JP2634184B2 - 引抜成形による熱可塑性ポリマー製異形断面材の製造方法と、この方法を実施するための装置とこれによって得られる製品 - Google Patents

引抜成形による熱可塑性ポリマー製異形断面材の製造方法と、この方法を実施するための装置とこれによって得られる製品

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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、引抜成形による連続した長繊維で強化した
熱可塑性ポリマーの異形断面材(プロフィル)の製造方
法に関するものである。この方法では、熱可塑性樹脂に
よって含浸されたロービングを型取りすなわち成形する
前に、このロービングを押しつぶして、ロービングの単
位繊維が溶融状態の熱可塑性樹脂によって含浸されたウ
ェブにする。このウェブは、ロービングに熱可塑性樹脂
を含浸させた後に、ロービングを加熱された長方形の平
らなダイスを通過させて押しつぶすことによって作られ
る。従って、溶融した樹脂が繊維間に浸透することにな
る。この方法は、一般に熱可塑性ポリマーに適用され、
特に、連続した長繊維で強化したポリ塩化ビニルの新し
い異形断面材を得ることができる。
従来の技術 一般に、引抜成形によって熱可塑性樹脂の異形断面材
を製造することは公知である。従来の方法では、ロービ
ングを樹脂で含浸させた後に、全部がばらばらの状態
で、例えば加熱空気もしくは赤外線で、ポリマーを溶融
させるのに十分な温度に加熱されたトンネル内を循環さ
せる。トンネルから出た樹脂で被覆されたロービングは
加熱された型内に入れられて製造すべき製品の最終的形
状とされ、型から出た後に冷却される。この方法には重
大な欠陥がある。すなわち、熱可塑性樹脂を溶融させ、
ロービングの芯まで均一に樹脂を含浸させることが難し
い。
発明が解決しようとする課題 ロービングは複数の連続した単位繊維(フィラメン
ト)を合わせて形成されている。引抜成形では、複数の
ロービングを含浸後に、繊維をばらばらにした状態で、
体積を大きくするために紡錘形にして加熱トンネル内を
通過させる。輻射加熱では繊維の束の芯の熱可塑性樹脂
を溶かして各単位繊維を完全に含浸するのが難しい。
すなわち、含浸が均等で行われず、従って含浸されな
い繊維間に空気が残り、最終製品の物理的特性の欠陥の
原因となる。ロービングの数が多く、最終製品が大きく
なる程、この現象が生じ易くなる。
また、ポリ塩化ビニルの特性を考慮すると、このよう
な方法では、連続した長繊維で強化した硬質のポリ塩化
ビニルの異形断面材を製造することはできない。すなわ
ち上記方法の条件下では、可塑剤を使用しないで単純に
温度を上昇させるだけでは、熱崩壊が起り、ポリ塩化ビ
ニルをゲル化させることは不可能である。従って、通常
はゲル化をさせるが、このゲル化は攪拌装置内で実施さ
れる。しかし、この攪拌によるゲル化では必然的に材料
に剪断応力が加えられる。この周知のゲル化方法では、
マトリックス(母材)のゲル化が極めて不完全であるた
め、強化繊維の被覆材に欠陥が生じ、異形断面材の品質
が悪く、異形断面材を引き抜く際の破損が生じる。
課題を解決するための手段 本発明の方法では、繊維間に含まれる空気を最大限排
除した後、単位繊維がほぼ完全に熱可塑性樹脂で含浸さ
れたロービングを用いて引抜成形の技術で成形すること
ができる。本発明の方法は、ロービングすなわち繊維の
連続した束に公知の方法によって熱可塑性樹脂を含浸さ
せ、その全体を加熱装置内を循環させて熱可塑性樹脂を
溶融させ、次いで異形断面材を加熱したまま熱間で、ほ
ぼ最終的な形状を与えるのに適当なダイスで成形し、そ
の後、第2の冷却されたダイスを通過させることからな
り、この方法の特徴は、平らなダイスから構成されてい
る加熱装置中でロービングの束、すなわち熱可塑性樹脂
で含浸された束全体を押しつぶす点にある。
作用 この加熱装置の入口部はロービングの束の初期体積が
通過できるのに十分な大きさに拡大されており、ダイス
の厚さ方向間隔は可変になっていて、含浸集合体を成形
前の厚さが最小のウェブの形にしてダイスの出口から出
すことができるようになっている。
本発明の方法の特徴は添付図面によってより明らかに
なるであろう。第1図は、それ自体が複数の繊維Fの集
合体からなるロービングRの束を図示したものである。
本発明のこのロービングは、束に集められる前に、熱可
塑性樹脂によって含浸されている。
このロービングは拡大された入口部1を介して2図に
示したダイス内に導入され、厚さが可変である間隙部2
内で引き抜かれ且つ押しつぶされる。ダイスの出口部か
ら出た溶融した熱可塑性樹脂で含浸されたウェブ3は、
前記の公知の成形部へ送られる。第3図に示すように、
上記間隙部の断面がほぼ長方形である平らなダイスから
出たウェブは、互いに緊密に結合され且つ押しつぶされ
たロービングの形態をしており、その各単位基本繊維は
熱可塑性樹脂によって含浸されている。このような均一
な含浸が得られる理由は押しつぶすことによって、熱交
換面積が大きくなり、また、ロービングの内部及びその
接合部に閉じ込められた空気を最大限除去することがで
きるためである。断面がほぼ長方形である上記間隙部の
出口部の形状は、ほぼ平行四辺形である。
第2図に示した接触角αは、外部とダイス内の間隙部
の水平部との間の導入部の傾斜であり、この接触角によ
って、表面のポリマーを徐々に溶融することができ、こ
のポリマーに潤滑剤の役をさせることができる。
導入部の長さと接触角の値は、使用するポリマーと予
備含浸された被導入ロービングの体積に応じて変えるこ
とができる。この長さは35から50mmの範囲、上記接触角
は1から20゜の範囲にするのが好ましい。
ダイスの長さは、温度に応じて決めなければならな
い。この温度はダイス出口でウェブの中心部の熱可塑性
ポリマーが分解しないような分解温度以下にしなければ
ならない。
ダイスの間隙部の厚さは、寸法の異なる異形断熱材を
作るための厚さの違うウェブを形成することができるよ
うに調節可能になっている。この厚さの調節は、間隙部
の間隔を変えることができる任意の手段によって行うこ
とができる。例えば、ダイスの対向する壁を遠ざけた
り、近づけたりすることができるねじ装置やばね装置に
よって行うことができる。
本発明では、ロービングを公知の技術によって含浸さ
せる。例えば、微粉末状の熱可塑性ポリマーの流動床内
にロービングを通過させる方法、ロービングにポリマー
層を塗布することのできるクロスヘッドのダイスを通し
てロービングを押出しすることによってロービングを被
覆する方法、さらにはロービングにポリマーラテックス
を塗布する方法を用いることができる。前述のように、
ロービングは複数の単位繊維の集合体からなる連続した
束の形態をしている。これらのロービングは、無機繊維
もしくは有機繊維で形成することができるが、プラスチ
ック材料の強化には一般にガラス繊維、炭素繊維及びア
ラミド繊維が最もよく用いられる。こうして含浸された
ロービングを束に集めて上記のダイスに導入する。この
ダイスは、ポリマーを溶融するように加熱されている。
ダイスから出てきたウェブはポリマーが溶融状態にある
ような温度で型取ダイスに送って、ウェブを最終異形断
面材の形状に成形する。
前記第2のダイスの温度は、もちろん、ポリマーを変
形するのに十分な温度に保たれていることは理解できよ
う。特に複雑な異形断面材や大きな異形断面材を製造す
る場合には、ウェブの最終的な型取りをする前に、徐々
に予備の型取りをすることもある。型取りダイスから出
た異形断面材は冷却された成形具へ送られる。この成形
具の入口部の形は、上記型取りダイスの出口部の形とほ
ぼ同じである。次に、異形断面材を引抜機に入れ、所望
の形に切断する。
本発明の方法は、連続した長繊維で強化された熱可塑
性樹脂を主成分とする様々な形状の中実もしくは中空の
異形断面材の引抜成形に適している。特に好ましい熱可
塑性樹脂は、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレ
ン、低密度のリニアなポリエチレンもしくはポリプロピ
レン等のポリオレフィン;エチレン−酢酸ビニルコポリ
マー;ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチ
レン(ABS)コポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリアミド
6、11、12、6−6、6−10、ポリエステル、ポリ(エ
ーテル−アミド)シーケンスコポリマー、フッ素化され
たポリマー、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等の耐熱性の
熱可塑性ポリマー、もしくはそれらの混合物、重付加も
しくは重縮合を用いる反応性の熱可塑性オリゴマー(必
要であれば他の反応成分を一緒に用いることもできる)
の中から選択することができる。
本発明の方法のもう1つの利点は、新規な製品、すな
わち、連続した長繊維、特にガラス長繊維で強化された
硬質なポリ塩化ビニル製の断面が大きな異形断面材を得
られるという点にある。長繊維で強化された、断面が小
さなポリ塩化ビニル製の異形断面材は公知であるが、ポ
リ塩化ビニルの特性に起因する前記の理由から長い連続
した強化繊維と同じ長さの断面を有する大きな異形断面
材を作ることはできなかった。
本発明によって得られた異形断面材は、剛性に優れる
という特徴を備える。さらに、輪、帯、細い棒の形態を
した異形断面材から、強化繊維の長さとこの部品の長さ
が一致した種々の長さの部品を切り出すことができる。
この切断された部品は一旦溶かすことによって繊維の最
終的な長さを維持した状態で押出し成形、射出−圧縮成
形もしくは圧縮成形等によって変形することができる。
本発明の利点は、剛性、衝撃強度、寸法安定性等の特性
が大巾に向上し、しかも温度が上昇してもこれらの特性
が保持される点にある。
実施例 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 ガラス繊維のロービングを外側から分割して、流動床
を通過させて、ポリアミド6(オルガソール(ORGASO
L)1002 D)の粉末を含浸させる。
ポリマーの溶融を平らなダイス内で実施し、次に最終
異形断面材10×4mmへの型取りを280℃に維持した加熱さ
れた予備成形ダイスと、22℃に維持された冷間ダイス中
で連続的に実施する。
この実施態様で溶融に使用した平らなダイスの寸法は
以下の通りである: 長さ:300mm 幅:100mm 接触角:15゜ 導入部の長さ:35mm 間隙部:1mm ダイスの出口部の厚さ:0.45mm 予備成形ダイスと冷間ダイスの接触角は、導入部の長
さ5mmについて、20゜である。
この異形断面材は、ベテロテックス(VETROTEX)R
099 5122 X1の2400テックスの24本のロービングを用い
た。流動床での粉末含浸度は46容量%で一定に維持し
た。含浸前のガラス繊維のロービングの体積は約0.45×
0.45mmであり、含浸後のロービングは直径が約8から10
mmの束状になる。出口での引抜速度は、1m/分である。
このようにして製造した異形断面材の剛性は、ASTM
D 790規格による3点曲げ試験によって、測定した。
また、弾性係数Eと最大応力σも測定した。
比較例として、ポリアミド6で含浸されたロービング
の束を加熱空気のトンネル内を通過させて、その出口で
束の中心で樹脂が溶融状態となるようにしたものを直接
成形して、同じ異形断面材を作った。
すなわち、溶融したポリアミド6で被覆された繊維の
塊を、280℃に保たれた成形ダイス中に導入し、次い
で、出口を出た異形断面材を22℃に保たれた冷間ダイス
から異形断面材を引き抜いた。
得られた結果は、以下に示す: 実施例2 実施例1の操作と方法の条件下で、連続したガラス長
繊維で強化されたポリ塩化ビニル製の断面が10×4mmの
異形断面材を製造した。本実施例の条件は、以下の通り
である: ポリ塩化ビニル粉末の平均直径:100μm 含浸されたポリ塩化ビニルの量:63.1容量% 平らなダイスの温度:200℃ 成形ダイスの温度:190℃ 冷間ダイスの温度:15℃ 平らな溶融ダイスの寸法は以下の通りである: 長さ:200mm 幅:100mm 接触角:1゜ 導入部の長さ:50mm 間隙部:1mm ダイスの出口の厚さ:0.45mm 実施例1の装置の条件下では、ロービングの束のゲル
化が、中心部では不十分であるため、上記比較実験で
は、正確な長さの異形断面材を製造することはできな
い。
加熱空気のトンネルの温度を上昇させると、含浸され
たロービングの束の外周部分が熱劣化する。
この条件下では、最終異形断面材の多孔度が極めて高
く、物理的特性があまり良くなく、信頼度が低い。
本発明の異形断面材について得られた結果は、ガラス
繊維36.9容量%で、以下の通りである: 屈曲係数E(GPa):25.2 最大応力σ(MPa):476 実施例3 実施例1の装置と操作の条件下で、分子量4000のポリ
アミド11のプレポリマー粉末から、断面が10×4mmの異
形断面材を製造した。
この粉末の粒度は、80から200μmの範囲にある。18
本の2400テックスのR 099 P 103(ベテロテックス
(VETROTEX))のロービングを用いた。
引抜速度は、0.5m/分である。
平らなダイス内での加熱により水が除去されてプレポ
リマーの粘度を上昇させたものを成形ダイに送る。
本実施例の条件は、以下の通りである: 含浸させたポリアミド11の量:57.4容量% 平らなダイスの温度:270℃ 成形ダイスの温度:240℃ 冷間ダイスの温度:22℃ 平らなダイスの寸法は、以下の通りである: 長さ:300mm 幅:100mm 接触角:15゜ 導入部の長さ:35mm 間隙部:1mm ダイスの出口の厚さ:0.45mm この異形断面材について得られた結果は、ガラス繊維
が42.6容量%で、さらに、以下の特性を有していた: 屈曲係数E(GPa):26.0 最大応力σ(MPa):450
【図面の簡単な説明】
第1図は、複数の繊維の集合からなるロービングの束を
図示したものであり; 第2図は、本発明によるダイスの概略図であり; 第3図は、ダイスから出たウェブの断面である。 (主な参照番号) 1……入口部、2……間隙部、 3……ウェブ、R……ロービング、 F……繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−67136(JP,A) 特開 昭57−31532(JP,A) 欧州公開125472(EP,A1)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性樹脂を含浸させた繊維の束を加熱
    し、ダイスでほぼ最終形状の異形断面材まで成形し、次
    いで冷えたダイス中を通過させて形を固定する、連続長
    繊維で強化された熱可塑性ポリマーの異形断面材の引抜
    成形方法において、 熱可塑性樹脂を含浸させた繊維の束を加熱しない状態で
    繊維の束の初期体積が通過するのに十分な大きさの入口
    を備えた平らなダイスへ送り、 この平らなダイスを加熱すると同時に、平らなダイスの
    間隙の厚さを、ダイス出口で含浸された繊維の束全体の
    厚さが成形の前の繊維の束全体の最小厚さになるように
    次第に小さくすることによって、含浸された繊維の束全
    体を押し潰す ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】平らなダイスの間隙の断面形状がほぼ長方
    形であり、その出口の断面形状がほぼ平行四辺形である
    請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】平らなダイスの間隙の水平部と外部との間
    の導入部の傾斜に対応する接触角が1゜〜20゜の範囲に
    ある請求項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】繊維がガラス繊維、炭素繊維またはアラミ
    ド繊維である請求項1〜3のいずれか一項に記載の方
    法。
  5. 【請求項5】請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法
    で用いられる熱可塑性樹脂を含浸させた繊維の束を加熱
    ・成形するための平らなダイスであって、 ダイスの間隙部がほぼ長方形の断面形状を有し、間隙部
    の厚さ方向の間隙が長手方向に沿って次第に縮小してお
    り、間隙部の出口の形状がほぼ平行四辺形であり、間隙
    部の水平部と外部との間の導入部の傾斜に対応する接触
    角が1゜〜20゜の範囲にあることを特徴とするダイス。
  6. 【請求項6】請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法
    によって得られることを特徴とする、長さ方向に連続し
    た繊維で強化された硬質ポリ塩化ビニルの異形断面材。
JP63036443A 1987-02-18 1988-02-18 引抜成形による熱可塑性ポリマー製異形断面材の製造方法と、この方法を実施するための装置とこれによって得られる製品 Expired - Fee Related JP2634184B2 (ja)

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