JP2018001744A - 長繊維複合材の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】それぞれが多数のフィラメントからなる複数の連続繊維束（特には、ガラス繊維または炭素繊維）に樹脂を含浸させる工程を含む長繊維複合材の製造装置において、均一な含浸を実現し、作業時間および作業危険を減少させることができるものを提供する。【解決手段】(1)一側に複数の繊維束が入る投入口および他側に前記繊維束が出る排出口が形成されたボディと、(2)前記ボディの内部で第１方向に沿って互いに並んで配置され、前記複数の繊維束が貫通する複数の貫通口が形成された複数の第１貫通プレートと、(3)前記複数の第１貫通プレートのうちの隣接した一対の第１貫通プレートの間に位置し、前記第１貫通プレートを貫通した前記複数の繊維束が貫通するガイド部を有する第２貫通プレートとを含む。このガイド部は、湾曲形状の突起部により形成される。第２貫通プレートは、前記第１方向に垂直な第２方向に移動可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、長繊維複合材の製造装置に関する。

一般に、連続繊維束（特に、ガラス繊維および炭素繊維を含む剛性の高い繊維から選択される連続繊維からなるもの）の機械的強度、耐食性、または繊維分散性を向上させるために、前記繊維束を構成する個々のフィラメントを樹脂でコーティングする方法が利用される。

前記目的を達成するために、前記繊維束を構成する数千本または数万本の繊維フィラメントが樹脂に完全に接触できるように、前記フィラメントと樹脂との間の接触面積を広くするか、または前記繊維束内のフィラメントの間に−つまり、繊維フィラメント集束体の空隙中に−樹脂を強制浸透させることが必要である。この際、使用される樹脂が低粘度の樹脂の場合には、繊維フィラメントをコーティングするのに大きな困難はないが、高粘度の樹脂の場合には、個々の繊維フィラメントをコーティングさせることが容易でない。

現在まで幅広く使用されている高粘度樹脂を用いた連続繊維束（繊維フィラメント集束体）のコーティング方法としては、(1)樹脂液で満たされた含浸槽内にシリンダまたはバー形態の器具をジグザグに設け、この器具に沿って繊維束がジグザグに進行する際、前記のシリンダまたはバーの表面上で、繊維束が大きく広げられるようにして、前記繊維束中に樹脂が浸透しやすくする方法と、(2)含浸槽内に一直線に複数のドーナッツ状環を固定・配置して、このドーナッツ状環の内側および外側面に接する状態で繊維束を進行させて最大限に広げることによって、樹脂とフィラメントとの間の接触面積を広くする方法がある。

しかし、繊維フィラメントを連続的に引き抜いて成形する時、高い張力が発生し、これによって高速で長繊維複合材を製造することが不可能であるという問題と、樹脂が不完全にコーティングされ、最終製品を製造する場合、繊維フィラメントの分散性が不良になるという問題があり、そのため、完成品内に不規則な複数の空隙が形成され、機械的・物理的物性が顕著に低下するという問題がある。

また、繊維束に張力を与えるために繊維束をジグザグ状に配置させるが、このように繊維束を配置させる作業が困難であり、高温の含浸ダイで作業することで作業上の危険が存在し、相当の時間がかかる。

特開2009-119831号公報 特開平7-276515号公報 国際公開第1999/32278号公報

上記の技術的背景に基づき、本発明は、各繊維束を構成する複数のフィラメントの表面へと樹脂を均一に含浸することができる長繊維複合材の製造装置を提供する。

また、繊維束を含浸ダイ内にジグザグ状に容易に配置させ、作業時間および作業危険を減少させることができる長繊維複合材の製造装置を提供する。

繊維束を構成する多様な繊維フィラメントおよび多様な樹脂を用いることができる長繊維複合材の製造装置を提供する。

本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置は、一側に複数の繊維束が入る投入口および他側に前記繊維束が出る排出口が形成されたボディと、前記ボディの内部で第１方向に沿って互いに並んで配置され、前記複数の繊維束が貫通する複数の貫通口が形成された複数の第１貫通プレートと、前記複数の第１貫通プレートのうちの隣接した一対の第１貫通プレートの間に位置し、前記第１貫通プレートを貫通した前記複数の繊維束が貫通するガイド部を有する第２貫通プレートとを含むことができる。

各第２貫通プレートには、前記複数の繊維束が貫通する長穴が水平方向に延びるように形成されうる。

前記長穴の内壁面には前記ガイド部をなすための複数の突起が形成される。

前記複数の突起は、湾曲した形状でありうる。

前記長穴は、各第２貫通プレートに、複数設けられうる。

前記第２貫通プレートは、複数設けられうる。

前記第２貫通プレートは、前記第１方向に垂直な第２方向に移動可能である。

前記複数の第１貫通プレートのうちの隣り合う一対の第１プレート間の間隔は調節することができる。

前記複数の貫通口は、円形状の断面を有することができる。

前記投入口は、複数設けられうる。

前記複数の繊維束は、それぞれ、前記複数の投入口に入る。

前記ボディの内部には空間が形成される。

前記ボディの前記空間には、前記繊維フィラメントに塗布される樹脂が貯蔵される。

上記の長繊維複合材の製造装置によれば、繊維束を構成する複数のフィラメントの表面に樹脂を均一に含浸することができる。

また、繊維束を直線状に投入可能で、作業が容易であり、作業時間が短縮できる。

さらに、多様な繊維フィラメントおよび樹脂に応じて、貫通プレートの高さをそれぞれ調節して繊維束の張力を調節することができる。

また、繊維フィラメントおよび樹脂に応じて、繊維束の張力を調節することによって、多様なグレードの製品を生産することができる。

本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置の一部を概略的に示す斜視図である。 第１貫通プレートの正面図である。 図１のＡ−Ａ’に沿った断面斜視図である。 第２貫通プレートの正面図である。 図１のＢ−Ｂ’に沿った断面斜視図である。 本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置の動作を説明する図である。 本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置の動作を説明する図である。 図７の第１貫通プレート内に位置した繊維束の断面形状を説明する図である。 図７の第２貫通プレート内に位置した繊維束の断面形状を説明する図である。 比較例により製造された長繊維複合材の表面を拡大した写真である。 本実施例により製造された長繊維複合材の表面を拡大した写真である。 比較例により製造された長繊維複合材を切断した写真である。 本実施例により製造された長繊維複合材を切断した写真である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付した。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。

さらに、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反する記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。また、明細書全体において、「〜上に」というのは、対象部分の上または下に位置することを意味するもので、必ずしも重力方向を基準として上側に位置することを意味するものではない。

以下、図１〜図５を参照して、本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置について説明する。

図１は、本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置の一部を概略的に示す斜視図であり、図２は、第１貫通プレートの正面図である。図３は、図１のＡ−Ａ’に沿った断面斜視図であり、図４は、第２貫通プレートの正面図であり、図５は、図１のＢ−Ｂ’に沿った断面斜視図である。

図１を参照すれば、本実施例の長繊維複合材の製造装置は、ボディ１００と、第１貫通プレート３００および第２貫通プレート５００とを含むことができる。本実施例では、複数の繊維束Ｐが貫通する第１貫通プレート３００および第２貫通プレート５００が互いに異なる高さに位置し、複数の繊維束Ｐが幅方向（図中のＸ方向；特には、繊維束Ｐの送り方向に垂直の水平方向）に広げられて複数の繊維束Ｐに樹脂７００が均一に含浸される。

ボディ１００は、内部に空間が形成された含浸用ダイ（ｄｉｅ）または含浸槽であって、内部に形成された空間に、後述の第１貫通プレート３００および第２貫通プレート５００が配置されるのでありうる。また、ボディ１００の内部空間には、繊維束に含浸される高粘度の樹脂または低粘度の樹脂が貯蔵されうる。

ここで、ボディ１００の一側には、ボディ１００の内部空間へと複数の繊維束Ｐが入って行くことができる投入口１３０が形成されうる。投入口１３０は、複数形成され、複数の繊維束Ｐが、それぞれ、複数の投入口１３０に投入されうる。あるいは、投入口１３０は、１つの開口部（ｏｐｅｎｉｎｇ）の形態に形成され、複数の繊維束Ｐが全てひとまとめに投入口１３０を通して投入されてもよい。

そして、ボディ１００の他側には、複数の繊維束Ｐが排出可能な排出口１１０が形成されうる。つまり、複数の繊維束Ｐは、ボディ１００の投入口１３０を通ってボディ１００の内部に投入され、複数の繊維束Ｐに樹脂７００が含浸された後、排出口１１０を通って排出されうる。

ここで、排出口１１０は、複数形成された投入口１３０に対応して形成されうる。つまり、排出口１１０の個数は、投入口１３０の個数と同一に形成されうる。例えば、複数の繊維束Ｐは、複数の投入口１３０にそれぞれ投入された後、これら投入口１３０に対応する複数の排出口１１０を通り抜けて排出される。

本実施例によれば、ボディ１００の内部空間には複数の第１貫通プレート３００が配置される。複数の第１貫通プレート３００には、投入口１３０を通って内部空間に流入した複数の繊維束Ｐが貫通できる。

ここで、複数の第１貫通プレート３００は、第１方向（図中のＺ方向；特には、繊維束Ｐの送り方向）に沿って互いに並んで配置されうる。つまり、複数の第１貫通プレート３００は、複数の繊維束Ｐの進行方向である第１方向に沿って並んで配置される。以下の説明では、複数の第１貫通プレート３００として、３つの第１貫通プレート３１０、３３０、３５０が配置されるとして説明される。しかし、これに限定されず、複数の第１貫通プレート３００は、２つまたは３つ以上から構成されてもよい。

ここで、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０は、第１方向に沿って予め定められた一定間隔で、互いに離隔して配置されうる。本実施例では、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０の間の間隔を調節することができる。繊維束Ｐの種類または含浸しようとする樹脂７００の種類に応じて、前記間隔を調節することができる。

図２および図３を参照すれば、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０には、いずれにも、複数の貫通口３１３が形成される。複数の貫通口３１３は、第１貫通プレート３１０、３３０、３５０の第１本体３１１に形成される。複数の貫通口３１３は、前記第１方向に垂直な第３方向（図中のＸ方向を示す）に沿って一定間隔で、互いに離隔して配置される。本実施例では、複数の貫通口３１３は、第３方向に沿って２列に配列される。しかし、これに限定されず、複数の貫通口３１３は、１列または３列以上に配列されてもよい。

複数の繊維束Ｐは、複数の貫通口３１３を、それぞれ貫通できる。例えば、１つの繊維束Ｐは、１つの貫通口３１３を貫通できる。しかし、これに限定されず、１つの貫通口３１３には２つ以上の繊維束Ｐが貫通してもよい。本実施例において、複数の繊維束Ｐのうちの１つの繊維束Ｐは、数千本または数万本の繊維フィラメント（ｆｉｌａｍｅｎｔ）からなる。

ここで、第１本体３１１の複数の貫通口３１３の内面は曲面処理されている。すなわち、稜部が丸められている。図３に示されているように、複数の繊維束Ｐと接触可能な貫通口３１３の内壁面が、少なくとも第１貫通プレートの主面(前面及び後面)との移行部にて、滑らかな曲面形状からなり、複数の繊維束Ｐが容易に貫通口３１３を貫通できる。なお、貫通口３１３の内壁面の全体が、断面において、円弧状、楕円弧状、またはその他の滑らかな膨出状であってもよい。

図１および図４を参照すれば、第２貫通プレート５００は、複数配置されうる。本実施例では、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０の間に、第２貫通プレート５１０、５３０が配置される。より詳細には、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０のうちの隣り合う一対の第１貫通プレートの間には１つの第２貫通プレート５１０、５３０が配置される。本実施例によると、第１貫通プレート３１０、３３０の間には第２貫通プレート５１０が配置され、第１貫通プレート３３０、３５０の間には第２貫通プレート５３０が配置される。

本実施例によると、第１貫通プレート３１０を貫通した複数の繊維束Ｐは、第２貫通プレート５１０を貫通する。そして、第２貫通プレート５１０を貫通した複数の繊維束Ｐは、第１貫通プレート３３０を貫通できる。また、第１貫通プレート３３０を貫通した複数の繊維束Ｐは、第２貫通プレート５３０を貫通できる。その後、第２貫通プレート５３０を貫通した複数の繊維束Ｐは、第１貫通プレート３５０を貫通できる。

一方、複数の第２貫通プレート５１０、５３０には長穴５１５が形成される。図４を参照すれば、長穴５１５は、第２貫通プレート５１０の第２本体５１１に、第３方向に沿って長く開口した形状からなる。第１貫通プレート３１０、３３０、３５０の貫通口３１３の列と同様に、長穴５１５は、第３方向に沿って２段に配置される。しかし、これに限定されず、長穴５１５は、１置または３置以上に配列されてもよい。なお、長穴５１５は、各段に一つのみが設けられて第２貫通プレートの長手方向寸法のほぼ全体にわたって延びるのでもよく、また、各段に複数が設けられるのであってもよい。

長穴５１５には複数の突起５１３が形成される。複数の突起５１３は、長穴５１５の内壁面に形成される。ここで、複数の突起５１３は、地面（下方）に向かって膨らんで形成される。本実施例では、複数の突起５１３は、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０に形成された複数の貫通口３１３の個数に対応する。例えば、図２に示された複数の貫通口３１３と同一の個数で複数の突起５１３が長穴５１５に形成される。あるいは、複数の突起５１３は、複数の貫通口３１３よりも多く形成されてもよい。

複数の突起５１３は、湾曲形状を有することができる。例えば、複数の突起５１３は、第１方向（Ｚ方向）から見て、半円状、半楕円状、円弧状、楕円弧状、または一部にこのような曲線、またはその他の滑らかな膨出状の曲線を有する形状からなってもよい。

一方、第２本体５１１の複数の突起５１３は、第１方向に沿って曲面処理されている。すなわち、稜部が丸められている。図５に示されているように、複数の繊維束Ｐと接触可能な突起５１３の外面が、少なくとも第２貫通プレートの主面(前面及び後面)との移行部にて、滑らかな曲面形状からなり、複数の繊維束Ｐが、容易に、突起５１３により形成されたガイド部を貫通できる。

再び図１を参照すれば、複数の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０の間に配置された第２貫通プレート５１０、５３０は、第１方向（Ｚ方向）および第３方向（Ｘ方向）に垂直な第２方向（図中のＹ方向）に移動できる。例えば、第２貫通プレート５１０、５３０は、第２方向に沿って上または下に移動できる。本実施例によれば、第２貫通プレート５１０、５３０が第２方向に沿って上または下に移動すると、第２貫通プレート５１０、５３０を貫通する複数の繊維束Ｐにかかる張力を調節することができる。これについては、図６および図７を参照して具体的に説明する。

図６および図７は、本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置の動作を説明する図で、長繊維複合材の製造装置を側面から眺めた図である。

図６を参照すれば、複数の繊維束Ｐがボディ１００の内部に投入される前には、第１貫通プレート３１０、３３０、３５０と第２貫通プレート５１０、５３０は、互いに同一の高さに配置される。第１貫通プレート３１０、３３０、３５０と第２貫通プレート５１０、５３０が同一の高さにある状態で、複数の繊維束Ｐを第１貫通プレート３１０、３３０、３５０と第２貫通プレート５１０、５３０を貫通させる。

第１貫通プレート３１０、３３０、３５０と第２貫通プレート５１０、５３０が同一の高さにある状態では、複数の繊維束Ｐには張力がかからないことがある。

その後、図７に示されているように、第２貫通プレート５１０、５３０を第２方向に沿って下へ移動させる。図７では、第２貫通プレート５１０、５３０を下へ移動させるものと示されるが、これに限定されず、第２貫通プレート５１０、５３０を上に移動させてもよい。

第２貫通プレート５１０、５３０が下へ移動すると、第２貫通プレート５１０、５３０を貫通する複数の繊維束Ｐに張力がかかる。複数の繊維束Ｐに張力がかかると、第２貫通プレート５１０、５３０の長穴５１５を貫通する繊維束Ｐの断面形状が変形しうる。

図８Ａ及び８Ｂは、図７の第１貫通プレート３１０、３３０、３５０および第２貫通プレート５１０、５３０を貫通する際の、繊維束の断面形状を示す図である。

図８Ａを参照すれば、第１貫通プレート３１０を貫通する際の繊維束Ｐ１の断面は、円形形状に近い。これに対し、図８Ｂを参照すれば、第２貫通プレート５１０を貫通する繊維束Ｐ２の断面は、図８Ａの断面と異なるように変形している。

具体的には、第２貫通プレート５１０を貫通する際に、繊維束Ｐ２には張力が加わり、張力によって、繊維束Ｐ２の断面は、接触している突起５１３の形状に沿うように変形する。例えば、図８Ｂに示されているように、繊維束Ｐ２は、扁平に広げられた状態に変化しうる。

前述のように、１つの繊維束Ｐ１は、数千本または数万本の繊維フィラメントからなる。したがって、第２貫通プレート５１０の長穴５１５中にて、繊維束Ｐ２の断面が前述のように変形すると、繊維束Ｐ２を構成する数千本の繊維フィラメントの間隔が広くなり得る。このように、繊維フィラメント間の間隔が広くなると、繊維フィラメントの間に空隙が発生し、空隙中に樹脂７００が浸透できる。これによって、繊維束Ｐ２を構成する繊維フィラメントの表面に、樹脂７００が容易に塗布される。

また、本実施例では、第２貫通プレート５１０を貫通した複数の繊維束Ｐは、再び第１貫通プレート３３０を貫通する。この際、第１貫通プレート３３０を貫通する各繊維束Ｐは、再び円形に近い形状に復帰する。この場合、各繊維束Ｐを構成する繊維フィラメント同士の間の空隙が減少する。

その後、再び複数の繊維束Ｐが第２貫通プレート５３０を貫通すると、前述のように、各繊維束Ｐを構成する繊維フィラメント同士の間の空隙が増加する。再び、複数の繊維束Ｐが第１貫通プレート３５０を貫通すると、各繊維束Ｐを構成する繊維フィラメント間の空隙が減少する。

このように、本実施例により、複数の繊維束Ｐが第１貫通プレート３１０、３３０、３５０および第２貫通プレート５１０、５３０を繰り返し貫通するならば、複数の繊維束Ｐの繊維フィラメント間の空隙が増加および減少を繰り返す。これによって、繊維束Ｐに樹脂７００を均一に含浸させることができる。

樹脂７００は、好ましい具体例において、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-ププロピレン共重合体樹脂などのポリオレフィンであり、必要に応じて、マレイン酸変性されたモノマー単位、またはその他のカルボン酸などの親水性基を有するモノマー単位を含むことができる。また、このような変性ポリオレフィンを例えば１〜３０重量％含む、非変性ポリオレフィンとの混合物であってもよい。樹脂７００がポリプロピレンである場合、非変性ポリオレフィンとして、例えば、230℃, 21.18Nでのメルトフローレートが10〜300g/min、ＤＳＣによる結晶融点160〜165℃のものを用いることができる。樹脂７００は、例えば、カーボンブラックなどの黒色顔料、または補強用の充填材を、例えば樹脂成分１００重量部に対して0.5〜１０重量部添加したものであってもよい。また、酸化防止剤、造核材、光劣化防止剤などをさらに含むことができる。

樹脂７００は、また、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等のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミドであってもよく、熱硬化性ポリエステルや、紫外線硬化性のウレタンアクリレートなどであってもよい。

繊維束Ｐは、好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維など剛性の高い連続繊維から選択される。繊維束Ｐをなす連続繊維の平均直径は、例えば、３〜３０μｍまたは５〜２０μｍであり、各繊維束Ｐをなす連続繊維（フィラメント）の数は、好ましい具体例において、２千〜５万、特には、３千〜３万または３千〜２万である。

上述の製造装置により、このような繊維束Ｐに樹脂を含浸してから、引き出された後、樹脂が冷却などにより固化された状態で、ペレタイザーで切断して、ペレット状の長繊維複合材を得ることができる。この場合、ペレットは、例えば、断面がほぼ、円形または楕円形であり、繊維方向の寸法が2〜20ｍｍ、直径が１〜5mmである。しかし、上述の製造装置から引き出された後、連続して成形工程を行うことで各種成形品を製造することもできる。ペレットの状態を経て、または経ずに得ることのできる成形品としては、例えば、床材、壁材、パイプ材、イスの脚部などを挙げることができる。

上述の製造方法及び製造装置において、第１貫通プレート３１０、３３０、３５０および第２貫通プレート５１０、５３０の高さ位置を調節することで、図６示す「同一高さのガイド状態」と、図７に示す「異なる高さのガイド状態」との間での切り替えが行われる。この切り換えは、特には、第２貫通プレート５１０、５３０のみを上下に移動させることで行われる。「同一高さのガイド状態」では、ボディの幅方向（Ｘ方向；第３方向）から見て、図６のように、繊維束Ｐが一直線（a single straight line）をなすように、高さ位置が調節されている。すなわち、繊維束Ｐが、各貫通口３１３、及び各突起５１３の下方の箇所を通過しやすいように、高さ位置が調節されている。また、「異なる高さのガイド状態」では、図７のように繊維束Ｐがジグザグ状（a zigzag line）をなすように高さ位置が調節され、これにより、引き出されていく繊維束Ｐに張力が加えられ、繊維束Ｐが図８Ｂのように扁平に広げられる。この張力の大きさも、高さ位置を調節して、ジグザグ状の折れ曲がりの程度を調節することにより行われる。

なお、第２貫通プレートの両側に配置される一対の第１貫通プレートについて、第１貫通プレート同士の間隔を調節することによっても、張力をさらに調節することができる。

貫通プレートの上下動の距離を小さくするためには、貫通プレートの第１貫通プレート３００の各貫通口３１３の中心を「第１ガイド位置」とし、第２貫通プレート５００の各突起５１３の先端から貫通口３１３の半径の距離だけ下方に離間した箇所を「第２ガイド位置」として設定することができる。そして、この「第１ガイド位置」と「第２ガイド位置」との高さの差(段差)について、各繊維束Ｐを、対応する各貫通口３１３と、突起５１３の近傍のガイド部とに挿し通す際には、実質上ゼロ（例えば1mm以下または2mm以下）となるように、各貫通プレートの高さを調節しておくことができる。そして、この後に、「第１ガイド位置」と「第２ガイド位置」との高さの差(段差)が、例えば５〜30mmとなるようにしてから、各繊維束Ｐの引き出しを行うことができる。なお、上記第２方向（Ｙ方向）においては、互いに対応する「第１ガイド位置」と「第２ガイド位置」との間の差は、常に実質上ゼロ（例えば1mm以下または2mm以下）にしておくことができる。

上述の製造装置において、各貫通口３１３、各投入口１３０及び各排出口１１０の直径は、例えば１〜5mmであり、各突起５１３が例えば円弧状であり、その曲率半径が例えば3〜10mmである。各突起５１３の曲率半径は、例えば、各貫通口３１３の半径の２〜10倍または3〜8倍とすることができる。

また、貫通プレート３１０、３３０、３５０、５１０、５３０同士の間隔は、いずれもほぼ一定の間隔Ｄとすることができ、例えば20mm〜200mmとすることができる。一方、最も上流側にある貫通プレート３１０と、投入口１３０との間の間隔は、上記間隔Ｄの0.2〜0.8倍とすることができ、最も下流側にある貫通プレート３５０と、排出口１１０との間の間隔は、上記間隔Ｄの1.2〜1.8倍とすることができる。

上記の説明において、第１方向（図中のＺ方向；繊維束Ｐの送り方向）が水平方向であって第２方向（Ｙ方向）が垂直方向であるとして説明したが、傾斜してもよく、場合によっては第１方向が垂直方向であってもよい。この場合、「高さ」は、繊維束Ｐの送り方向及びプレートが延びる方向に垂直である第２方向（Ｙ方向）での位置を意味する。

また、上記の説明において、第２貫通プレート５１０、５３０に、ボディの幅方向（Ｘ方向；第３方向）に延びる長穴５１５が設けられるとして説明した。しかし、例えば、突起５１３ごとに、一つの比較的大きい貫通孔が設けられるのでもよい。また、第２貫通プレート５１０、５３０の下段では、長穴５１５とするための下方の水平フレーム部を省き、突起５１３が下方に露出するのであってもよい。

なお、上記の実施形態の説明においては、「同一高さのガイド状態」と「異なる高さのガイド状態」との間の切り換えのために、第２貫通プレート５１０、５３０が上下動のみを行うものとして説明したが、場合によっては、ボディの幅方向（Ｘ方向；第３方向）にも同時に移動するのであってもよい。また、突起５１３の突出寸法が大きい場合などに、ボディの幅方向（Ｘ方向；第３方向）にのみ移動するのであってもよい。

また、上記の実施形態の説明においては、突起５１３が下方へ突出するものとして説明したが、長穴５１５の内壁面から上方へと突出するのであってもよい。この場合、「同一高さのガイド状態」かた「異なる高さのガイド状態」に切り換えるために、第２貫通プレート５１０、５３０を上方へと移動させることができる。

図９Ａ〜図１０Ｂは、本実施例及び比較例の具体的な製造例により得られた長繊維複合材（ペレット）を縦に引き裂いた破断面を示す写真である。これらの写真を参照すれば、本実施例による長繊維複合材の製造装置により製造された長繊維複合材の繊維束Ｐに樹脂７００が均一に含浸されたことを確認できる。

図９Ａ及び９Ｂは、それぞれ、比較例及び本実施例により製造された長繊維複合材を所定寸法に切断してペレットを得た後、縦に引き裂いて、その破断面の特徴的な部分を拡大した写真（走査電子顕微鏡写真）である。図１０Ａ及び１０Ｂは、それぞれ、比較例及び本実施例による長繊維複合材のペレットについての、縦に引き裂いた状態の写真である。

図９Ｂおよび図１０Ｂの本実施例の製造装置では、繊維束Ｐに塗布される樹脂７００は、ポリプロピレン樹脂、黒色顔料、酸化防止剤などを含む。繊維束Ｐは、ガラス繊維が使用される。ボディ１００内部の温度は、２００℃〜３００℃であり、ボディ１００を貫通する複数の繊維束Ｐの移動速度は、３００ｍ／ｍｉｎである。

具体的な製造例で用いた樹脂７００は、プロピレンのホモポリマー（230℃, 21.18Nでのメルトフローレート100g/min；ＤＳＣによる結晶融点160℃）95重量％、及びマレイン酸変性ポリプロピレン（同様のホモポリマーに0.8重量%のマレイン酸をグラフトしたもの）からなる樹脂成分１００重量部に対し、カーボンブラック（HAF; ASTM N330）５重量部、及び酸化防止剤（Irganox1076）１重量部を添加したものである。

具体的な製造例で用いた繊維束Ｐは、アミノシランで表面処理された平均直径１５μｍ（分布範囲は、ほぼ１２〜１８μｍ）のガラスフィラメントを1万本束ねたものである。

具体的な製造例の製造方法では、図１に示すように２９本の繊維束Ｐが、それぞれの排出口１１０を通じて、ボディ１００の内部から引き出され、そしれ空気により冷却される。これに続き、ペレタイザーで切断して、長さが8mmで、平均直径が約2mmの円柱状のペレットを得た。得られた長繊維複合材中におけるガラス繊維の含有量は、40重量%であった。

具体的な製造例で用いた製造装置は、図１に示すとおりの構造において、繊維束Ｐを引き出して移動させる工程中、第１貫通プレート３００の各貫通口３１３の中心（「第１ガイド位置」）と、第２貫通プレート５００の各突起５１３の先端から貫通口３１３の半径の距離だけ下方に離間した箇所（「第２ガイド位置」）との間で、高さの差(段差)が20ｍｍとなるようにしたものである。なお、繊維束Ｐを引き出して移動させる工程の前に、繊維束Ｐを各ガイド部に挿し通す際には、「第１ガイド位置」と、「第２ガイド位置」の間で高さの差が、実質上ゼロ（例えば1mm以下）になるようにした。

また、ボディ１００は、壁面が、扁平な直方体をなし、内部が、溶融した樹脂液で満たされており、また、図示しない定温加熱装置により外部から加熱されている。さらには、同様に図示しない樹脂液タンクから、所定温度の溶融樹脂液が適宜に供給されることで、ボディ１００内の樹脂液の圧力が一定に保たれるとともに、ボディ１００内が常に樹脂液で満たされた状態を保つようにした。

具体的な製造例で用いた製造装置において、各貫通口３１３、各投入口１３０及び各排出口１１０の直径は3mmであり、突起５１３が半円状であって、その曲率半径が5mmである。また、貫通プレート３１０、３３０、３５０、５１０、５３０同士の間隔は、いずれも50mmである。一方、最も上流側にある貫通プレート３１０と、投入口１３０との間の間隔は、20mmであり、最も下流側にある貫通プレート３５０と、排出口１１０との間の間隔は80mmである。

一方、図９Ａおよび図１０Ａに結果を示す比較例の製造装置は、使用した材料、製造装置、及び温度などの製造条件が上記実施例と同一であるが、本実施例とは異なって、各プレートを繊維束Ｐが貫通する高さ位置について、いずれも同一に維持した。すなわち、繊維束Ｐを引き出して移動させる工程中にも、「第１ガイド位置」と「第２ガイド位置」とが実質上、同一の高さに保たれるようにした。

図９Ａの比較例により製造された長繊維複合材と、図９Ｂの本実施例により製造された長繊維複合材とを、光学顕微鏡または電子顕微鏡などで観察すると、図９Ａの比較例に比べて、図９Ｂの本実施例の繊維束Ｐのフィラメントの表面に、樹脂７００が、より均一に塗布されていることを確認できる。比較例についての図９Ａの写真では、破断面にガラス繊維が部分的に露出しており、この部分で、樹脂の浸透が不十分であったことが知られる。これに対し、実施例についての図９Ｂの写真によると、破断面にガラス繊維が露出している領域は、寸法が小さく、また、全体に対する割合も、かなり小さい。

また、図１０Ａ及び１０Ｂを参照すれば、図１０Ａの比較例に比べて、図１０Ｂの本実施例の長繊維複合材の方が、より均一に樹脂７００が塗布されていることが分かる。図１０Ａ及び１０Ｂは、長繊維複合材を切断した図であるが、図１０Ａでは、長繊維複合材の内部に樹脂７００が塗布されていない領域（図１０Ａの左側の白色の繊維束が存在する領域）が現れる。

本発明の一実施例による長繊維複合材の製造装置は、ボディ１００を貫通する複数の繊維束Ｐが第１貫通プレート３１０、３３０、３５０および第２貫通プレート５１０、５３０を繰り返し貫通して、複数の繊維束Ｐの繊維フィラメント間の空隙が増加および減少を繰り返す。これによって、繊維束Ｐに樹脂７００を均一に含浸させることができる。

以上、本発明は限定された実施例と図面を通して説明されたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載された特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形が可能である。

１００：ボディ
１１０：排出口
１３０：投入口
３００、３１０、３３０、３５０：第１貫通プレート
３１３：複数の貫通口
５００、５１０、５３０：第２貫通プレート
５１３：複数の突起
５１５：長穴

Claims (13)

1. 一側に複数の繊維束が入る投入口および他側に前記繊維束が出る排出口が形成されたボディと、
   前記ボディの内部で第１方向に沿って互いに並んで配置され、前記複数の繊維束が貫通する複数の貫通口が形成された複数の第１貫通プレートと、
   前記複数の第１貫通プレートのうちの隣り合う一対の第１貫通プレートの間に位置し、前記第１貫通プレートを貫通した前記複数の繊維束が貫通するガイド部を有する第２貫通プレートとを含む、長繊維複合材の製造装置。
2. 各第２貫通プレートには、前記複数の繊維束が貫通する長穴が形成された、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
3. 前記長穴の内壁面には前記ガイド部をなすための複数の突起が形成された、請求項２に記載の長繊維複合材の製造装置。
4. 前記複数の突起は、前記第１方向から見て湾曲形状である、請求項３に記載の長繊維複合材の製造装置。
5. 各第２貫通プレートには、前記長穴は、複数設けられる、請求項２に記載の長繊維複合材の製造装置。
6. 各第２貫通プレートが、複数設けられる、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
7. 前記第２貫通プレートは、前記第１方向に垂直な第２方向に移動可能である、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
8. 前記複数の第１貫通プレートのうちの隣り合う一対の第１プレートの間の間隔は調節することができる、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
9. 前記複数の貫通口は、円形状の断面を有する、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
10. 前記投入口は、複数設けられる、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
11. 前記複数の繊維束は、前記複数の投入口にそれぞれ入る、請求項１０に記載の長繊維複合材の製造装置。
12. 前記ボディの内部には空間が形成された、請求項１に記載の長繊維複合材の製造装置。
13. 前記ボディの前記空間には、前記繊維フィラメントに塗布される樹脂が貯蔵された、請求項１２に記載の長繊維複合材の製造装置。