JP4038521B2 - Long fiber reinforced resin strand production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、長繊維強化樹脂ストランドの製造装置に関するものである。 The present invention relates to an apparatus for producing long fiber reinforced resin strands.
長尺の長繊維強化樹脂ストランドを例えば3〜15mm程度に切断したペレットを用いた射出成形品は、自動車内装部材(コンソールボックス、インストルメントパネル等)、自動車外装部材(バンパ、フェンダー等)、電子機器部材(ノートパソコン、携帯電話等)のハウジングなどに使用されるものである。 Injection-molded products using pellets obtained by cutting long long fiber reinforced resin strands to about 3 to 15 mm, for example, are automobile interior members (console boxes, instrument panels, etc.), automobile exterior members (bumpers, fenders, etc.), electronic It is used for housings of equipment members (notebook computers, mobile phones, etc.).
本出願人は、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置として、先に特開平5−169445号公報に示されるものを提案している。これを図6を用いて説明する。図6は従来の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の構成説明図である。 The present applicant has previously proposed an apparatus for producing long fiber reinforced resin strands as disclosed in JP-A-5-169445. This will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of a conventional long fiber reinforced resin strand manufacturing apparatus.
この従来の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、強化用繊維と樹脂との密着性の高い長繊維強化樹脂ストランドを製造するようにしたものである。溶融樹脂材料52は押出機56よりクロスヘッド(含浸ヘッド)55内へ連続供給される。該クロスヘッド55の出側には賦形ダイ59、冷却器60、撚りローラ(クロスローラキャプスタンとも呼ばれている)61a,61b、引抜きローラ62が順に配設され、該クロスヘッド55内には強化用繊維束を解繊するためのスプレダー58が設けられている。
This conventional apparatus for producing long fiber reinforced resin strands is intended to produce long fiber reinforced resin strands having high adhesion between reinforcing fibers and resin. The
そして、強化用繊維51,51…はクロスヘッド55内で溶融樹脂材料52中に浸漬され、樹脂含浸された後、賦形ダイ59によってその断面形状が定められ、冷却器60において冷却硬化される。撚りローラ61a,61bはゴム製ローラであって、逆回転駆動されるように構成されている。また、これら撚りローラ61a,61bは水平面内で逆方向に傾けて配設されており、これら撚りローラ61a,61bの交差部で長繊維強化樹脂ストランド53を挟持して矢印方向へ引抜くことにより、該長繊維強化樹脂ストランド53は軸心を中心として回転される。これによって冷却器60とクロスヘッド55内の最下流側のスプレダー58aの間で撚りが付与される。そして、撚りが付与された長繊維強化樹脂ストランド53は、引抜きローラ62より離れた位置に設けられたペレタイザー63でカットされるようになっている。
The reinforcing fibers 51, 51... Are immersed in the
ところで、このように、含浸ヘッド(クロスヘッド)から撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造するに際し、本発明者らの実験によると、外径が2.4mmの長繊維強化樹脂ストランドの場合、長維強化樹脂ストランドの引取速度(生産速度)が40m/分を超えたあたりで、長繊維強化樹脂ストランドを撚りながら引き取る撚りローラにおいて撚りローラに対して長繊維強化樹脂ストランドの滑りが発生した。 By the way, in producing the long fiber reinforced resin strand by continuously taking out the long fiber reinforced resin strand composed of the resin impregnated reinforcing fiber bundle to which the twist is applied from the impregnation head (cross head), the present inventor According to these experiments, in the case of a long fiber reinforced resin strand having an outer diameter of 2.4 mm, the long fiber reinforced resin strand was twisted when the take-up speed (production speed) of the long fiber reinforced resin strand exceeded 40 m / min. On the other hand, slipping of the long fiber reinforced resin strand occurred with respect to the twisting roller.
そこで、含浸ヘッドから引き取られて水平方向に走行する撚りローラ到達前の長繊維強化樹脂ストランドに対して十分な冷却を施すべく、冷却水を貯留して水平方向に走行する長繊維強化樹脂ストランドをその冷却水中を通過させて冷却する冷却水槽を用いた。その結果、十分な冷却を行うには長い冷却水槽が必要であるとともに、この長尺の冷却水槽の下流側に撚りローラが設けられることになるので、その冷却水槽よりも上流側における撚りのかかり具合が弱まる傾向があり、長維強化樹脂ストランドの引取速度の高速化に伴い、強化用繊維束が撚られつつ樹脂含浸が行われる際にその撚りのかかり具合が弱い状態であるため強化用繊維束に溶融樹脂が十分に含浸されなくなるというおそれのあることが分かった。 Therefore, in order to sufficiently cool the long fiber reinforced resin strand that has been taken from the impregnation head and travels in the horizontal direction before reaching the twisting roller, a long fiber reinforced resin strand that travels in the horizontal direction by storing cooling water is provided. A cooling water tank that was cooled by passing through the cooling water was used. As a result, a long cooling water tank is required for sufficient cooling, and a twisting roller is provided on the downstream side of the long cooling water tank, so that twisting is applied upstream of the cooling water tank. Reinforcing fibers because the tension is weak and the twisting of the reinforcing fiber bundle is performed while the resin impregnation is performed while the reinforcing fiber bundle is twisted as the take-up speed of the long fiber reinforced resin strand increases. It has been found that the bundle may not be sufficiently impregnated with molten resin.
そこで本願発明の課題は、含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造するに際し、従来に比べ高速の引取速度(生産速度)、例えば40m/分を上回る引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造することができるようにした、長繊維強化樹脂ストランドの製造装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to continuously take up a long fiber reinforced resin strand composed of a fiber bundle for reinforcing resin impregnation strengthened with a twist from an impregnation head, and to produce a long fiber reinforced resin strand at a higher speed than before. An object of the present invention is to provide a long fiber reinforced resin strand production apparatus capable of producing a long fiber reinforced resin strand at a speed (production speed), for example, a take-up speed exceeding 40 m / min.
前記の課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
請求項1の発明は、上流側より強化用繊維束が連続的に導入される含浸ヘッドと、この含浸ヘッドの下流側に設けられた撚り機とを備え、前記含浸ヘッドにより前記強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させるとともに、樹脂含浸強化用繊維束に前記撚り機による撚りを付与し、前記含浸ヘッドから撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランドを連続して引き取り、長繊維強化樹脂ストランドを製造する装置において、前記含浸ヘッドと前記撚り機との間に設けられ、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを冷却水中で冷却する冷却装置と、前記冷却装置よりも下流にて長繊維強化樹脂ストランドを引き取る引取機とを備え、前記冷却装置が、冷却水を貯留し、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを通過させる冷却水槽と、前記冷却水槽内に長繊維強化樹脂ストランド走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、前記冷却水中で長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルとを有して構成されており、前記撚り機が、ローラ表面に凹凸が形成された金属製の少なくとも一対の撚りローラにより構成されていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置である。
The invention of
請求項2の発明は、請求項1記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記水噴射ノズルが、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように対向配置、又は千鳥配置されていることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the long fiber reinforced resin strand manufacturing apparatus according to the first aspect of the invention, the water jet nozzles are arranged oppositely or staggered so as to sandwich the long fiber reinforced resin strand traveling path. It is a feature.
請求項3の発明は、請求項1又は2記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、前記撚り機が、それぞれの回転軸線を平行な平面上にそれぞれ位置するように保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で長繊維強化樹脂ストランドを挟むように対向配置された一対の撚りローラにより構成されるとともに、前記引取機を兼ねて用いられるものであることを特徴とするものである。
Invention of
請求項4の発明は、請求項1、2又は3記載の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置において、さらに、前記含浸ヘッドの上流側に、前記含浸ヘッドに導かれる前記強化用繊維束を加熱する予熱用加熱装置が備えられていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, in the long fiber reinforced resin strand manufacturing apparatus according to the first, second, or third aspect, the reinforcing fiber bundle guided to the impregnation head is further heated upstream of the impregnation head. An apparatus for producing a long fiber reinforced resin strand, comprising a preheating heating device.
請求項1の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッドと撚り機との間に、冷却装置として、前記含浸ヘッドから引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランドが冷却水中を走行する冷却水槽内に、長繊維強化樹脂ストランドの走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルを備えている。したがって、これらの水噴射ノズルが水を噴射することで発生する水流によって冷却水槽内の冷却水を攪拌することにより、入側から出側にわたって冷却水中を走行する長繊維強化樹脂ストランドに、連続的に新たな冷却水流を導き与えて接触させることで、水噴射ノズルを備えない冷却水槽に比べて、長繊維強化樹脂ストランドと冷却水との熱交換を効率良く行って長繊維強化樹脂ストランドに対する冷却速度を高めることができる。これにより、例えば40m/分を上回るような高速の引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造する際に、40m/分以下の従来の引取速度の場合に比べて冷却水槽の長さ(長繊維強化樹脂ストランド走行方向の長さ)を長くしなくても、長繊維強化樹脂ストランドを十分に冷却することができる。よって、従来に比べ高速の引取速度、例えば40m/分を上回る引取速度にて、強化用繊維束に樹脂材料が十分に含浸された長繊維強化樹脂ストランドを、撚り機において長繊維強化樹脂ストランドの滑りが発生することなく、製造することができる。
The apparatus for producing long fiber reinforced resin strands according to
請求項2の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、冷却水中で走行している長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルが、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように対向配置、又は千鳥配置されている。したがって、長繊維強化樹脂ストランドが水噴射ノズルによる水流によって一方方向に位置ずれすることを抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランドを真直ぐスムーズに走行させることができる。
The apparatus for producing a long fiber reinforced resin strand according to
請求項3の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、撚り機が、それぞれの回転軸線を平行な平面(水平面)上にそれぞれ位置するように保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で長繊維強化樹脂ストランドを挟むように対向配置された一対の撚りローラにより構成されており、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能と、連続した長繊維強化樹脂ストランドを引き取る機能とを有していることから、この撚り機を引取機を兼ねて用いることができ、別途に引取機を設けなくてすむ。したがって、装置構成を簡素化することができる。
The apparatus for producing a long fiber reinforced resin strand according to
請求項4の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、さらに、含浸ヘッドの上流側に、含浸ヘッドへの導入に先立ち、強化用繊維束を加熱する予熱用加熱装置が備えられている。常温の強化用繊維束が含浸ヘッドに高速で供給される場合、含浸ヘッド内の溶融樹脂温度が低下することで溶融樹脂の粘度が大きくなることにより、強化用繊維束への溶融樹脂の含浸度合いが悪化するとともに、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束の張力(引き取り抵抗)が上昇する。したがって、前記予熱用加熱装置を備えることにより、前記の含浸度合いの悪化をなくすとともに、前記の張力の上昇を大幅に抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランドの引取速度(生産速度)のより高速化を図ることができる。
The long fiber reinforced resin strand manufacturing apparatus according to
請求項5の長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、撚り機が、ローラ表面に凹凸が形成された金属製の少なくとも一対の撚りローラにより構成されている。したがって、前記金属製の撚りローラと長繊維強化樹脂ストランドとの間の摩擦係数が大きくなるため、前記冷却装置による長繊維強化樹脂ストランドの十分な冷却効果と相俟って、一対をなす金属製の撚りローラにより構成される撚り機によって、より確実に長繊維強化樹脂ストランドの滑りを発生させることなく、長繊維強化樹脂ストランドに撚りを与えることができる。また、金属製の撚りローラであるから、ゴム製の撚りローラよりも摩耗し難く長寿命であるため、長繊維強化樹脂ストランドに滑りを発生することなく、長期間にわたって引き取りを行うことができる。
In the apparatus for producing a long fiber reinforced resin strand according to
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は本発明の一実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置の構成説明図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration explanatory view of an apparatus for producing a long fiber reinforced resin strand according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、複数のボビン5から繰り出された強化用繊維1からなる強化用繊維束2は、予熱処理を行うために、上下に配された一対の加熱用ローラ8A,8Bを備えた予熱用加熱装置7に導かれる。強化用繊維束2は、複数本のガイドバー6によってバックテンションがかけられながら、この一対の加熱用ローラ8A,8Bに交互に複数回巻き掛けられることにより、加熱されている加熱用ローラ8A,8Bに密着して接触することによる接触加熱によって昇温される。
As shown in FIG. 1, a reinforcing
この予熱用加熱装置7の直ぐ下流側に、スクリュ10を内蔵する押出機9が設けられるとともに、この押出機9から溶融樹脂(溶融した熱可塑性樹脂)3が連続供給され、かつ、前記予熱用加熱装置7からの昇温された強化用繊維束2が導かれる含浸ヘッド(溶融樹脂浴容器)11が設けられている。この含浸ヘッド11の内には、連続的に供給される強化用繊維束2に溶融樹脂3を含浸させるための複数個の含浸ローラ(解繊・含浸用ローラ)12が配設されている。含浸ヘッド11の出口には、含浸ヘッド11から引き取られる、撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる高温の長繊維強化樹脂ストランド4の賦形(賦型)を行う賦形ダイ13が取り付けられている。
An
そして、この賦形ダイ13が取り付けられた含浸ヘッド11の下流側には、含浸ヘッド11からの高温の長繊維強化樹脂ストランド4を冷却水中で冷却する冷却装置14が設けられている。また、この冷却装置14の直ぐ下流側には、撚り機18が設けられている。なお、この本実施形態の製造装置によって製造され、撚り機18の下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド4は、撚り機18の下流側にあるペレタイザー(ストランドカッター)30で切断されてペレット化されるようになっている。
A cooling
前記の予熱用加熱装置7について説明する。予熱用加熱装置7は、上下に配された一対の加熱用ローラ8A,8Bを備えており、各加熱用ローラ8A,8Bの外周面には、強化用繊維束2を複数回(例えば10ターン)巻き掛けて案内するための溝が平行に設けられている。また、加熱用ローラ8A,8Bは、それぞれ、その円板状ウェブに平板状の電熱ヒータが取り付けられており、加熱用ローラ8A,8Bと一体に回転するこれらの電熱ヒータに、ローラ外部からスリップリングを介して電力が供給されるようになっている。そして、加熱用ローラ8A,8Bは、それぞれ、非接触式温度計による温度測定結果に基づき電熱ヒータへの供給電力を制御することにより、所定の設定温度になるように温度調整されるようになっている。加熱用ローラ8A,8Bの設定温度は、強化用繊維束2の高速引取りによって含浸ヘッド11内の溶融樹脂温度が低下しすぎない範囲に設定される。
The preheating
次に、前記の冷却装置14について説明する。図2は図1における水冷装置の構成を概略的に示す平面図、図3は図2のA−A断面図である。
Next, the
冷却装置14は、上側が開放可能な蓋付きの箱状をなし、冷却水を貯留し、含浸ヘッド11から引き取られて水平方向に走行する長繊維強化樹脂ストランド4を冷却水中を通過させる冷却水槽15と、冷却水槽15内に長繊維強化樹脂ストランド4の走行方向に沿って上流側から下流側にわたって所定の間隔をあけて、かつ、長繊維強化樹脂ストランド4の走行路を挟むように千鳥配置され、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランド4に向けて水を噴射する複数個の水噴射ノズル16と、これらの水噴射ノズル16に加圧水を供給するための加圧水供給管17とを備えている。なお、前記千鳥配置に代えて、対向配置するようにしてもよい。
The
また、冷却水槽15の冷却水槽端部板15a,15aには、樹脂含浸強化用繊維束が通過可能なようにU字形切欠開口(図示省略)が設けられている。冷却水槽15内の冷却水が、冷却水槽端部板15a,15aのU字形切欠開口からこぼれ落ちるが、冷却水槽15内には加圧水供給管17より水噴射ノズル16を通して冷却水が供給され、水位を一定に保持するようになっている。なお、水噴射ノズル以外に別途に設けた冷却水槽内に冷却水を供給する供給口から冷却水を供給して、水位を一定に保つようにしてもよい。そして、冷却水槽端部板15a,15aの下側には、冷却水槽15からの冷却水を返送し循環させるための図示しないポンプ、ドレン容器及びドレン配管が設けられている。
Further, the cooling water
次に、前記撚り機18について説明する。図4は図1における撚り機18の説明図である。
Next, the
撚り機18は、それぞれの回転軸線を平行な平面(水平面)上に保持し、かつ、該回転軸線を交差させた状態で冷却装置14からの長繊維強化樹脂ストランド4を挟むように対向配置された一対の撚りローラ19A,19Bにより構成されている。つまり、図4における上側の撚りローラ19Aの回転軸線と下側の撚りローラ19Bの回転軸線とは、長繊維強化樹脂ストランド4の引き取り方向(走行方向)と直交する向きでなく、平面視において引き取り方向に対して互いに相反する方向に、かつ同角度をなして所定角度ずれた向きに設定されている。また、金属製の撚りローラ19A,19Bは、それぞれ、ローラ表面(ローラ外周面)全体にわたってローレット加工による凹凸19Aa,19Baが形成されている。
The twisting
また、この実施形態では、一対の撚りローラ19A,19Bは、両方ともに回転駆動されるように構成されている。そして、この一対の撚りローラ19A,19Bを備えた撚り機18は、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能を有し、かつ、冷却装置14からの長繊維強化樹脂ストランド4を引き取る機能を有していることから、撚り機18の下流側に、別途、引取機を設けなくてすむものである。なお、撚り機18からストランドカッターまでの設置距離が長くなるような場合や、割れやすいストランドを高速で引き取りたい場合などには、撚り機18の下流側に引取機として撚り機18と同様の構成を有する一対の引取りローラを設けてもよい。
In this embodiment, the pair of twisting
次に、このように構成される長繊維強化樹脂ストランドの製造装置による長繊維強化樹脂ストランドの製造について説明する。複数のボビン5から繰り出された強化用繊維からなる強化用繊維束2は、上下に配された一対の加熱用ローラ8A,8Bに導かれ、バックテンションがかけられながら加熱用ローラ8A,8Bに交互に複数回巻き掛けられることで接触加熱によって昇温された状態で、含浸ヘッド11内に導かれる。強化用繊維束2は、押出機9から供給された高温の溶融樹脂3が充満されている含浸ヘッド11内の各含浸ローラ12を通過している過程で樹脂含浸を受け、樹脂含浸強化用繊維束となされる。また、この樹脂含浸強化用繊維束は、撚り機18による撚り動作によって含浸ヘッド11内の下流側の含浸ローラ12を出発点として撚りが生成・成長する。このように、含浸ヘッド11により強化用繊維束2に押出機9から供給された溶融樹脂3を含浸させるとともに、撚り機18による撚り動作によって樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与し、含浸ヘッド11から撚りが付与された樹脂含浸強化用繊維束からなる長繊維強化樹脂ストランド4が連続的に引き取られる。
Next, the production of the long fiber reinforced resin strand by the long fiber reinforced resin strand production apparatus configured as described above will be described. The reinforcing
そして、含浸ヘッド11から賦形ダイ13を経て連続的に引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランド4は、冷却装置14へ導かれ、冷却水槽15内の冷却水中を走行し、かつ、その走行路を挟むように千鳥配置された水噴射ノズル16からの水流を受けることにより冷却硬化されて、撚りローラ19A,19Bへと導かれる。冷却装置14からの冷却が施された長繊維強化樹脂ストランド4に対して、撚りローラ19A,19Bにより、撚り動作と引き取りとが行われる。そして、撚り機18の下流側に導かれた長繊維強化樹脂ストランド4は、撚り機18の下流側にあるペレタイザー30で切断されてペレット化されるようになっている(図5参照)。
Then, the high-temperature long fiber reinforced
このように、本実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、含浸ヘッド11と撚り機18との間に、冷却装置14として、含浸ヘッド11から引き取られる高温の長繊維強化樹脂ストランド4が冷却水中を水平方向に走行する冷却水槽15内に、長繊維強化樹脂ストランド4の走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、冷却水中で長繊維強化樹脂ストランド4に向けて水を噴射する水噴射ノズル16を備えている。
As described above, the apparatus for producing a long fiber reinforced resin strand according to the present embodiment includes the high temperature long fiber reinforced
したがって、これらの水噴射ノズル16が水を噴射することで発生する水流によって冷却水槽内の冷却水を攪拌することにより、入側から出側にわたって冷却水中を走行する長繊維強化樹脂ストランド4に、連続的に新たな冷却水流を導き与えて接触させることで、水噴射ノズル16を備えない従来の冷却水槽に比べて、長繊維強化樹脂ストランド4と冷却水との熱交換を効率良く行って長繊維強化樹脂ストランド4に対する冷却速度を高めることができる。これにより、例えば40m/分を上回るような高速の引取速度にて長繊維強化樹脂ストランドを製造する際に、40m/分以下の従来の引取速度の場合に比べて冷却水槽の長さ(長繊維強化樹脂ストランド走行方向の長さ)を長くしなくても、長繊維強化樹脂ストランド4を十分に冷却することができる。よって、従来に比べ高速の引取速度、例えば40m/分を上回る引取速度にて、強化用繊維束に樹脂材料が十分に含浸された長繊維強化樹脂ストランド4を、撚り機において長繊維強化樹脂ストランド4の滑りが発生することなく、製造することができる。
Therefore, by stirring the cooling water in the cooling water tank by the water flow generated by the
また、水噴射ノズル16が、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟むように千鳥配置されている。したがって、長繊維強化樹脂ストランド4が水噴射ノズル16による水流によって一方方向に位置ずれすることを抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランド4を真直ぐスムーズに走行させることができる。なお、千鳥配置に代えて対向配置するようにしてもよい。
The
また、本実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、撚り機18が、樹脂含浸強化用繊維束に撚りを付与する機能と、連続した長繊維強化樹脂ストランド4を引き取る機能とを有する一対の撚りローラ19A,19Bにより構成されており、別途に引取機を設けなくてすむ。したがって、装置構成を簡素化することができる。
Moreover, the manufacturing apparatus of the long fiber reinforced resin strand according to the present embodiment has a pair in which the
また、本実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、さらに、含浸ヘッド11の上流側に、含浸ヘッド11への導入に先立ち、強化用繊維束2を加熱する予熱用加熱装置7が備えられている。常温の強化用繊維束が含浸ヘッドに高速で供給される場合、含浸ヘッド内の溶融樹脂温度が低下することで溶融樹脂の粘度が大きくなることにより、強化用繊維束への溶融樹脂の含浸度合いが悪化するとともに、含浸ヘッド内を引き取られて走行する強化用繊維束の張力(引き取り抵抗)が上昇する。したがって、前記予熱用加熱装置7を備えることにより、前記の含浸度合いの悪化をなくすとともに、前記の張力の上昇を大幅に抑制することができ、長繊維強化樹脂ストランド4の引取速度(生産速度)のより高速化を図ることができる。
The long fiber reinforced resin strand manufacturing apparatus according to the present embodiment is further provided with a preheating
また、本実施形態による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、撚り機18が、ローラ表面に凹凸19Aa,19Baが形成された金属製の一対の撚りローラ19A,19Bにより構成されている。したがって、金属製の撚りローラ19A,19Bと長繊維強化樹脂ストランド4との間の摩擦係数が大きくなるため、冷却装置14による長繊維強化樹脂ストランド4の十分な冷却効果と相俟って、より確実に長繊維強化樹脂ストランド4の滑りを発生させることなく、長繊維強化樹脂ストランド4に撚りを与えることができる。また、金属製の撚りローラであるから、ゴム製の撚りローラよりも摩耗し難く長寿命であるため、長繊維強化樹脂ストランド4に滑りを発生させることなく、長期間にわたって引き取りを行うことができる。
Further, in the long fiber reinforced resin strand manufacturing apparatus according to the present embodiment, the twisting
前記図1〜図4に示す装置を用いて、長繊維強化樹脂ストランドの製造試験を行った。強化用繊維としてガラス繊維、熱可塑性樹脂としてポリプロピレンを用いた。 Using the apparatus shown in FIGS. 1 to 4, a production test of long fiber reinforced resin strands was performed. Glass fiber was used as the reinforcing fiber, and polypropylene was used as the thermoplastic resin.
実施例1〜4での冷却装置14について説明する。冷却水槽15の長さは2mである。水噴射ノズル16については、長繊維強化樹脂ストランド走行路を挟む一方側(図2における下側)の列に20個、他方側(図2における上側)の列に20個を、ストランド走行路に対して千鳥配置した。ストランド走行方向における隣り合う水噴射ノズル16同士の中心線間距離は70mmである。なお、比較例1と比較例2での冷却水槽15の長さも2mである(比較例1,2:水噴射ノズル16なし)。
The
実施例1〜4及び比較例1,2での予熱用加熱装置7では、加熱用ローラ8A,8Bをローラ温度300℃に昇温した。このとき、含浸ヘッド11へ導入される強化用繊維束2の温度は約250℃であった。
In the preheating
実施例1〜4及び比較例1,2での撚り機18の撚りローラ(クロスロール)19A,19Bについて説明する。撚りローラ19A,19Bは、両方ともに回転駆動される機構であり、SKD11(合金工具鋼)調質材からなり、ローレット加工によりローラ表面全体にアヤメピッチ1mmの凹凸を形成してある。
The twisting rollers (cross rolls) 19A and 19B of the twisting
予備試験から、冷却水槽通過直後の長繊維強化樹脂ストランドの温度が75℃以下であれば、撚りローラにおいて長繊維強化樹脂ストランドをスリップせずに引き取ることができることが分かっている。そこで、長さ2mの冷却水槽で、冷却水槽通過直後の長繊維強化樹脂ストランドの温度が75℃以下となる場合の、引取速度を調べた結果を表1に示す。 From the preliminary test, it is known that if the temperature of the long fiber reinforced resin strand immediately after passing through the cooling water tank is 75 ° C. or less, the long fiber reinforced resin strand can be taken out without slipping in the twisting roller. Therefore, Table 1 shows the results of examining the take-up speed when the temperature of the long fiber reinforced resin strand immediately after passing through the cooling water tank is 75 ° C. or less in a cooling water tank having a length of 2 m.
実施例1では、2mという短い冷却パスの制限のもと、外径4mmと太く冷え難い長繊維強化樹脂ストランドを、50m/分を超える速度で引き取ることができた。 In Example 1, under the limitation of a cooling path as short as 2 m, a long fiber reinforced resin strand having an outer diameter of 4 mm and being difficult to cool could be taken up at a speed exceeding 50 m / min.
実施例2では、外径2.4mmとやや細い長繊維強化樹脂ストランドを、2mという短い冷却パスの制限のもと、90m/分という(それ以上、引取速度は上げなかったが)従来と比較にならないほど高速で引き取ることができた。 In Example 2, a slightly thin long fiber reinforced resin strand having an outer diameter of 2.4 mm is 90 m / min under the limitation of a short cooling path of 2 m (although the take-up speed was not increased any more) compared with the conventional one. I was able to pick it up so fast that I couldn't.
実施例3は、実施例1と同径の4mmの長繊維強化樹脂ストランドを引き取るにあたり、実施例1よりも含浸ヘッド内溶融樹脂温度を高くして冷え難い条件とした場合である。外径が太く通常に比べ非常に高温とした場合も、2mという短い冷却パスでもって、従来の引取速度(比較例1参照)より速い40m/分を超える速度で前記長繊維強化樹脂ストランドを引き取ることができた。 In Example 3, the 4 mm long fiber reinforced resin strand having the same diameter as that in Example 1 was taken up, and the temperature of the molten resin in the impregnation head was set higher than that in Example 1 to make it difficult to cool. Even when the outer diameter is large and the temperature is much higher than usual, the long fiber reinforced resin strand is drawn at a speed exceeding 40 m / min, which is faster than the conventional take-up speed (see Comparative Example 1), with a cooling path as short as 2 m. I was able to.
実施例4は、実施例2と同径の2.4mmの長繊維強化樹脂ストランドを引き取るにあたり、実施例2よりも含浸ヘッド内溶融樹脂温度を高くして冷え難い条件とした場合である。通常に比べ非常に高温とした場合も、2mという短い冷却パスでもって、90m/分という(それ以上、引取速度は上げなかったが)従来(比較例2参照)と比較にならないほど高速で前記長繊維強化樹脂ストランドを引き取ることができた。 In Example 4, when a 2.4 mm long fiber reinforced resin strand having the same diameter as in Example 2 was taken, the molten resin temperature in the impregnation head was made higher than that in Example 2 to make it difficult to cool. Even when the temperature is very high compared to normal, the cooling path is as short as 2 m, and the speed is 90 m / min (more than that, the take-up speed has not been increased). The long fiber reinforced resin strand could be taken up.
一方、比較例1は、実施例3と同径の4mmの長繊維強化樹脂ストランドを実施例3と同じ予熱条件として運転したものであり、冷却水槽に水噴射ノズルによる水噴射を行なわない点で異なっている。この比較例1では、実施例3(引取速度:44m/分)よりも低速度である26m/分を超えたあたりでスリップが発生した。 On the other hand, Comparative Example 1 was operated by using a 4 mm long fiber reinforced resin strand having the same diameter as that of Example 3 under the same preheating conditions as Example 3, and water was not jetted into the cooling water tank by the water jet nozzle. Is different. In Comparative Example 1, slip occurred when the speed exceeded 26 m / min, which is a lower speed than Example 3 (take-off speed: 44 m / min).
また、比較例2は、実施例4と同径の2.4mmの長繊維強化樹脂ストランドを実施例4と同じ予熱条件として運転したものであり、冷却水槽に水噴射ノズルによる水噴射を行なわない点で異なっている。この比較例2では、実施例4(引取速度:90m/分以上)よりも低速度である40m/分を超えたあたりでスリップが発生した。 In Comparative Example 2, a 2.4 mm long fiber reinforced resin strand having the same diameter as in Example 4 was operated under the same preheating conditions as in Example 4, and water was not jetted into the cooling water tank by the water jet nozzle. It is different in point. In Comparative Example 2, slip occurred at a speed exceeding 40 m / min, which is a lower speed than Example 4 (take-off speed: 90 m / min or more).
なお、本発明の実施例では予熱用加熱装置7により強化用繊維束の加熱を行っているが、本発明による長繊維強化樹脂ストランドの製造装置は、予熱用加熱装置を用いなくとも含浸ヘッド内の溶融樹脂粘度が適切に維持されるものに対しても効果を発揮するものである。
In the embodiment of the present invention, the reinforcing fiber bundle is heated by the preheating
1…強化用繊維
2…強化用繊維束
3…溶融樹脂
4…長繊維強化樹脂ストランド
5…ボビン
6…ガイドバー
7…予熱用加熱装置
8A,8B…加熱用ローラ
9…押出機
10…スクリュ
11…含浸ヘッド
12…含浸ローラ
13…賦形ダイ
14…冷却装置
15…冷却水槽 15a…冷却水槽端部板
16…水噴射ノズル
17…加圧水供給管
18…撚り機
19A,19B…撚りローラ 19Aa,19Ba…凹凸
30…ペレタイザー(ストランドカッター)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記含浸ヘッドと前記撚り機との間に設けられ、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを冷却水中で冷却する冷却装置と、前記冷却装置よりも下流にて長繊維強化樹脂ストランドを引き取る引取機とを備え、前記冷却装置が、冷却水を貯留し、前記含浸ヘッドから引き取られて走行する長繊維強化樹脂ストランドを通過させる冷却水槽と、前記冷却水槽内に長繊維強化樹脂ストランド走行方向に沿って間隔をあけて複数個設けられ、前記冷却水中で長繊維強化樹脂ストランドに向けて水を噴射する水噴射ノズルとを有して構成されており、前記撚り機が、ローラ表面に凹凸が形成された金属製の少なくとも一対の撚りローラにより構成されていることを特徴とする長繊維強化樹脂ストランドの製造装置。 An impregnation head in which the reinforcing fiber bundle is continuously introduced from the upstream side, and a twister provided on the downstream side of the impregnation head, and the reinforcing fiber bundle is impregnated with the molten resin by the impregnation head. The fiber-reinforced resin strand is provided with a twist by the twister, and the long-fiber-reinforced resin strands made of the resin-impregnated reinforcing fiber bundle to which the twist is applied from the impregnation head are continuously taken up. In an apparatus for manufacturing
A cooling device that is provided between the impregnation head and the twister and that cools the long fiber reinforced resin strand that is taken from the impregnation head and travels in cooling water , and a long fiber reinforced resin downstream of the cooling device. A take-up machine for taking up the strand, wherein the cooling device stores the cooling water, passes the long-fiber reinforced resin strand that is taken from the impregnation head and travels, and the long-fiber reinforced resin in the cooling water tank. A plurality of water jet nozzles that are provided at intervals along the strand running direction and that spray water toward the long fiber reinforced resin strands in the cooling water ; An apparatus for producing long fiber reinforced resin strands, comprising at least a pair of twist rollers made of metal having irregularities formed on the surface .
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