JP5098228B2 - 樹脂含浸長繊維の製造方法および含浸用ダイス - Google Patents

Description

本発明は熱可塑性樹脂に対して導電性や強度を付与するための樹脂含浸長繊維の製造方法に関し、詳しくは、連続して供給される繊維束を傷付けることなく含浸ができ、かつ、繊維束原料切れの際の切り替え作業性に優れた樹脂含浸長繊維の製造方法及びその装置に関する。

樹脂含浸長繊維の製造方法は、繊維抜けや割れ無くペレット化するための熱可塑性樹脂含浸レベルを確保することが重要である。初期段階では、繊維束を樹脂溶剤溶液槽に通過、乾燥させ、更にクロスヘッドダイ用いて熱可塑性樹脂を被覆した後ペレット化を行う２段工程法、或いは繊維束を溶融させた熱可塑性樹脂浴中を３０秒以上の滞留時間を与えるために浴中に複数のスプレダーを設ける方法等があった。しかし、溶剤排出規制やエネルギー効率、生産効率の悪さが問題となり、近年では、クロスヘッドダイの改良が進み１段工程で熱可塑性樹脂を連続繊維束に含浸させた後ペレット化を高線速で行う溶融引き抜き法が可能となってきている。例えば、特許文献１ないし３にロールまたは突起部を設けて連続繊維を開繊し熱可塑性樹脂を含浸する方法や、特許文献４、特許文献５には減圧状態を保持した連続繊維束導入部において脱気を行い熱可塑性樹脂の含浸性を高める方法が示されていつ。しかしながらこれらの技術は、製品生産スタート時及び原料切れの際の切り替え時の繊維束の導入に多くの時間がかかる事、繊維種毎にロール及び突起部のクリアランスが異なり汎用性に乏しい事、設備的に高コストである事等の問題があった。

特開平６−２９３０２３公報 特開平８−２１６２６６公報 特開２００３−１７５５１２公報 特開平５−１１６１４２公報 特開平９−２６７３２７公報

本発明は、連続した繊維束の開繊、熱可塑樹脂浸時の繊維の傷付きが少なく、品質の優れた樹脂含浸長繊維が得られる製造方法及び含浸用ダイスを提供する。
更に本発明は、製品生産スタート時及び原料切れの際や切り替え時の繊維束の導入に要する時間と労力が短縮できる樹脂含浸長繊維の製造方法および含浸用ダイスを提供する。

本発明は、含浸用ダイスに溶融した熱可塑性樹脂を供給すると共に繊維束を導入して上記熱可塑性樹脂を上記繊維束に含浸しノズルから引き抜く樹脂含浸長繊維の製造方法において、
ノズルが引き抜き口を含む線で分割可能であり、
溶融樹脂流路内に繊維束の進行方向に沿って互いに反対方向から延びた少なくとも２つの張り出し部を設け、上記張り出し部の少なくとも一つが、上記繊維束に対して垂直方向から挿入され、上記溶融樹脂流路内にその端部を張り出して位置調整された第１の可動式チョークバーであり、上記張り出し部の上面に走行する繊維束を当接することにより繊維束を開繊して熱可塑性樹脂を含浸することを特徴とする樹脂含浸長繊維の製造方法に関する。

更に本発明は、２つの張り出し部が、第１の可動式チョークバーと、第１の可動式チョークバーと反対方向から挿入され、溶融樹脂流路内にその端部を張り出して位置調整された第２の可動式チョークバーである上記樹脂含浸長繊維の製造方法に関する。

更に本発明は、可動式チョークバーが含浸用ダイスの側面に着脱自在に取り付けられている上記樹脂含浸長繊維の製造方法に関する。

更に本発明は、ノズルから引き抜いた後ペレットに切断する上記樹脂含浸長繊維の製造方法に関する。

更に本発明は、樹脂供給口と繊維束導入口と樹脂含浸長繊維を引き抜くノズルとを有する含浸用ダイスであって、溶融樹脂流路内に繊維束の進行方向に沿って互いに反対方向から延びた少なくとも２つの張り出し部を設け、上記張り出し部の少なくとも一つが、上記繊維束に対して垂直方向から挿入され、上記溶融樹脂流路内にその端部を張り出して位置調整された第１の可動式チョークバーであることを特徴とする含浸用ダイスに関する。

更に本発明は、２つの張り出し部が、第１の可動式チョークバーと、第１の可動式チョークバーと反対方向から挿入され、溶融樹脂流路内にその端部を張り出して位置調整可能とした第２の可動式チョークバーである上記含浸用ダイスに関する。

更に本発明は、可動式チョークバーが含浸用ダイス側面に着脱自在に取り付けられている上記含浸用ダイスに関する。

更に本発明は、ノズルが引き抜き口を含む線で分割可能である上記含浸用ダイスに関する。

本願の請求項１記載の発明に依れば、２つの張り出し部の上面にに走行する繊維束が当接することで繊維束が開繊すると共に繊維束に巻き込まれた空気が脱気され、熱可塑性樹脂の含浸が行われるが、張り出し部が位置調整可能なチョークバーの端部であるため、チョークバー先端と溶融樹脂流路の壁面とのクリアランスを調節することにより、繊維束の材質、太さ等に応じて繊維束に加える力を調整できる。例えば、ガラス繊維、炭素繊維等のように脆い性質の繊維では繊維束に加える力を弱くすることで、繊維切れの少ない樹脂含浸繊維を製造することができる。又、ステンレス繊維、アラミド繊維等のように強度の大きい繊維であれば、繊維束に加える力を大きくすることで繊維の開繊の度合いを大きくできるので、繊維束の走行速度を大きくしても樹脂含浸が十分行われ、樹脂含浸繊維の生産性を上げることができる。
本願の請求項２記載の発明に依れば、２つの張り出し部がいずれも位置調整可能なチョークバーの端部であるため、２つのチョークバーの先端のクリアランスを小さくすることで繊維束により大きな力を加えることで開繊させることができるので、強度の大きな繊維を使用した場合は、繊維束の走行速度を大きくすることができ、より生産性をあげることができる。
本願の請求項３記載の発明に依れば、製品生産スタート時及び原料切れ等の作業切り替え時の繊維束の導入作業時にチョークバーを脱離することで含浸用ダイスの溶融樹脂流路内を視認しながら作業でき、容易かつ短時間で繊維束を含浸用ダイスに導入することができる。
本願の請求項４記載の発明に依れば、製品生産スタート時及び原料切れ等の作業切り替え時の繊維束の導入作業時にノズルを分割することで含浸用ダイスの溶融樹脂流路内を視認しながら作業でき、容易かつ短時間で繊維束をノズルから引き出すことができる。
本願の請求項５記載の発明に依れば、熱可塑性樹脂が繊維束の内部にまで十分に含浸した長繊維となるため、これを切断してペレット化すると表面の毛羽立ちや繊維抜けのないペレットを製造することができる。
本願の請求項６ないし９記載の発明に依れば、含浸用ダイスにおいて上記の効果を達成することができる。

本発明を図面を参照して説明する。
図において、繊維束はロービングから引き出され含浸用ダイスの繊維束導入口から溶融樹脂流路に導かれる。含浸用ダイスは、通常、その上部に大気開放された脱気口が設けられ、繊維束とともに巻き込まれた空気や含浸工程で発生した空気を排出できる構造となっているので、この脱気口を繊維束導入口として使用できる。一方、溶融した熱可塑性樹脂は、押出機から含浸用ダイスに供給されるが、繊維導入口から溶融熱可塑性樹脂がオーバーフローを起こさないように押出機の吐出量の調整を行う。又、含浸用ダイスは電熱ヒーターにより加熱制御する。
繊維束は、含浸用ダイスの溶融樹脂流路内を走行し、樹脂が含浸された繊維束としてノズルから引き出される。溶融樹脂流路内には互いに反対方向から延びた少なくとも２つの張り出し部が適当な間隔を置いて設けられており、この張り出し部に繊維束が当接することにより、繊維束は開繊し、繊維束と共に巻き込まれた空気が脱気して樹脂の含浸が行われる。
本発明において、張り出し部の少なくとも一つは可動式チョークバーの端部であり、その端部は溶融樹脂流路内の任意の位置に設定できるように位置調整可能である。張り出し部を可動式チョークバーとすることにより、チョークバー先端と溶融樹脂流路の壁面とのクリアランスを調節することで繊維束の性質に応じて繊維束に加える力を調整することができる。２つの以上の張り出し部を可動式チョークバーの端部で形成することも可能である、可動式チョークバーは、張り出し部を形成する部材にその移動を制御するための柄が一体に構成されており、含浸用ダイスの側面に挿入された方向によって、例えば、上下に移動できるようになっている。 チョークバーの移動は油圧、空気圧等の任意の手段により行うことができる。又、可動式チョークバーは含浸用ダイスから着脱自在に取り付ける構造とすることが好ましい。
ノズルは、引き抜き口を含む線で分割可能であり、分離されたノズルの部材は、油圧、空気圧等の任意の手段により、例えば、上下に分離することができる。又、ノズルは、繊維束の太さ及び繊維濃度を調整するため、径の異なるノズルに取替えることができるよう着脱可能とすることが好ましい。
ノズルから引き出された樹脂含浸長繊維は、空冷又は水冷された後、巻き取り機を経てペレタイザーにより所定の長さに切断されペレットとする。引き抜きの速度は１０−４０ｍ／分が好ましい。このようにして得られたペレットはそのまま成形加工機により成形品とすることができる。また繊維を含まない樹脂に対して一定の割合で添加混合したものを成形加工機により成形品してもよい。
本発明に用いられる含浸用の熱可塑性樹脂としては、特に制限は無く、ポリオレフィン系樹脂、スチレン系樹脂（ABS、AES樹脂含む）ポリエステル系樹脂（ポリ乳酸樹脂含む）、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリアセタール系樹脂等が例示でき、単独または二種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、樹脂用の添加剤及び染顔料を添加することもできる。

本発明に用いられる繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維（金属被覆炭素繊維含む）、ステンレス繊維、アラミド繊維（金属被覆アラミド繊維含む）、天然繊維（麻繊維、綿繊維、ケナフ繊維を含む）が例示でき、モノフィラまたは、紡績糸のいずれかで連続した繊維束であるこが望ましい。繊維の太さは、単繊維で５〜２０μｍであり、繊維束としては、これらの単繊維を３０００〜３００００本集束した束が使用される。

図１ないし図３に示す装置において、溶融樹脂流路に繊維束の進行方向に沿って垂直方向に設置された第１の可動式チョークバーとその下流位置に、反対方向から挿入設置された第２の可動式チョークバーを配備し、また第１及び第２の可動式チョークバーと溶融樹脂流路の壁面とのクリアランスをそれぞれ３ｍｍ及び１０ｍｍと設定した。下記原料及び条件にて樹脂含浸長繊維ペレットを作成したところ、表面の毛羽立ちおよび繊維抜けがない繊維濃度６４重量％の樹脂含浸繊維ペレットが作成できた。

繊維：カーボン繊維（直径８μｍ×２４０００本 ベスファイトＨＴＡ−２４Ｋ 東邦テ ナックス製）
樹脂：直鎖状低密度ポリエチレン（ノバテックＬＬＵＪ７９０ 日本ポリエチレン製）
押出機及び含浸用ダイスの設定温度：２００℃
可動式ノズルの直径：１．８ｍｍ
巻取機線速度：２０ｍ／分

生産装置全体の概略図 含浸ダイス部の詳細を示す説明図 ノズル部の開閉の可動状態を表した正面図 可動式チョークバーの図２における破線における断面図

Claims (4)

1. 
   含浸用ダイスに溶融した熱可塑性樹脂を供給すると共に繊維束を導入して上記熱可塑性樹脂を上記繊維束に含浸しノズルから引き抜く樹脂含浸長繊維の製造方法において、
   ノズルが引き抜き口を含む線で分割可能であり、
   溶融樹脂流路内に繊維束の進行方向に沿って互いに反対方向から延びた少なくとも２つの張り出し部を設け、
   上記張り出し部の少なくとも一つが、上記繊維束に対して垂直方向から挿入され、上記溶融樹脂流路内にその端部を張り出して位置調整された第１の可動式チョークバーであり、上記張り出し部の上面に走行する繊維束を当接することにより繊維束を開繊して熱可塑性樹脂を含浸することを特徴とする樹脂含浸長繊維の製造方法。
2. ２つの張り出し部が、第１の可動式チョークバーと、第１の可動式チョークバーと反対方向から挿入され、溶融樹脂流路内にその端部を張り出して位置調整された第２の可動式チョークバーである請求項１記載の樹脂含浸長繊維の製造方法。
3. 可動式チョークバーが含浸用ダイスの側面に着脱自在に取り付けられている請求項１又は２記載の樹脂含浸長繊維の製造方法。
4. ノズルから引き抜いた後ペレットに切断する請求項１ないし３いずれか記載の樹脂含浸長繊維の製造方法。

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