JP5153612B2 - 凝縮された補強用棒状物およびこれを製造する方法 - Google Patents

Description

本発明は、成形により（特に射出成形、押出し圧縮成形、共成形などにより）とりわけ複合製品を製造するために使用される補強材凝縮物（または凝縮された補強材）の棒状物（小さな棒状物または細棒）を製造する方法に関し、および本発明はまた、得られた製品に関する。

前述の成形方法（特に、射出成形または押出し圧縮成形による）において、有機材料、繊維状補強材（ガラス紐状物など）および１種またはそれ以上の添加物（例えば、着色のためのまたは特定の機能をもたらすための）からなる複合物（または混合物）を使用することが一般的な慣例である。この複合物は、有機材料で既に被覆されていても被覆されていなくともよい、計量し配合することを容易にするために一般に既に短く切断されている補強材紐状物が使用され、場合により添加される成分が押出機内にまたは成形装置内に適切な場合添加されて、押出機または射出成形装置において直接形成され得る。

本発明者らは、これらの成形工程において有利に使用することができ、次の望まれる利点の１つまたは他（コスト削減、より良好な機械的特性のための補強材のより良好な保存（例えば、補強材紐状物の長さ）、成形中のより良好な分散、所望の製品へのより容易な適応、より容易な加工処理など）を得ることが可能な、補強材をベースとする製品の開発を試みてきた。

この研究において、本発明者らは、補強材が凝縮された棒状物（または顆粒またはペレット）の形状をしている製品（これらの製品は後に特に説明するようにさまざまな利点を提供することが可能である）を開発する利益を重視し、したがって、これらの製品を容易に製造することのできる方法を求めてきた。これまで、このような凝縮された製品を、従来の補強材から出発して簡単な効率のよい方法で得ることは可能ではなかった。何故ならば、補強材含有量の増量は、特に製造された製品が完全性に欠けるという問題または成形マトリックスにおけるこれらの製品の分散が劣るという問題をもたらし得るからである。

したがって本発明は、第１に、補強材料７０重量％超および水分含量少なくとも０．１％を有する紐状物の少なくとも１つの束が、加熱され成形された後、切断されて棒状物にされる、補強材凝縮物の棒状物を製造する方法に関する。

得られた棒状物は、後に説明するように、少なくとも１種の有機材料によって互いに有利に接着されている、紐または繊維（棒状物の長さに切断されている）の形状を必須とした補強材料を含む。

本発明は、また、特に上記の方法により開発され、得られた補強材凝縮物の棒状物（または棒状形態の補強材紐状物）に関する。これらの棒状物は、補強材料の６５重量％を超える、好ましくは７０重量％を超える（または少なくとも８０重量％でさえある）含有量を有する。これらの補強材は、互いに接着されているか少なくとも第１の有機材料中に埋め込まれており、場合により、後に説明するように、これらの補強材は少なくとも第２の材料によって、一般に少なくとも１つの有機材料によって被覆されている。これらの２つの有機材料は同じであることも異なることもできる。

本発明による前述の紐状物の束は、少なくともいくらかは前記紐状物の形状にて、または前記紐状物の少ないくともいくらかを形成する繊維の形状にて（この材料を套管またはダイにより細くすることによる、知られている方法により一般に得られ、これらの繊維は次いで集められて紐状物にされる。）、少なくとも１つの補強材料（この材料は、ガラス、炭素、アラミドなどであり、好ましくはガラスである）を含む。この束中の補強材料の含有量は、本発明によれば７０重量％超であり、好ましくは７５から９９重量％の範囲でありまたは８０から９５重量％の範囲でさえある。

好ましくは、使用される紐状物の少なくともいくらかはまた、少なくとも１種の熱可塑性有機材料を含有する。この材料は、例えば、ポリオレフィン、特にポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、エラストマー、特にエチレンプロピレンポリマー（ＥＰＤＭ）またはポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、またはポリアミドなどから選択される。有利には、この材料も、紐状物のまたは繊維の形状で束中に存在する。

特におよび好ましくは、本発明による方法において使用される紐状物の少なくともいくらかは、補強材繊維（特にガラス繊維）および少なくとも１つの熱可塑性有機材料繊維から形成された複合紐状物（または混合された紐状物）である。有利には、これらの繊維はよく混合されており、これら紐状物のよく混合された構造により、ガラス繊維の熱可塑性材料への含浸が容易になり、および、本発明による方法において、補強材の高い含有量にも拘わらず、よく含浸された均質な、強化された構造体（すなわち、損傷することなく取り扱うことを可能にする粘着および完全性を示す構造体）を形成することが可能になる。利点を有する複合紐状物（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｖｅｔｒｏｔｅｘ Ｆｒａｎｃｅによって、商標名ＴＷＩＮＴＥＸ（登録商標）の下に販売されているものなど）は、特許、ＥＰ０３６７６６１、ＷＯ９８／０１７５１またはＥＰ０５９９６９５に記載のものなどの、直接法によって得ることができる。これらの紐状物は優れた混合指数を有し、このことは、特許出願ＷＯ００／２４５６６において説明されているように、熱可塑性材料内でのガラス紐状物の優れた分布をもたらす。

特に好ましくは、本発明による方法は、束を形成する紐状物として複合紐状物のみを使用する。しかし、特に複合紐状物と補強材紐状物とを一緒にして棒状物の補強材濃度をさらに増大させることを、排除していない。

本発明者らはまた、高い補強材含有量と相まって上述の複合紐状物を優先的に用いることによって特に促進される、本発明の定義から明らかなような、少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも０．５重量％および特に好ましくは少なくとも３重量％の水分含量（例えばオーブン内で蒸発によって測定される水分含量）を有する束を用いることによる利益を明らかにした。一定量の水分の存在は、加工処理を悪くしおよび得られた製品の特性を悪くすることとはほど遠く、本発明による棒状物の製造工程において紐状物を容易に取り扱うことが実際できるようになり、一方で、予め乾燥した紐状物から得られた製品の機械的特性より良好とまではいかなくとも、少なくとも同等の機械的特性を示す製品を得ることができるようになり、さらに経済的利点をもたらす（特に、套管により得られたまたは集められた紐状物を、費用のかかる中間乾燥工程なしで、直接使用することができる。）。好ましくは、この水分含量は、８重量％未満、有利には５重量％未満に選択され、特に本発明による方法において紐状物および束の良好な強化を可能にする。

これらの紐状物は、予め形成され得、または少なくとも１つの巻き取り包みから、個別にまたはグループで引き抜くことができる。本発明の実施の好ましい方法によれば、これらの紐状物は、ロービング（ｒｏｖｉｎｇ）などの少なくとも１つの巻き取り容器から引き抜かれ、少なくとも１０ｍ／分、好ましくは数１０ｍ／分、特に約４０から１００ｍ／分および特に約５０ｍ／分の速度で、例えば引き抜き装置（特に引き抜き用具でありうる）によって駆動される。

これらの紐状物の張力を調節する工程（例えば、これらの紐状物を１つまたはそれ以上の束に組み合わせる間にまたは組み合わせる前に）および／または（例えば、束を加熱帯に通す前に）これらの紐状物から静電気を取り去ることができる工程を提供することが有利であろう。

これらの紐状物は、本発明による方法において述べたように、少なくとも１つの束の形状に組み合わせられる。言うまでもなく、同一の処理または異なる処理を並行して受けるいくつかの別々の束を形成することができる。ここで、前記別々の束の、少なくとも１つの束は、本発明による方法において指示された工程にかけられて凝縮物棒状物とされる。

本発明によれば、少なくとも１つの束は、束が形成されおよび／または強化される温度、必要ならば補強材紐状物または繊維に有機材料を含浸させることができる温度において、特に紐状物の束内に存在する熱可塑性材料の少なくとも融点に到達する温度において、好ましくは熱可塑性材料の前記融点より少なくとも２０℃高いが、前記材料の分解温度より低く、補強材料の融点より低い温度において、加熱（一般に束を赤外加熱器などの少なくとも１つの加熱器に通すことによって）される。

一般に、紐状物の加熱された束は、ある形状（すなわち成形または切り揃え）をとるまでは、ほぼある温度に保持される。この成形操作は、有利に、１つまたは好ましくは数個の切り揃えダイを通過させることによって所望の断面積を得ることができるように行われる。本発明の方法において、および製造ラインが特に上述の駆動速度と相まって満足すべき効率を有するように、選択されたダイは、製造ラインの方向に沿って、単純なプロファイルを有し減少する断面積を有する。

束はまた、加熱の間および／または加熱後にならびに前述の成形操作の前および／またはこの成形操作と共に、必要に応じて、１つまたはそれ以上の障害物などの装置を通過させることによる、補強材紐状物または繊維に存在している有機材料を含浸させるのに好都合な工程を受けさせてもよい。この装置は数個を使用することができ、最初の装置は、例えば本発明による加熱工程における２つの加熱器の間に設置され、他の装置は１つまたはそれ以上の成形ダイの直ぐ後に設置される。

前述の１つまたは複数の成形および含浸工程は、強化された束（または含浸されたまたは一体化された束、すなわち紐状物が互いに接着された束。この強化された束はまた、本発明による紐状物の組み合わせ体または綱という用語、あるいはケーブルまたはロープという用語によってでも表される。）の形成を促進する。

本発明を実施する１つの特に好ましい方法によれば、成形操作の間または後で、紐状物の束はまた、溶融状態の少なくとも１種の有機材料が供給されているダイを通過させることによる被覆工程にかけられる。この有機材料は、紐状物を形成する有機材料と同じまたは異なっていよう。また、被覆材料は、いくつかの材料、特に少なくとも１種の有機材料および添加物（例えば、耐紫外線性を改善するための添加物、機械的性能を増大させるためのカップリング剤、熱的または化学的安定剤、染料または顔料、難燃剤など）および／または１種またはそれ以上の充填剤（タルク、長繊維または短繊維のガラス繊維など）から形成された複合材料でありうる。したがって、この被覆材料は、有利に、得られた棒状物およびこれらの棒状物から成形された複合材料に追加の特性（耐紫外線特性、改善された機械的性能など）を付与することを可能にする。また、既に機能化された製品を有するという事実により、成形の間に、安価な、標準的な希釈する材料を単に使用することが可能となり、したがって成形のコストを単純化し低減させる。この被覆はまた、成形中の射出成形装置の移送問題または移送が滞る問題を提起し得（および移送装置または前記射出成形装置を損傷し得）、得られた製品の機械的特性を損ない得る、微小繊維または微小物（棒状物から剥がれた繊維）が棒状物の切断の間に形成されるのを防止する。被覆された棒状物はまた、この棒状物が被覆により滑らかにされているので、またこの被覆は保護作用があるので、非常に容易に取り扱われ、計量されおよび供給ホースに沿って移送され得る。また、この被覆された棒状物は、成形により複合材料が形成されるために使用される場所まで、その完全性を失わない。最後に、この被覆は、送られる被覆材料の量をライン中に（製造中に）変化させることにより補強材含有量を要求通りに調節することを可能とし、したがって、有利には変化することのできない出発製品からさまざまな補強材濃度の棒状物を得ることを可能とする。

好ましくは、この被覆材料は、少なくとも１種の熱可塑性有機材料、例えば、ポリオレフィン（特にポリエチレンまたはポリプロピレン）またはポリ塩化ビニル、またはエラストマー、例えばＳＥＢＳ（スチレンエチレンブタジエンスチレン）−改質ポリプロピレンなどを含む。必要に応じて、この材料は、有利に、紐状物の有機材料と同一のものもしくは類似のものまたは化学的に相溶性のあるものとして選択される。（その結果、２つの材料の間には、良好な接着性または連続性さえ存在する。）。この材料は、上述のように、添加物にて充満されることができる。

ダイに導入された被覆材料は、例えば、押出し成形装置から出てくることができる。また、この束はまた、ダイ（または、必要に応じて、いくつかの直列のまたは並列のダイ）に供給されているいくつかの同一のまたは異なる材料によって被覆され得る。運転のこの方法はまた、得られる製品の範囲を広げることを可能にする。いくつかの束が並行して処理される場合は、この被覆材料は、必要に応じて、束ごとに変化し得る。被覆の厚さは、変化し得る。例えば、約３ｍｍの厚さの棒状物には、この被覆は約０．１ｍｍまたは棒状物の厚さの十分の一またはそれ以上でありうる。

成形し場合により被覆した後、得られた束は、一般に冷却され（例えば、束を水槽または冷たいダイに通すことにより）、必要に応じて乾燥され（例えば吹き込みまたは吸い出しにより）、次いで切断されまたは切り刻まれて（例えば、回転刃のついたフライスまたはグラニュレータを使用して）、一般に１から４０ｍｍ、好ましくは５から３０ｍｍ、例えば約１２ｍｍの長さの棒状物にされる。

上で説明したように、本発明による方法および製品は、出発製品を変更することなしに、適用可能であるという利点を有する。さらに、本発明による方法は、簡単に、迅速に実施され、高価ではない。

本発明による棒状物は、上で規定した通り、補強材の高含有量を有し、一方で、一体化され、必要に応じて良好に含浸されていて、これらは、上述したように、被覆を有することができる。有利に、これらの棒状物（特に、被覆されている場合）は、棒状物１ｋｇ当たり、６０ｍｇ未満、好ましくは３０ｍｇ未満、特に好ましくは２０ｍｇ未満の微小繊維含有量を有する（この含有量は、ベルト上で棒状物を振動させ、フィルタを備えた吸引装置を用いて微小繊維を吸引することによって測定する。）。この棒状物は、取り扱いおよび計量が容易であり、補強材の高い含有量にも拘わらず、成形の間に有機マトリックス中によく分散される。本発明による棒状物は、一般に１から４０ｍｍ、好ましくは５から３０ｍｍ、例えば約１２ｍｍの補強材紐状物の長さを有する。

また、本発明は、前述の工程を実行する有利な方法を実施するための装置に関する。この装置は、紐状物の少なくとも１つの束を提供するための１つまたはそれ以上の手段、前記束を加熱するための少なくとも１つの手段、少なくとも１つの成形装置、少なくとも１つの溶融材料が供給され、紐状物の束と前記束に接触している溶融材料とを同時に受け取らなければならない少なくとも１つの被覆ダイ、および被覆された束を切断して棒状物とするための少なくとも１つの切断装置とを含む。

この装置はまた、（上記手段と共に、または上記手段を補完するものとして）、以下の手段、特に：
・紐状物を誘導するための少なくとも１つの滑車；
・紐状物を動かすための１つまたはそれ以上の手段；
・紐状物を集めて、平行な紐状物の少なくとも１つの束を形状にするための、１つまたはそれ以上の手段（例えば、鳩目板および／または溝付き滑車および／または横張出し棒
タイプの手段）；
・１つまたはそれ以上の紐状物の張力調節器、例えば、前述の組合せ手段の上流において；
・束または綱をある温度に保持するための１つまたはそれ以上の手段、必要な場合は少なくともダイの直前に至るまで；
・１つまたはそれ以上の追加含浸装置、特に成形装置の前において；
・１つまたはそれ以上の、束の位置決め手段；
などの１つまたはそれ以上を含むことができる。

これらの装置のほとんどは、前に既に述べている。

特に、この紐状物は、この紐状物が巻き取られていない糸巻軸架の上に設置することができる容器から出てくることができる。

１つまたはそれ以上の加熱手段は、通常、１つまたはそれ以上のオーブン、例えば、好ましくは束の温度に応じて電力が調節されるランプによって稼働する赤外線型のもの、を含む。この種のオーブンは、エネルギーの観点から効果的であり、調節することが容易であるという利点を有する。

含浸装置として、例えば、三角形に配置された３個の部材を有する装置を使用することができ、この部材の間を束が通過し、これら部材を隔てる距離は束の表面上に適切な圧力が得られるように調節されていて、これらの部材はロールまたは棒でありうる。

実際の成形装置は、例えば、加熱されたダイおよび／または紐状物束が間を通過するローラーなどを含むことができる。上で示したように、使用されるダイは、有利に、製造ラインの方向に平行な軸のまわりで例えば徐々に変化する（例えば、断面が減少する）、次いで位置に応じて一定となる断面を有する、単純なプロファイルを有する。

被覆ダイはまた、被覆材料を加圧しながら供給するための、１つまたはそれ以上の手段を含むこともできる。前記材料は、ダイ中の異なる経路を介して紐状物の組み合わせ体と接触するようになることができる。ダイの断面および／またはさまざまな経路の存在および／または加圧および／またはダイ中における束の位置に応じて、送られる材料の量は、束の断面に沿ってさまざまな時点で異なり得る。

溶融された被覆材料は、一般に少なくとも１つの押出機から出てくる。

切断装置は、上述のように、例えばグラニュレータまたはフライスでありうる。

本発明による装置のさまざまな要素は、静止していることもまたはおそらく動いている（並進および／または回転）こともある。

本発明はまた、本発明による棒状物から成形によって得られた複合製品に関する。本発明による棒状物は、高い生産速度にて、補強材料が満足のいく分布をしている複合部品（必要に応じて肋材、ボス（ｂｏｓｓ）などを含む）を得ることを可能にする。これらの棒状物から得られた複合材料もまた、良好な機械的性質を有する。

本発明による棒状物から得られた複合材料は、例えば、前面パネル、計器板、ドアモジュール、エンジン下の保護プレート、ハッチバック用の内部パネルなどの、自動車の車体部品でありうる。

Claims (6)

1. 少なくとも１種の補強材料を有する紐状物の少なくとも１つの束を集め、ここで該紐状物の少なくとも幾つかはさらに第１の熱可塑性有機材料を含み、
   当該紐状物の少なくとも１つの束を加熱し及び形成し、
   少なくとも第２の熱可塑性有機材料が供給されているダイを通過させられることにより、当該紐状物の少なくとも１つの束を被覆させて、被覆された紐状物の束を形成させ、ここで、該第２の熱可塑性有機材料は、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル及びエラストマーから選択されるものであり、そして
   該被覆された紐状物の束を棒状物に切断し、ここで、当該被覆された紐状物の束は、補強材料８０重量％超および最終水分含量少なくとも０．１重量％を有する
   ことを含む、補強材凝縮物の棒状物を製造する方法。
2. 前記紐状物の少なくともいくつかが、該補強材料及び第１の熱可塑性有機材料から形成されている複合紐状物であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記束を加熱するための少なくとも１つの加熱器、少なくとも１つの成形装置、少なくとも１つの被覆ダイおよび少なくとも１つの切断装置を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法を実施するための装置。
4. 紐状物の少なくとも１つの束が、ガラス、炭素及びアラミドからなる群から選択される補強材を含み、ここで該紐状物の少なくとも幾つかはさらに第１の熱可塑性有機材料を含み、前記紐状物の少なくとも１つの束は、さらに第２の熱可塑性有機材料の被覆を含み、前記被覆された紐状物の束は、補強材料８０重量％超および最終水分含量少なくとも０．１重量％を有する、補強材が凝縮された棒状物。
5. 微小繊維含有量６０ｍｇ／ｋｇ未満を有することを特徴とする、請求項４に記載の棒状物。
6. 請求項４または５に記載の棒状物を使用する成形により得られる複合材料。