂の含浸性：樹脂５が含浸していない繊維がペレット１から遊離するかどうかで判断した。評価結果は、○×の２段階で評価したものである。×は樹脂未含浸の繊維の遊離が確認される場合、○は遊離が確認されない場合である。
・成形品の外観：ペレット１中に分散せずに偏ったままの強化繊維が確認されるかどうかで判断した。評価結果は、○×の２段階で評価したものである。×は偏ったままの強化繊維がペレット１中に確認される場合、○は強化繊維が確認されない場合である。
・運転安定性：６０〜８０ｍ／ｍｉｎの引取り速度で安定した連続運転が可能であるかどうかを、ダイに強化繊維の引っ掛かることで発生する毛羽、引取装置１０におけるストランド８のスリップ、又はストランド８の破断の有無から判断した。評価結果は○×△の３段階で評価したものである。×はストランド８の破断が発生した場合、△はダイで毛羽が発生するか、引取装置１０でストランド８のスリップが発生する場合、○はそれ以外の場合（所定速度で安定した連続運転が可能である場合）である。
・強化繊維中への樹脂の含浸性：樹脂５が含浸していない繊維がペレット１から遊離するかどうかで判断した。評価結果は、○×の２段階で評価したものである。×は樹脂未含浸の繊維の遊離が確認される場合、○は遊離が確認されない場合である。
・成形品の外観：ペレット１中に分散せずに偏ったままの強化繊維が確認されるかどうかで判断した。評価結果は、○×の２段階で評価したものである。×は偏ったままの強化繊維がペレット１中に確認される場合、○は強化繊維が確認されない場合である。
評価結果を表１に示す。
表１の結果を見ると、メルトフローレイトが５００ｇ／１０ｍｉｎより小さい３００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を用いた比較例１では、樹脂未含浸の繊維の遊離が確認されるため「強化繊維中への樹脂の含浸性」が良好ではなく、また偏ったままの強化繊維がペレット１中に確認されるため「成形品外観」にも劣ることが分かる。
また、メルトフローレイトが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎの範囲にある８００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を用いていても、ストランド撚り角が１０°を下回る５°の強化繊維に対して被覆を行った比較例２では、「強化繊維中への樹脂の含浸性」や「成形品外観」が良好でないだけでなく、ストランド８の破断が発生して「運転安定性」にも劣っている。
また、メルトフローレイトが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎの範囲にある８００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を用いていても、ストランド撚り角が１０°を下回る５°の強化繊維に対して被覆を行った比較例２では、「強化繊維中への樹脂の含浸性」や「成形品外観」が良好でないだけでなく、ストランド８の破断が発生して「運転安定性」にも劣っている。
さらに、ストランド撚り角が５０°を超える６０°の強化繊維に対して被覆を行った比較例３では、「運転安定性」や「強化繊維中への樹脂の含浸性」は良好ではあるが、偏ったままの強化繊維がペレット１中に確認されるため「成形品外観」が良好ではない。
これらの比較例に対して、メルトフローレイトが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を、撚り角θが１０〜５０°となるように撚りを加えた強化繊維に被覆した実施例１〜５ではいずれも、「運転安定性」、「強化繊維への樹脂含浸性」、「成形品の外観」が良好であることが分かる。
これらの比較例に対して、メルトフローレイトが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整された樹脂５を、撚り角θが１０〜５０°となるように撚りを加えた強化繊維に被覆した実施例１〜５ではいずれも、「運転安定性」、「強化繊維への樹脂含浸性」、「成形品の外観」が良好であることが分かる。
それゆえ、図４に示すように、メルトフローレイトが５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎで且つ撚り角θが１０〜５０°の好適範囲に入るように生産を行えば、強化繊維が５０〜９０重量％含有されているような強化繊維の含有率が高いペレットであっても、成形品中に強化繊維を均等に分散させつつ、また成形品の機械特性や外観を損なうことなく、安定してペレットの生産が可能になると判断される。
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の本質を変更しない範囲で各部材の形状、構造、材質、組み合わせなどを適宜変更可能である。
上記実施形態では、ガラスロービング１２が２本又は３本のものを例示したが、ガラスロービング１２の本数は１本でも良いし、４本以上でも良い。
上記実施形態では、樹脂５としてポリプロピレン樹脂を例示したが、樹脂５にはポリエチレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどを用いることもできる。
上記実施形態では、ガラスロービング１２が２本又は３本のものを例示したが、ガラスロービング１２の本数は１本でも良いし、４本以上でも良い。
上記実施形態では、樹脂５としてポリプロピレン樹脂を例示したが、樹脂５にはポリエチレン、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどを用いることもできる。
上記実施形態では、強化繊維が５０〜９０重量％含有されたペレット１を製造する場合や引き抜き方向に対して８０〜１００ｍ／ｍｉｎでストランド８を引き抜く場合を例に挙げたが、本発明の製造方法は強化繊維が５０重量％未満しか含有されないペレット１を製造する場合や引き抜き方向に対して８０ｍ／ｍｉｎ以下でストランド８を引き抜く場合にも用いることができる。
１ ペレット（長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット）
２ ペレット製造装置
３ 強化繊維束
４ コイル
５ 熱可塑性樹脂（樹脂）
６ 混練押出機
７ 樹脂含浸ヘッド
８ ストランド
９ 冷却装置
１０ 引取装置
１１ カッタ
１２ ガラスロービング
１３ チャンバ
１４ ホッパ
１５ 含浸ロール
１６ 出口
１７ ダイス
１８ 冷却水
１９Ｕ上側の引取ロール
１９Ｄ下側の引取ロール
２０ 本体
２１ 刃部
θ 強化繊維束の撚り角（引取ロールの傾斜角）
２ ペレット製造装置
３ 強化繊維束
４ コイル
５ 熱可塑性樹脂（樹脂）
６ 混練押出機
７ 樹脂含浸ヘッド
８ ストランド
９ 冷却装置
１０ 引取装置
１１ カッタ
１２ ガラスロービング
１３ チャンバ
１４ ホッパ
１５ 含浸ロール
１６ 出口
１７ ダイス
１８ 冷却水
１９Ｕ上側の引取ロール
１９Ｄ下側の引取ロール
２０ 本体
２１ 刃部
θ 強化繊維束の撚り角（引取ロールの傾斜角）
Claims (4)
- 複数の強化繊維束同士を撚り合わせながら溶融された熱可塑性樹脂中を引き抜くことで強化繊維の周りに前記熱可塑性樹脂が被覆されたストランドを形成し、当該ストランドを所定長さに切断してペレットを得る長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法であって、
前記熱可塑性樹脂の溶融粘度をメルトフローレート＝５００〜１５００ｇ／１０ｍｉｎに調整し、
前記ストランドの引き抜き方向に対する強化繊維束の撚り角θを０°＜θ≦５０°として、前記ストランドを引き抜くことを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。 - 前記ペレットには、前記強化繊維が５０〜９０重量％含有されていることを特徴とする請求項１に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
- 前記ストランドを、前記引き抜き方向に対して８０〜１００ｍ／ｍｉｎで引き抜くことを特徴とする請求項１又は２に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂がポリプロピレン系樹脂であり、前記強化繊維束がガラスロービングであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
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