JP2586078B2 - 繊維強化樹脂成形材料の製造方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維強化樹脂成形材料の製造方法及びその
装置に係り、さらに詳しくは主として一方向強化熱可塑
性樹脂成形材料又は二方向強化熱可塑性樹脂成形材料の
連続成形方法と、その装置に関する。

（従来の技術） 近来、例えば自動車用外板材料として、軽量化、省エ
ネルギー、コストダウンなどの点から、従来の鋼板に代
わって繊維強化樹脂成形材料が使用されつつある。従来
の自動車用外板材料は熱硬化性樹脂を繊維強化材に含浸
させて作成される繊維強化熱硬化性樹脂成形材料が一般
的であったが、繊維強化熱硬化性樹脂成形材料はその製
造に時間がかかり、大量生産時のコストダウンを図るこ
とが難しい、などの理由から最近では、それらの欠点を
補う材料として熱可塑性樹脂を繊維強化材に含浸させて
得られる繊維強化熱可塑性樹脂成形材料が注目されてい
る。

ところで、従来、上記繊維強化樹脂成形材料（プリプ
レグ）を製造するにあっては、例えば第４図に示すプル
トルージョンタイプによる製造装置を用いた製造方法が
提案されている。

図中１は押出機本体であり、押出機本体１より加熱溶
融樹脂を押し出すバレル部３が側方へ延出されている。
該バレル部３の先端にはダイ20が取り付けられ、またバ
レル部３の途中にはホッパ２が設けられている。ダイ20
の下方位置には回転駆動する一対の冷却ロール６が配設
されている。

第５図に示すように、前記ダイ20のヘッドブロック５
内には、繊維束４が上方から下方へ向けて通過する繊維
通過路14が上下方向に長く貫通して設けられ、またヘッ
ドブロック５の側部にはバレル部３内に形成された樹脂
流路10が導入され、該樹脂流路10と前記繊維通過路14と
がヘッドブロック５内で連通して、その接合部分にマニ
ホールド７が形成されている。マニホールド７の上壁部
にはノズル部８が形成され、マニホールド７の下端部に
はダイ出口9aを有したダイリップ９が設けられている。
そして、繊維束４がダイ20の上方から繊維通過路14を通
って冷却ロール６で引き取られる際に、マニホールド７
内で溶融樹脂ａが繊維束４の周囲に付着あるいは含浸
し、この繊維束４がダイ出口9aより下方へ引き取られ、
ここで冷却されて繊維強化樹脂成形材料が製造されるよ
うになっている。

ところが、一般に繊維束４と溶融樹脂ａとの濡れ性は
悪いために、上記構成のプルトルージョンタイプの製造
方法では、繊維束４の周囲に溶融樹脂ａが付着するだけ
であり、溶融樹脂ａを繊維束４へ充分含浸させることが
できない。繊維束４に対する樹脂の含浸性を上げる為
に、樹脂を溶液又はエマルジョン状態として繊維束４に
含浸させる予備含浸方式が従来から提案されているが、
この方法では溶剤等が揮散するため環境衛生上の問題を
招来し、またエネルギーロスの問題等があって好ましく
ない。

また、例えば特公昭48−8858号公報、特公昭47−3646
7号公報、特開昭52−78273号公報には、繊維束に樹脂粉
末を予め付着溶融させて、樹脂との濡れ性を改良した
後、このものに溶融樹脂を含浸させる方法も提案されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上記樹脂粉末を予備付着させる方法によれ
ば、繊維束に付着させる樹脂を粉末化する工程や、樹脂
含浸槽等が必要となるため繊維強化樹脂成形材料の製造
工程が複雑化し、製造コストの面で改良の余地があっ
た。

また、熱可塑性樹脂を繊維束に含浸させる場合には、
熱可塑性樹脂は溶融時の粘性が熱硬化性樹脂に比べて非
常に高いため、繊維束の各単糸間への含浸性が難しいも
のである。樹脂の溶融温度を上げて樹脂の流動性を良く
することにより、樹脂の含浸性を上げることも考えられ
るが、樹脂の溶融温度を高くし過ぎると、樹脂がその溶
融時に熱劣化したり、マトリックス樹脂自身の強度低下
を来たし、ひいては成形品の性能をも損ねるという欠点
がある。さらに、溶融樹脂の供給圧力を上げることによ
り、繊維束に対する溶融樹脂の含浸性を上げることも考
えられるが、ダイ内に設けられたマニホールド内へは繊
維束が連続的に導入されているため、マニホールドは外
部に開口させる必要があり、従って、樹脂の供給圧力を
上げる上記方式を採用することはできない。

本発明は上記欠点を解決するものであり、その目的
は、樹脂の含浸性を向上することができ、しかも製造工
程が簡略化できると共に、製造コストを低減することも
できる繊維強化樹脂成形材料の製造方法及びその装置を
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造方法
は、熱可塑性溶融樹脂中に繊維束を連続的に供給し、該
繊維束に溶融樹脂を含浸させた後、溶融樹脂が含浸され
た繊維束を引き出して溶融樹脂を冷却させる繊維強化熱
可塑性樹脂成形材料の製造方法であって、前記繊維束に
溶融樹脂を含浸させる際に、繊維束の側面を片側から交
互に押圧することを特徴としており、そのことにより上
記目的が達成される。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造装置
は、連続的に供給される繊維束が通過する繊維通過路
と、該繊維通過路の一部に設けられ熱可塑性溶融樹脂が
供給されるマニホールドと、繊維束が溶融樹脂に接触し
ている際に、繊維束の側面を片側から交互に押圧する加
圧部材とを有するダイと、溶融樹脂が含浸された繊維束
を前記ダイから引き取る引き取り手段と、を具備するこ
とを特徴としており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

（実施例） 以下に本発明の実施例を詳細に説明する。

実施例１ 本発明に係る繊維強化樹脂成形材料の製造装置の全体
構成は、第４図で示した一般的なプルトルージョンタイ
プと同様に構成されている。該製造装置は、加熱溶融し
た樹脂を押し出すバレル部３を備えた押出機本体１と、
該バレル部３の先端に取付けられたダイ20と、ダイ20の
下方位置に回転駆動自在に配設された引き取り手段とし
ての一対の冷却ロール６とを具備して構成されている。

第１図に示すように、ダイ20のヘッドブロック５に
は、帯状の繊維束４が通過する繊維通過路14が上下方向
に長く貫通して設けられている。ダイヘッドブロック５
の側部には前記繊維通過路14と連通する樹脂流路10が設
けられ、繊維通過路14と樹脂流路10との接合部分にマニ
ホールド７が形成されている。そして、該マニホールド
７の上壁部にはノズル部８が形成され、マニホールド７
の下端部にはダイ出口9aを有したダイリップ９が設けら
れている。

前記マニホールド７内において、繊維束４の通過位置
からやや外れた位置に、棒状の加圧部材11が帯状繊維束
４の側面に対して略平行に配置されている。上下に配設
された各加圧部材11、11…はそれぞれ平行に配設され、
且つ上下に配設された複数の加圧部材11、11…のうち、
一方の加圧部材11は繊維束４の一側面側に配設され、他
方の加圧部材11は繊維束４の他側面側に配設されて、上
下複数本の加圧部材11、11…は繊維束１に対して交互に
反対側に位置するようになっている。各加圧部材11は繊
維束４の側面に接触する位置に配置され、従って所定の
張力を維持しながらダイヘッドブロック５内の繊維通過
路14を通過する繊維束４は、各加圧部材11によって所定
圧力で押圧されることになる。

本発明で使用し得る繊維束としては、FRP（繊維強化
プラスチック）又はFRTP（繊維強化熱可塑性プラスチッ
ク）に従来から使用されているもの総てを使用すること
ができ、例えばガラス繊維、カーボン繊維、ボロン繊
維、ウイスカ等の無機材料や、アラミド繊維、綿、麻、
レーヨン、ビニロン、テトロン、アクリル等の各種繊維
が挙げられる。繊維束４の形態としては、例えばロービ
ング、ロービングクロス、平織りクロス、ヤーンを織っ
たもの、チョップドストランドを無定方向に積み重ねて
シート状にしたもの（マット）等が挙げられ、繊維束４
の形態に限定されるものではない。また、本発明で使用
し得る樹脂としては、例えばポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、
ポリエチレンテレフタレート等の熱可塑性樹脂が挙げら
れ、溶融粘度の比較的高い熱可塑性樹脂でも好適に使用
される。

（作用） 溶融樹脂ａがマニホールド７へ供給されている状態
で、繊維束４がヘッドブロック５の繊維通過路14へ連続
的に供給されると、溶融樹脂ａは繊維束４の周囲に付着
及び繊維束４内へ含浸し、冷却ロール６の回転駆動によ
って該繊維束４はダイ出口9aから下方へ引き出される。
ここで、溶融樹脂ａ中において、加圧部材11が繊維束４
の側面を押圧していることにより、繊維束４は加圧部材
11に押されて拡げられ、繊維束４と溶融樹脂ａとの接触
面積が増大すると同時に、繊維束４の周囲に存在する溶
融樹脂ａは繊維束４の中へ押し込まれることになる。こ
の溶融樹脂ａの押し込みによって、繊維束４の繊維間に
存在する空気は追い出され、溶融樹脂ａは繊維束４の単
繊維周囲に付着することになる。特に、加圧部材11は帯
状繊維束４の表裏面に繊維束４の移動方向に沿って交互
に配置されていることにより、繊維束４の表裏両面から
溶融樹脂ａは交互に、且つ複数回繊維束４中へ押し込ま
れることになる。

このようにして溶融樹脂ａが完全に含浸された繊維束
４は、ダイ20の下方位置に配設された冷却ロール６で引
き取られ、ここで冷却されて繊維強化熱可塑性樹脂成形
材料（プリプレグ）が作成される。得られた繊維強化樹
脂成形材料は、用いた繊維束４の繊維方向によって一方
向強化材あるいは二方向強化材として使用される。一方
向強化材は、例えばボンベ、タンク、自動車のリーフス
プリング、ドライブシャフト等の材料として使用でき、
二方向強化材は主に自動車用フード、ルーフ、デッキ、
ドア、航空機の翼を支える桁等をはじめ、すべての外板
として使用することができる。

なお、前記加圧部材11の本数や形状、寸法及び繊維束
４への押圧力等は適宜変更可能である。

実施例２ 第２図及び第３図には他の実施例が示されている。こ
の実施例では、ダイ出口9aの近傍位置に設けられた固定
ダイリップ15及び可動ダイリップ12の繊維通過路14側の
側面にそれぞれ加圧部材として突起部12a、15aを一体に
設けたものである。固定ダイリップ15に設けられた上下
二個所の突起部15a、15aと可動ダイリップ12に設けられ
た上下二個所の突起部12a、12aは、それぞれ上下の同じ
位置で対向しない位置に設けられ、繊維束４の側面に各
突起部12a、15aの先端が接触して、各突起物12a、15aに
よって繊維束４の側面を両側から押圧するようになって
いる。固定ダイリップ15側の突起部15a、15aと繊維束４
の一側面との間で空間部16が形成され、可動ダイリップ
12側の突起部12a、12aと繊維束４の他側面との間で、前
記空間部16とは繊維束４で仕切られた空間部17が形成さ
れている。

従って、本実施例では、各突起部12a、15a先端で繊維
束４の側面を交互に押圧することにより、溶融樹脂ａは
繊維束４内へ押し込まれ、この樹脂ａの繊維束４への侵
入により樹脂ａの含浸性を向上することができることに
加えて、マニホールド７から一方の前記空間部16側へ溶
融樹脂ａが移動する際に、繊維束４の単繊維間を溶融樹
脂ａが通過し、またこの空間部16から別の空間部17へ移
動する際にも再び繊維束４の単繊維間を溶融樹脂ａが通
過することになるから、その通過の際に、繊維束４の各
単繊維周囲に溶融樹脂ａが付着することにより、溶融樹
脂ａを繊維束４に完全に含浸させることができる。

なお、各突起部12a、15aの数、高さ、形状及び先端の
曲率等は、使用する繊維束４の種類と、マトリックス樹
脂ａの種類、樹脂温度等に応じて最適のものが設定さ
れ、また可動ダイリップ12に取り付けられた調製ボルト
12bを回すことにより、ダイ出口9aのスリット幅を調製
したり、繊維束４に対する突起部12aからの押圧力を微
調整することもでき、製造される繊維強化樹脂成形材料
の繊維含有率を自由に調整することができる。

（発明の効果） このように、本発明によれば、繊維束に溶融樹脂を含
浸させる際に、繊維束の側面を押圧するようにしたの
で、その押圧力によって解繊と同時に繊維束周囲に存在
する溶融樹脂を繊維束内へ押し込むことができるから、
樹脂の含浸性を向上することができる。しかも、樹脂の
溶融温度を特に上げることもなく、樹脂の含浸性を上げ
ることができるので、樹脂の熱劣化や成形品の強度低下
を招くこともない。さらに、本発明の装置はダイのヘッ
ドブロック内に加圧部材を設けるだけの簡単な構成で上
記のように樹脂の含浸性を上げることができるから、従
来のように樹脂を粉末化する工程や樹脂含浸槽等を必要
とせず、製造工程が簡略化できると共に、生産コストを
低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例のダイの断面図、第２図はダイ
の他の実施例の断面図、第３図は第２図のＡ部分の拡大
断面図、第４図はプルトルージョンタイプの製造装置の
全体概略側面図、第５図は従来のダイの断面図である。 ４……繊維束、６……引き取り手段、７……マニホール
ド、10……樹脂流路、11、12a、15a……加圧部材、14…
…繊維通過路、20……ダイ、ａ……溶融樹脂。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱可塑性溶融樹脂中に繊維束を連続的に供
   給し、該繊維束に溶融樹脂を含浸させた後、溶融樹脂が
   含浸された繊維束を引き出して溶融樹脂を冷却させる繊
   維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造方法であって、前記
   繊維束に溶融樹脂を含浸させる際に、繊維束の側面を片
   側から交互に押圧することを特徴とする繊維強化熱可塑
   性樹脂成形材料の製造方法。
2. 【請求項２】連続的に供給される繊維束が通過する繊維
   通過路と、該繊維通過路の一部に設けられた熱可塑性溶
   融樹脂が供給されるマニホールドと、繊維束が溶融樹脂
   に接触している際に、繊維束の側面を片側から交互に押
   圧する加圧部材とを有するダイと、 溶融樹脂が含浸された繊維束を前記ダイから引き取る引
   き取り手段と、を具備することを特徴とする繊維強化熱
   可塑性樹脂成形材料の製造装置。