JP3982007B2 - ー方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法、及び製造装置に関する。詳しくは、連続した強化用繊維束に、熱可塑性溶融樹脂を含浸させて、一方向強化熱可塑性樹脂構造体、即ち単一方向に整列した長繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造する方法及び装置に関する。
【０００２】
更に詳しくは、含浸槽内部に設けた槽内ノズルと、含浸槽の下流側境壁に設けた出口ノズルによって、強化用繊維束を含浸させる事により、表面外観と含浸性に優れた一方向強化熱可塑性樹脂構造体を提供する製造方法、及び製造装置に関するものである。
【０００３】
【従釆の技術】
従来から、この種の一方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法としては、特公昭６３−３７６９４号公報、特開昭６３−２６４３２６号公報、或いは、特公平５−６８３２７号公報に開示されたものが知られている。
【０００４】
しかし、これらの技術により一方向強化熱可塑性樹脂構造体を製造した場合、繊維含有量が多い時には、特に一方向強化熱可塑性樹脂構造体の表面に繊維が飛び出しやすく、ノズル出口で毛羽が発生し、トラブルが頻発し、表面外観の著しい悪化が生じ易いという問題が発生する。そして、表面外観の悪い一方向強化熱可塑性樹脂構造体をペレット化し、成形に供した場合、ブリッジ発生による成形不具合を生ずる。また、繊維含有量が少ない場合には、含浸性が悪く、繊維の分散不良を生じ易い、という問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の技術では克服できなかった、一方向強化熱可塑性樹脂構造体の表面外観と含浸性を改良するための製造方法及び製造装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、強化用繊維束を熱可塑性溶融樹脂が貯留された含浸槽内に導入して該熱可塑性溶融樹脂中に浸漬すると共に、該強化用繊維束を該含浸槽内に設けられた槽内ノズルに通して集束させ、該集束された強化用繊維束を、前記熱可塑性溶融樹脂中を通した後、前記含浸槽の下流側境壁に設けられ、前記槽内ノズルより大きいノズル内径を有する出口ノズルに通して前記熱可塑性溶融樹脂が含浸された一方向強化熱可塑性樹脂構造体を成形することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記含浸槽内の前記槽内ノズルの上流側には、前記強化用繊維束と接触し、前記強化用繊維束を開繊させつつ前記熱可塑性溶融樹脂を含浸させる開繊ピンが少なくとも２本併設され、該開繊ピンに前記強化用繊維束を千鳥状に掛けて上流側から下流側に向けて接触させながら進ませることで、開繊された繊維の間に前記熱可塑性溶融樹脂を含浸させることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、内部に熱可塑性溶融樹脂が貯留されて、該熱可塑性溶融樹脂に強化用繊維束が浸漬される含浸槽を有し、該含浸槽内に槽内ノズル及び前記含浸槽の下流側境壁に、前記槽内ノズルより大きいノズル内径を有する出口ノズルがそれぞれ設けられ、前記槽内ノズルを通過して集束された強化用繊維束が前記出口ノズルを通過することにより、前記熱可塑性溶融樹脂が含浸された一方向強化熱可塑性樹脂構造体が成形されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の構成に加え、前記含浸槽内の前記槽内ノズルの上流側には、前記強化用繊維束と接触し、前記強化用繊維束を開繊させつつ前記熱可塑性溶融樹脂を含浸させる開繊ピンが少なくとも２本併設されていることを特徴とする。
【０００８】
以下に、上記各発明の各構成要件について説明する。
【０００９】
＜一方向強化熱可塑性樹脂構造体＞
本発明の一方向強化熱可塑性樹脂構造体とは、直径１〜１０ｍｍ程度のロッド状一方向強化熱可塑性樹脂構造体であり、各種フィルター用のネットや、農業用トンネル栽培支柱、或いは、光ファイバー補強用の芯材として用いられるものであり、これらの要求特性として、表面外観（平滑性）と真円度が要求されるものである。また、該一方向強化熱可塑性樹脂構造体を３〜５０ｍｍの長さに切断し、ペレット状一方向強化熱可塑性樹脂構造体とすることで、射出成形や押出成形などの一般的な成形に供することも出来るものである。
【００１０】
＜強化用繊維束＞
本発明の強化用繊維束とは、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊稚、高分子繊維など、公知のものを幅広く例示できる。これらは、単独または、２種以上組み合わせて用いられるが、補強効果及び、入手の容易性からガラス繊維が好適である。樹脂強化用として通常的に製造市販されている連続状ガラス繊維束としては、ガラスロービングが挙げられる。通常、その平均繊維径は４〜３０μ、フィラメント集束本数は４００〜１０,０００本、及び、テックス番手は３００〜２０,０００ｇ／ｋｍであるが、好ましくは、９〜２８μ集束本数１,０００〜６,０００本のものである。補強効果の観点から、表面には熱可塑性樹脂に対する界面接着性付与または、向上のため、何らかの処理が施されていることが好ましい。
【００１１】
＜熱可塑性溶融樹脂＞
本発明に用いる強化用繊維束に含浸されるべき樹脂は、熱可塑性樹脂であれば、その何れかを問わない。とはいえ、通常の用途に於いては結晶性樹脂、例えばポリオレフィン系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル系樹脂を用いるのが普通である。
【００１２】
上記の結晶性樹脂の中でも、通常の用途向けには、性状及び、価格の見知から、ポリオレフィン系樹脂が多用される。ポリオレフィン系樹脂とは、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１ーペンテン、１−へキテン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１ーデセン等の炭素数通常２〜１０個程度のα−オレフィンの結晶性単独重合体、もしくは結晶性共重合体または、これらの２種以上から成る組成物等を包含する概念である。中でも実用的にはポリプロピレン、またはプロピレンを主成分とするプロピレンと他のα−オレフィンとの結晶性共重合体が汎用性に富んでいる。また、これら、ポリオレフィン系樹脂の場合には、補強効果の観点から、ポリオレフィン系樹脂に、不飽和カルボン酸もしくは、その無水物をグラフト反応させた改質ポリオレフィン樹脂、或いは、ポリオレフィン系樹脂と、この改質ポリオレフィン樹脂との混合物が好ましい。更に高い耐熱性が望まれる用途には、各種ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂が適合する。ポリアミド系樹脂としては、６−ナイロン、６，６−ナイロン、１２−ナイロン、６，１０−ナイロン等を例示することが出来る。
【００１３】
また、ポリエステル系樹脂としてはポリエチレンテレフタレート（略称ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（略称ＰＢＴ）等を挙げることができる。
【００１４】
＜含浸槽＞
本発明の含浸槽とは、熱可塑性溶融樹脂を所定量貯留させながら流動させるための槽であり、ヒーターを装備して、使用する樹脂の融点より高い温度に温度調節出来るものが好ましい。この含浸槽は、以下の、溶融樹脂供給機構、強化用繊維束導入口、含浸槽内開繊ピン、槽内ノズル、出口ノズルを備える。
【００１５】
＜溶融樹脂供給機構＞
溶融樹脂供給機構としては、押出機が通常用いられる。押出機としては各種のものが使用可能であって、単軸型、二軸型等何れであってもよい。熱可塑性溶融樹脂は、含浸槽に設けられた溶融樹脂供給口から供給される。溶融樹脂供給口は、通常、含浸槽の天板や底板或いは上流側境壁に設けられる。
【００１６】
＜強化用繊維束導入口＞
強化用繊維束導入口は、通常、含浸槽の上流側の境壁または、天板に設けられる。上流側境壁に設けられる場合、その形状は、繊維束体もしくは、これらを並べたものの断面形状に適合するようなスリット形状であれば足りる。上流側の天板に設けられる場合は、熱可塑性溶融樹脂が漏れる心配がないため、上記の様な形状でも問題ないが、単なる大きな開口部でも足りる。
【００１７】
＜含浸槽内開繊ピン＞
強化用繊維束を開繊含浸させる手段として、通常は開繊ピンと称される断面略円形状の部材が用いられる。含浸槽内で、強化用繊維束をこの開繊ピンに千鳥状に巻き付けながら引く事により、含浸させる事が出来る。含浸性の観点から少なくとも１本以上の開繊ピンを設ける事が好ましい。
【００１８】
＜槽内ノズル＞
この槽内ノズルは、強化用繊維束を接触通過させ、開繊、含浸させた強化用繊維束を集束させるために含浸槽内に設けられたノズルである。先の開繊ピンにより開繊含浸させた繊維束を一度、この槽内ノズルを通過させることにより集束し、その後、付形用の出口ノズルを通過させる事により、ー方向強化熱可塑性樹脂構造体の表面状態を改良し、且つ繊維の分散性をも改良するものである。
【００１９】
＜出口ノズル＞
この出口ノズルは、含浸槽の下流側境壁に設けられ、この出口ノズルの径により、繊維含有量が決められる。同じ番手の強化用繊維束を用いた場合、出口ノズル径が大きければ、付着する樹脂量が増え、繊維含有量は少なくなり、逆の場合には、付着する樹脂量が減少し、繊維含有量は多くなる。更に、出ロノズル以降には、冷却設備、引取ロール、ペレタイザーを設置する事も出来る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１には、この発明の実施の形態を示す。
【００２２】
この図１は、一方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置の一態様を、強化用繊維束の進路に沿った鉛直面で切断した模式的縦断面図である。
【００２３】
図中符号１は、内部に熱可塑性溶融樹脂が貯留された含浸槽で、この含浸槽１には、上流側境壁２に熱可塑性溶融樹脂を供給する溶融樹脂供給口３が形成されると共に、天板４の上流側部分には、強化用繊維束５を含浸槽１内に導入するための強化用繊維束導入口６が形成されている。
【００２４】
また、この含浸槽１内には、計４本の開繊ピン７が水平方向に沿って併設され、これら開繊ピン４に強化用繊維束５が千鳥状に掛けられ、上流側から下流側に向けて接触しながら進むことにより、この強化用繊維束５が開繊されると共に、開繊された繊維の間には熱可塑性溶融樹脂が含浸されるようになっている。
【００２５】
さらに、この含浸槽１内に槽内ノズル８及び、前記含浸槽１の下流側境壁９に出口ノズル１０がそれぞれ設けられ、それらノズル８，１０に強化用繊維束５を通過させることにより、熱可塑性溶融樹脂が含浸された一方向強化熱可塑性樹脂構造体が成形されるようになっている。
【００２６】
【実施例】
以下に本発明の製造方法及び製造装置を用いて一方向強化熱可塑性樹脂構造体を製造した例について説明する。
【００２７】
（１）表面外観の評価
一方向強化熱可塑性樹脂構造体を目視にて観察し、表面に繊維の飛び出しが発生している場合は「×」、発生が認められない場合には「○」とした。
【００２８】
（２）繊維の分散性の評価
一方向強化熱可塑性樹脂構造体を１０ｍｍの長さにカットし、射出成形機とφ１５０×３ｍｍダイレクトゲート金型を用い、成形温度２５０℃、金型温度５０℃の条件で、３０枚成形し、その内分散不良による繊維塊が認められた成形品の枚数を測定した。
【００２９】
（３）運転性
一定速度で運転し、トラブルの発生しなかつたものは「○」、発生したものは「×」とした。
【００３０】
（４）耐候性
後述の実施例４、比較例５のサンプル（ロッド）を３０ｃｍの長さに切り出し、サンシャインウェザーメーターにて、６３℃雨有りの条件で処理し、表面にクラックが入るまでの時間を側定した。
【００３１】
［実施例１〜３］
図１に示した含浸槽１を用い、「強化用繊維束５」としてのガラス繊維ロービング５（平均繊維径１７μ、テックス番手２３１０ｇ／Ｋｍ、集束本数４０００本）を強化用繊維束導入口６から含浸槽１内に導入し、このガラス繊維ロービング５を開繊ピン７、槽内ノズル８、出口ノズル１０の順で通過させる一方、溶融樹脂供給口３より、改質ポリプロピレン（無水マレイン酸改質物、ＭＦＲ１２０ｇ／１０分）を供給し、引き抜き速度３０ｍ／分にて一方向強化熱可塑性樹脂構造体を得た。
【００３２】
尚、槽内ノズル８と出口ノズル１０の穴径φは、表１に示した径にてそれぞれ製造し、この穴径により、ガラス繊稚含有量を調整した。
【００３３】
この結果は、表１に示した。
【００３４】
［比較例１〜４］
上記実施例１〜３の含浸槽１から槽内ノズル８を取り外した状態で、他は実施例１〜３と同条件にて一方向強化熱可塑性樹脂構造体を製造した。
【００３５】
この結果は、表１に示した。
【００３６】
［実施例４］
図１に示した含浸槽１を用い、「強化用繊維束５」としてのガラス繊維ロービング５（平均繊維径１７μ、テックス番手２３１０ｇ／Ｋｍ、集束本数４０００本）６束を強化用繊維束導入口６から含浸槽１内に導入し、このガラス繊維ロービング５を開繊ピン７、槽内ノズル８、出口ノズル１０の順で通過させる一方、溶融樹脂供給口３より、改質ポリプロピレン（無水マレイン酸改質物、ＭＦＲ１２０ｇ／１０分）を供給し、引き抜き速度１０ｍ／分にて一方向強化熱可塑性樹脂構造体を得た。
【００３７】
尚、ノズル径は槽内ノズル８を３ｍｍφ、出口ノズル１０を４ｍｍφとし、この穴径により、ガラス繊稚含有量を調整した。
【００３８】
この結果は、表２に示した。
【００３９】
［比較例５］
上記実施例４の含浸槽１から槽内ノズル８を取り外した状態で、他は実施例４と同条件にて一方向強化熱可塑性樹脂構造体を製造した。
【００４０】
この結果は、表２に示した。
【００４１】
これらの表から明らかなように、実施例のサンプルは、ガラス繊維含有量に拘わらず、何れも優れたストランド外観と、ガラス繊維の分散性を示したのに対し、比較例のサンブル（槽内ノズル無し）のガラス繊維高濃度充填品（比較例１）では、スタート直後より毛羽発生によるトラブルが頻発したため、運転を中止した。また、ガラス繊維含有量を７０％まで落とした比較例２においても、毛羽発生によるトラブルが頻発し、引き取り速度を１０ｍ／分まで落として運転を続けたが、ストランド表面のガラス繊維の飛び出しが多く、外観の良いストランドは得られなかった。
【００４２】
また、低濃度充填品（比較例４）では、ストランド表面は滑らかであったが、ガラス繊維の分散性が著しく悪かった。また比較例３と実施例２は、同じガラス繊維含有量（同じ径の出口ノズル）であるが、槽内ノズルを通過させている実施例２の方がストランド外観、ガラス繊維分散性ともに優れた結果であった。実施例４と比較例５はガラスロービングを６束合わせて直径４ｍｍφのロッドを製造した例である。ここで、槽内ノズルを使用した実施例４は、表面が平滑であったのに対し、槽内ノズルを使用していない比較例５は、表面がざらついているため、取扱いにくく、耐候性の面でも実施例４よりも大幅に劣る結果であった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、強化用繊維束を、含浸槽内に設けられた槽内ノズルに通して集束させ、その集束された強化用繊維束を、含浸槽の下流側境壁に設けられた、前記槽内ノズルより大きいノズル内径を有する出口ノズルに通して熱可塑性溶融樹脂が含浸された一方向強化熱可塑性樹脂構造体を成形することにより、この構造体の表面外観が良くなると共に、繊維の分散性も少なく、運転性及び耐候性も良好とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す一方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１ 含浸槽
２ 上流側境壁
３ 溶融樹脂供給口
４ 天板
５ 強化用繊維束
６ 強化用繊維束導入口
７ 開繊ピン
８ 槽内ノズル
９ 下流側境壁
１０ 出口ノズル

Claims (4)

1. 強化用繊維束を熱可塑性溶融樹脂が貯留された含浸槽内に導入して該熱可塑性溶融樹脂中に浸漬すると共に、該強化用繊維束を該含浸槽内に設けられた槽内ノズルに通して集束させた後、該集束された強化用繊維束を、前記熱可塑性溶融樹脂中を通し、前記含浸槽の下流側境壁に設けられ、前記槽内ノズルより大きいノズル内径を有する出口ノズルに通して前記熱可塑性溶融樹脂が含浸された一方向強化熱可塑性樹脂構造体を成形することを特徴とするー方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。
2. 前記含浸槽内の前記槽内ノズルの上流側には、前記強化用繊維束と接触し、前記強化用繊維束を開繊させつつ前記熱可塑性溶融樹脂を含浸させる開繊ピンが少なくとも２本併設され、該開繊ピンに前記強化用繊維束を千鳥状に掛けて上流側から下流側に向けて接触させながら進ませることで、開繊された繊維の間に前記熱可塑性溶融樹脂を含浸させることを特徴とする請求項１に記載のー方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。
3. 内部に熱可塑性溶融樹脂が貯留されて、該熱可塑性溶融樹脂に強化用繊維束が浸漬される含浸槽を有し、該含浸槽内に槽内ノズル及び前記含浸槽の下流側境壁に、前記槽内ノズルより大きいノズル内径を有する出口ノズルがそれぞれ設けられ、前記槽内ノズルを通過して集束された強化用繊維束が前記出口ノズルを通過することにより、前記熱可塑性溶融樹脂が含浸された一方向強化熱可塑性樹脂構造体が成形されることを特徴とするー方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置。
4. 前記含浸槽内の前記槽内ノズルの上流側には、前記強化用繊維束と接触し、前記強化用繊維束を開繊させつつ前記熱可塑性溶融樹脂を含浸させる開繊ピンが少なくとも２本併設されていることを特徴とする請求項３に記載のー方向強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置。

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