JP2537152B2 - 連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断面材の製造方法と、この異形断面材を得るための装置 - Google Patents

連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断面材の製造方法と、この異形断面材を得るための装置

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JP2537152B2 JP63086235A JP8623588A JP2537152B2 JP 2537152 B2 JP2537152 B2 JP 2537152B2 JP 63086235 A JP63086235 A JP 63086235A JP 8623588 A JP8623588 A JP 8623588A JP 2537152 B2 JP2537152 B2 JP 2537152B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂
製異形断面材の製造方法と、この異形断面材を得るため
の装置に関するものである。
この方法では、クロスヘッド型の被覆用ダイス内で構
成繊維を予めウエブの形にした状態でロービングに樹脂
を含浸し、次いで、ロービングの各繊維をできる限り完
全に含浸させるために、全体をさらに別の障壁領域内を
通過させてから最終製品成形用ダイスを通過させる。上
記被覆用ダイスには、少なくとも１つの押出機から常法
に従って樹脂が供給される。
従来の技術 例えばアメリカ合衆国特許第3,834,980号によりロー
ビングを熱可塑製樹脂で被覆することが知られている。
従来の一般的な被覆方法によれば、ロービングはダイス
の加熱された中央部を通過する。被覆は、クロスダイ型
の公知手段からの溶融状態の熱可塑製樹脂を供給するこ
とにより行う。ロービングは複数の連続した単位繊維
（フィラメント）の集合体である。
連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断面
材の従来の製造方法では、一般に複数のロービングが紡
錘形にまとめられる。この場合には２つの大きな問題が
生じるが、まだ解決されていない。
第１の問題点は、熱可塑性樹脂を紡錘の中心部まで含
浸させて各単位繊維の周囲にこの熱可塑性樹脂を均一に
分配させることが難しい点であり、第２の問題点はこの
第１の問題点から派生するもので、最終製品の繊維間に
空気が閉じ込められ、最終製品の機械的特性が低下する
ことである。
アメリカ合衆国特許第3,993,726号によると、互いに
ほぼ垂直に配置された２つの連続した偏向部を含浸用ダ
イス内に設けることによりロービングを個別に含浸させ
ることができる。この場合には、ロービングは一方向か
ら被覆・含浸され、次いで、第２の偏向部内で逆方向に
つぶされる。この装置には２つの欠点がある。第１の欠
点はロービングを個別にしか含浸させることができない
点である。しかし、偏向部が上記のように配置されてい
るため、ウエブの形の個々の繊維を含浸させることはで
きない。すなわち、可塑性材料が満たされたダイス内で
ウエブ状のロービングを約90度回転させると繊維は塊と
なってしまう。第２の欠点は装置内の偏向部の位置であ
る。偏向部はすべて成形ダイス内に配置されており、そ
の結果として溶融可塑性材料内でロービングは直接２回
つぶされる。このため、ダイスの出口に加わる大きな引
っ張り応力によって繊維に亀裂が入る。この場合、繊維
の含浸状態は良くなく、最終製品の曲げ特性も悪い。係
数εで表される補強効率に関しても同様で、この係数ε
は0.25未満である。
アメリカ合衆国特許第4,312,917号には、上記の特許
と同様、溶融状態の可塑性材料で満たされたダイス内で
個々のロービングを被覆するという方法が記載されてい
る。この方法には先に説明した欠点の外にさらに別の欠
点がある。すなわち、外部から運ばれたロービングは一
連のダイス内にこのダイスの軸線に対してほぼ直角に導
入されるため、新たな破断応力が発生して第２の偏向部
からは先では繊維がもつれる。特に、ロービングが冷え
ていると溶融樹脂の表面が急速にゲル化する。
課題を解決するための手段 本発明の方法では、束すなわち紡錘の形態でロービン
グを繊維被覆用ダイス内に導入するのではなく、このダ
イス内を通過させる前に各ロービングを拡げてロービン
グの各繊維がほぼ平面状に並置されるようにする。この
場合、ロービングは、連続した個々の長繊維が互いに平
行に並んだウエブまたはリボンの形態になる。ロービン
グを拡げて繊維をこのように並べるためには、ロービン
グを第１の障壁システムの少なくとも１つの偏向部を通
過させた後、溶融した熱可塑性ポリマーが供給される被
覆用ダイス内にロービングを導入する。上記偏向部では
ロービングに対して力が加えられてロービングを構成す
る繊維が拡がる。このようにして形成されたウエブまた
はリボンに次に熱可塑性樹脂が含浸され、次いで、第１
の障壁システムの偏向部とほぼ平行な偏向部を備えた別
のな障壁システム内を引っ張られて成形ダイスに送られ
る。この第２のシステムでは、溶融状態の熱可塑性樹脂
が含浸されたウエブまたはリボンは、互いに平行で対向
した少なくとも２つの偏向部を通過する。この条件下で
は、熱可塑性樹脂が含浸された繊維全体は第１の偏向部
において一方の面がつぶされ、溶融状態の樹脂が繊維間
を浸透して反対の面に向かって強制的に移動される。熱
可塑性樹脂を含浸させた繊維全体が上記と反対側の偏向
部と接触すると逆のことが起こる。ウエブまたはリボン
の被覆用ダイスの前後に設置された上記２つの障壁シス
テムを用いることによって、個々の繊維に樹脂を含浸さ
せることができる。この結果、繊維内に樹脂がより均一
に分配されるとともに、ロービング内に含まれる空気が
ほぼ完全に除去される。
作用 本発明の方法を用いることによって、ロービングのす
べての繊維を第１の障壁システム内で拡げて互いに平行
に並べ、繊維のウエブを形成することができる。含浸さ
れていない状態でこのように並べられた繊維は、相互に
ほぼ分離した状態で被覆用ダイスに到着するので、個別
に十分に含浸させることができ、第２の障壁システム内
を通過する際に繊維に亀裂が入る危険性はない。
実施例 添付の図面により本発明をさらによく理解することが
できよう。第１図は異形断面材を製造するための装置の
全体図である。この装置の参照番号１の部分はロービン
グの繊維を拡げるための障壁システムである。参照番号
２の部分には押出機（図示せず）に接続された被覆用ダ
イスが続き、その後段には含浸された繊維に対する障壁
システム３が配置されている。最後の参照番号４の部分
には成形ダイスが位置する。参照番号１の部分には通路
を備える障壁システムが図示されている。この障壁シス
テムにはロービング「ａ」が引き込まれる。この通路は
任意の形状でよいが、断面が長方形になっていてシート
またはリボンの形態のロービングが容易に得られるよう
にすることが好ましい。通路の入口は拡げて、ロービン
グが本発明の装置の内部に入りやすくするとよい。通路
内にはロービングの引っ張り方向を変える少なくとも１
つの偏向部「ｂ」が存在している。この偏向部は、ロー
ビングの引っ張り方向の軸線、従って通路の軸線に対し
てほぼ垂直に配置されている。この結果、ロービングが
通過するときにはこの偏向部にぶつかり、各ロービング
を構成する繊維が平坦にされる。一般には偏向部は１つ
で十分であるが、多数のロービングからなるシートを実
現する場合には複数の偏向部を有する障壁システムを利
用することが望ましい。繊維の以後の含浸状態を向上さ
せるためには、吸引口「ｃ」を設けてロービング内に閉
じ込められた空気を最大限に除去するとよい。加熱装置
を取り付けることも好ましい。被覆用ダイス２は、連続
した長繊維を溶融状態のポリマーで被覆する公知のタイ
プのものである。このダイスは、繊維を溶融状態の熱可
塑性材料で被覆することのできるクロスダイ型ダイスで
ある。
本装置の第２の障壁システムを形成する部分３は、主
として、溶融熱可塑性樹脂で被覆された繊維を被覆用ダ
イスの延長線上で受ける通路「ｄ」で構成されている。
一般に、この第２の障壁システムは少なくとも熱可塑性
樹脂の融点以上の温度に加熱される。この通路は、その
軸線、すなわち被覆された繊維の引っ張り軸線にほぼ垂
直に、かつ、対向させて配置した少なくとも２つの偏向
部「ｅ、ｆ」を備えている。このため、引っ張りの際に
各被覆面に交互に力が及ぼされる。先に説明したよう
に、これら偏向部は偏向部「ｂ」とほぼ平行である。最
後に、樹脂を含浸された繊維は成形ダイス４を通過した
後に本発明の装置を出て冷却される。あらゆる押出シス
テムに一般的なこの成形ダイスを用いることにより、製
品に所望の最終形状を与えることができる。ダイスの構
造を変えることにより、従来技術を用いて複雑な任意の
異形断面材にすることができる。さらに、単なるストラ
イドを製造し、このストライドを切断してピレットに
し、公知の任意の方法を用いて最終的に任意の形状の成
形品に成形することもできる。
第２図は、第１図の部分２の被覆用ダイスの断面図で
ある。この図には、ロービングのシート状に配置された
繊維を被覆することのできる公知のタイプのダイスが示
されている。押出機５（図示せず）からは、供給管６、
７を介して溶融した熱可塑性樹脂が長方形の断面が示さ
れている通路８に供給される。繊維のシートはこの通路
８内を引っ張られて移動している。供給管６、７は、溶
融熱可塑性樹脂が、繊維からなるシートの少なくとも２
つの最も広い対向面に分配されるように配置する。
第３図は、第２の障壁システムを構成する有効部分３
の断面図である。本発明に特に適した構造を示したこの
図からわかるように、被覆用ダイスの出口と成形ダイス
の間でサイン曲線状に蛇行している通路の形態をそのま
ま利用して偏向部としている。このシステムは金属ブロ
ックで構成されている。このブロックには、加熱可能と
なっているとともに、サイン曲線の上部稜線「ｆ」と下
部稜線「ｅ」として表されている互いに平行で対向した
少なくとも２つの偏向部を備える蛇行サイン曲線の形態
の通路が貫通しているのが好ましい。
第４図は、第３図の障壁システム内でサイン曲線の稜
線と衝突した互いに並んだロービングの繊維「ｇ」を溶
融熱可塑性樹脂「ｈ」が強制的に通過され、その結果と
して繊維の被覆特性が向上するということを説明する図
である。
本発明の方法を用いると、押出し可能なあらゆる熱可
塑性のポリマーまたはコポリマーをもとにして、連続し
た長繊維で強化された異形断面材を製造することができ
る。最も一般的なポリマーまたはコポリマーとして、ポ
リエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ビ
ニル芳香族ポリマーとそのコポリマーであるポリスチレ
ンやアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマ
ー、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのハロ
ゲン化ビニルポリマー、ポリアミド６、11、12、６−
６、６−10などのポリアミド、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（エーテル−
アミド）シーケンスコポリマー、ポリスルホン、ポリエ
ーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテルエー
テルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテ
ルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンエ
ーテルなどのポリエステルやこれらの混合物を挙げるこ
とができる。
押出し可能な上記の熱可塑性ポリマーは、無機または
有機の連続した長繊維で強化される。長繊維としては、
例えば、ガラス繊維、シリカ繊維、炭素繊維、またアラ
ミド繊維のロービングを挙げることができる。
強化異形断面材は、ダイスの形状に応じて得られたそ
のままの形で使用することができる。さらに、この強化
異形断面材はペレットにし、コンパウンドして、射出成
形、圧縮成形、射出−圧縮成形、押出成形等で用いられ
る中間生成物として利用することもできる。
本発明は、以下の実施例によってより明らかとなろ
う。但し、これらの実施例は、本発明を何ら限定するも
のではない。
実施例１ 以下の寸法を有する第１図の装置を用いた。
−障壁領域１ ・長さ : 60mm ・幅 :100mm ・間隙 : 3mm ・入口が拡がっており、偏向部の天井部の高さは10
mm。
−樹脂供給ダイス領域２ ・長さ : 90mm ・幅 :100mm ・供給管：直径10mmの供給管２つ ・この領域の出口の間隙:3mm ・樹脂供給：直径30mmの押出機 ・スクリューの長さ:22D −障壁領域３ ・長さ :200mm ・幅 :100mm ・３つの稜線を有するサイン曲線状の障壁 ・稜線間の振幅:40mm ・間隙 : 3mm −成形領域４ ・直径3mmの穴を５個備えたダイス ・長さ :100mm ・幅 :100mm この装置を用いてガラス繊維E:2400テックのスロービ
ングに50重量％添加したポリアミド11のストランドを製
造する。
引き抜き速度は3m/分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１ :200℃ 領域２ :230℃ 領域３ :230℃ 領域４ :210℃ 実施例２ 実施例１の装置において成形領域４を以下のように変
える。
入口断面：長方形、幅100mm、厚さ3mm 出口断面：長方形、幅10mm、厚さ3.5mm 長さ :100mm ガラス繊維E:2400テックスのロービングに39.3容量％
を添加したポリアミド６からなる幅10mm、厚さ3.5mmの
板を製造する。
引き抜き速度は3m/分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１ :220℃ 領域２ :280℃ 領域３ :280℃ 領域４ :260℃ この板に対して得られた曲げ弾性率は24500MPaであ
る。
前記の係数ε＝0.85。
この係数εは以下の加算法則から得られる。
Ｅ＝ε・Ef・Vf＋Em（１−Vf） （ただし、Efは繊維のヤング率、 Emはマトリックスのヤング率、 Vfは繊維の体積分率、 Ｅは曲げ弾性率の実験値である。） 実施例３ 実施例１の装置を用いてガラス繊維E:2400テックスの
ロービングを40重量％添加したポリアミド12のストラン
ドを製造する。
引き抜き速度は3m/分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１ :220℃ 領域２ :260℃ 領域３ :260℃ 領域４ :240℃ 実施例４ 実施例２の装置を用いて、ガラス繊維E:2400テックス
のロービングを28容量％添加した無水マレイン酸がグラ
フト化されたプロピレンを３％含むポリプロピレン板を
製造する。
引き抜き速度は3m/分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１ :240℃ 領域２ :260℃ 領域３ :260℃ 領域４ :240℃ 得られた曲げ弾性率は1540MPaである。
係数ε＝0.78。
実施例５ 実施例１の装置の領域４において、出口が１つのみで
あり長さが200mm、出口の幅が100mm、間隙が0.7mmのダ
イスを用いた装置を上記５個の穴を有するダイスの代わ
りに利用して、ガラス繊維E:2400テックスのロービング
を40重量％添加されたポリアミド６のシートを製造す
る。
引き抜き速度は1m/分である。
各領域の温度は以下の通りである。
領域１ :220℃ 領域２ :280℃ 領域３ :280℃ 領域４ :275℃
【図面の簡単な説明】
第１図は、異形断面材を製造するための本発明の装置の
全体図である。 第２図は、第１図の部分２の被覆用ダイスの透視断面図
である。 第３図は、第２の障壁システムを構成する部分３の断面
図である。 第４図は、障壁システム内で互いに並んだロービングの
繊維がサイン曲線の稜線に衝突し、溶融熱可塑性樹脂が
これらの繊維間を強制的に通過する様子を示す図であ
る。 （主な参照番号） １……第１の障壁システム、２……被覆用ダイス、３…
…第２の障壁システム、４……成形ダイス、５……押出
機、６、７……供給管、８……通路、ａ……ロービン
グ、ｂ、ｅ、ｆ……偏向部、ｃ……吸引口、ｇ……繊
維、ｈ……熱可塑性樹脂

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被覆ダイス内でロービング連続繊維を熱可
    塑性樹脂で被覆することによって、連続長繊維で強化さ
    れた熱可塑性樹脂製の異形断面材を製造する方法におい
    て、 ロービング連続繊維を熱可塑性樹脂で被覆する前に、ロ
    ービング連続繊維を第１の障壁領域（１）の少なくとも
    １つの偏向部（ｂ）内を通過させることによってロービ
    ング連続繊維を予め広げて繊維が互いに平行に並んだウ
    エブ状にし、 ロービング連続繊維を熱可塑性樹脂で被覆した後に、溶
    融樹脂で含浸され繊維全体を互いに平行かつ反対側にあ
    る少なくとも２つの偏向部（e,f）を備えた第２の障壁
    領域（３）を通過させることによって繊維間に樹脂を強
    制的に浸透させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】２つの障壁領域（1,3）の偏向部（a,e,f）
    が互いに平行である請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】偏向部（a,e,f）がロービング連続繊維が
    通る軸線に対してほぼ垂直に配置されている請求項１ま
    たは２に記載の方法。
  4. 【請求項４】第１の障壁領域（１）を加熱する請求項１
    〜３のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項５】連続長繊維の被覆用ダイス（２）と成形ダ
    イス（４）とを備えた連続長繊維で強化された熱可塑性
    樹脂製の異形断面材を製造する装置において、 被覆用ダイス（２）の前段に、連続繊維の通る軸線に対
    してほぼ垂直に配置された少なくとも１つの偏向部
    （ａ）を備えた通路を有する障壁領域（１）を設け、被
    覆用ダイス（２）と成形ダイス（４）との間に第２の障
    壁領域（３）を設け、この第２の障壁手段（３）は連続
    繊維の通る軸線に対してほぼ垂直に配置された少なくと
    も２つの偏向部（e,f）を備えた通路を有し、通路は被
    覆用ダイス（２）の出口と整合しており、各偏向部（e,
    f）は互いに平行かつ反対側にあることを特徴とする装
    置。
  6. 【請求項６】２つの障壁領域（1,3）の偏向部（a,e,f）
    が互いに平行である請求項５に記載の装置。
  7. 【請求項７】第２の障壁領域（３）が少なくとも２つの
    偏向部（e,f）を有するサイン曲線状に蛇行した貫通路
    を有する金属ブロックで形成され、２つの偏向部（e,
    f）が互いに平行かつ反対側にある上記サイン曲線の上
    側稜線と下側稜線とで形成される請求項５または６に記
    載の装置。
  8. 【請求項８】第１の障壁領域（１）が加熱手段を備えて
    いる請求項５〜７のいずれか一項に記載の装置。
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