JP6863581B2 - Method for manufacturing long fiber reinforced thermoplastic resin linear material - Google Patents
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Description
本発明は、長繊維束と熱可塑性樹脂マトリックスからなる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a long fiber bundle and a thermoplastic resin matrix.
強化用繊維を合成樹脂で結着した繊維強化熱硬化性樹脂製物品(以下、「FRP」と称することがある。)は強度が高くかつ軽量であるという点から、金属製物品に代わる材料として、自動車、電子、農林、建築材、家具等の多くの分野で利用されている。このFRP技術を使用した製品のひとつであるガラスロービング等の長繊維束を強化用繊維とし、熱硬化性樹脂をマトリックスとするパイプ、ロッド、線状物等も古くから各種産業分野で使用されている。
近年、この様な長繊維強化樹脂製の長尺材料を、製品内の個々の部材としても使用したいという要求が高まっている。この様な個々の部材として使用することを可能にするためには長尺材料が、その使用される製品を加工する時点で、その製品の形状に適合するべく、賦形できることが必要である。特に加熱による温度刺激によって目的の形状に賦形すると共にその形を安定化できることが求められている。
しかしながら、一般にFRPは、マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂が強化用繊維の内部まで完全に含浸し、硬化後においては、熱硬化性樹脂硬化物の特性から、加熱変形することによって所望の形状に塑性加工することが困難である。特に、長手方向の断面において繊維が均一に分散しているFRP線状物は、非常に高剛性で、曲げても真直状に復元し、塑性変形はしないので、曲げて使用する用途には適さない。
A fiber-reinforced thermosetting resin article (hereinafter, may be referred to as "FRP") in which reinforcing fibers are bound with a synthetic resin is a material that can replace metal articles because of its high strength and light weight. , Automotive, electronics, agriculture and forestry, building materials, furniture, etc. Pipes, rods, linear objects, etc., which use long fiber bundles such as glass roving, which is one of the products using this FRP technology, as reinforcing fibers and thermosetting resin as a matrix, have been used in various industrial fields for a long time. There is.
In recent years, there has been an increasing demand for using such a long material made of long fiber reinforced resin as an individual member in a product. In order to be able to be used as such individual members, it is necessary that the long material can be shaped to fit the shape of the product at the time of processing the product in which it is used. In particular, it is required that the desired shape can be formed and the shape can be stabilized by temperature stimulation by heating.
However, in general, FRP is completely impregnated with a thermosetting resin as a matrix resin up to the inside of the reinforcing fiber, and after curing, due to the characteristics of the thermosetting resin cured product, it is deformed by heating to obtain a desired shape. It is difficult to plastically process. In particular, an FRP linear material in which fibers are uniformly dispersed in a cross section in the longitudinal direction has extremely high rigidity, is restored to a straight shape even when bent, and does not undergo plastic deformation, so it is suitable for use in bending. Absent.
一方、強化用繊維に熱可塑性樹脂を含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂製物品(以下、「FRTP」と称することがある。)は、加熱による塑性変形がある程度可能である。しかしながら、長繊維状の強化用繊維にマトリックス樹脂として熱可塑性樹脂を含浸したFRTP線状物においては、加熱賦形による曲げ加工が必ずしも容易ではない。 On the other hand, a fiber-reinforced thermoplastic resin article (hereinafter, may be referred to as "FRTP") in which a reinforcing fiber is impregnated with a thermoplastic resin can be plastically deformed by heating to some extent. However, in the FRTP linear product in which long fibrous reinforcing fibers are impregnated with a thermoplastic resin as a matrix resin, bending processing by heat shaping is not always easy.
特許文献1には、連続した強化用繊維を引きながら溶融熱可塑性樹脂を含浸させる長繊維強化複合材料の製造方法において、繊維に溶融樹脂を含浸もしくは被覆させた後、スリットノズルで過剰量の樹脂を絞り込みながら連続的に引き抜き、次いで賦形ノズルを通して目的形状に整えることを特徴とする長繊維強化複合材料の製造方法が開示されている。そして、特許文献1の製造方法によれば、得られる複合材料中の繊維の分散および樹脂の含浸性も良好で、高品質の複合材料を効率よく安定して得ることができるという効果が挙げられている。
また、特許文献2には、長繊維状の炭素繊維束に熱可塑性樹脂を含浸した直径1〜5mmの炭素繊維強化複合材料を複数本撚合せてなる炭素繊維強化複合材料からなるロープ及びその製造方法が開示されている。特許文献2には、一般に熱可塑性樹脂の溶融粘度は高いので、炭素繊維束内に均一に樹脂を含浸するのは難しいが、熱可塑性樹脂をエクストルーダーで一定量の割合で吐出し、樹脂含浸部で炭素繊維束を開繊しながら加圧下で樹脂を含浸し、エクストルーダーとは分離して設置されたダイスで繊維束を円形に整形し巻き取り装置で巻き取る技術が開示されている。
Further,
上記の特許文献1及び2に記載のFRTPの製造方法は、いずれも長繊維状の強化用繊維束に溶融した熱可塑性樹脂を均一に含浸させることを課題としており、特に得られたFRTPを長手方向に曲げた状態での熱賦形性についての開示はない。
All of the methods for producing FRTP described in
また、特許文献3には、発泡体と、前記発泡体にインサート成形されてシート表皮材の係止部が係止する樹脂ワイヤとを備える車両用シートパッドであって、前記樹脂ワイヤは、複数の長繊維に熱可塑性樹脂を含浸させてなるとともに、屈曲部における前記樹脂が肉抜きされた肉抜き部を有する長繊維状の繊維に熱可塑性樹脂を含浸した直径1〜5mmの樹脂ワイヤが開示されている。この樹脂ワイヤは予めシートパッド成形を想定した屈曲部に、表面の熱可塑性樹脂を断面方向に断続的に、複数個所に、肉抜きすることによって熱曲げ賦形性を付与するとともに、肉抜きによって樹脂ワイヤ内部の繊維を露出させ、この露出繊維に発泡体との結合性を生じさせるものであるが、繊維の露出部分が屈曲部に限定されているため、樹脂ワイヤ全体と発泡体との結合性自体が不充分であった。 Further, Patent Document 3 describes a vehicle seat pad including a foam and a resin wire that is insert-molded into the foam to lock a locking portion of the seat skin material, and the resin wire is a plurality. Disclosed is a resin wire having a diameter of 1 to 5 mm, which is obtained by impregnating the long fibers of the above with a thermoplastic resin and impregnating the long fibers having the lightened portion where the resin is lightened at the bent portion with the thermoplastic resin. Has been done. This resin wire imparts thermal bending shapeability by thinning the surface thermoplastic resin intermittently in the cross-sectional direction at a plurality of places where the seat pad is to be molded in advance, and by lightening. The fibers inside the resin wire are exposed to cause the exposed fibers to bond with the foam. However, since the exposed portion of the fibers is limited to the bent portion, the entire resin wire and the foam are bonded. The sex itself was inadequate.
本発明者らは、先に、長繊維状補強材と熱可塑性樹脂マトリックスからなる長繊維強化熱可塑性樹脂製線状物に関し、熱賦形により長手方向に曲げ加工がし易く、取り扱いが容易な長繊維強化熱可塑性樹脂製線状物、及びその製造方法について、鋭意検討し、特願2016−148732として出願した。
この出願に係る発明は、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂からなる海部分と、長繊維状強化用繊維束からなる3個以上50以下の島部分とで構成される断面海島構造を有する長繊維強化熱可塑性樹脂線状物において、該島部分を構成する強化用繊維束は、長手方向に直交する断面において、マトリックス樹脂が含浸していない未含浸部を有することを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂線状物に関するものである。
The present inventors have previously made a long-fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a long-fiber reinforcing material and a thermoplastic resin matrix, which is easily bent in the longitudinal direction by thermal shaping and is easy to handle. A linear product made of a long fiber reinforced thermoplastic resin and a method for producing the same have been diligently studied, and an application has been filed as Japanese Patent Application No. 2016-148732.
The invention according to this application is a long fiber reinforced fabric having a cross-sectional sea-island structure composed of a sea portion made of a matrix resin which is a thermoplastic resin and an island portion consisting of 3 or more and 50 or less island portions made of a long fibrous reinforcing fiber bundle. In the thermoplastic resin linear product, the reinforcing fiber bundle constituting the island portion has a long fiber reinforced thermoplastic having an unimpregnated portion not impregnated with the matrix resin in a cross section orthogonal to the longitudinal direction. It relates to a resin wire.
さらに、本出願人らは、先に、車両シート用に適した長繊維強化熱可塑性樹脂線状物として、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と、長繊維状強化用繊維束とからなる車両シート用長繊維強化熱可塑性樹脂線状物であって、強化用繊維束は、長手方向に直交する断面において、マトリックス樹脂が含浸していない未含浸部を有し、かつ、強化用繊維束の一部の繊維が線状物の表面に、6箇所以上12箇所以下のそれぞれ別個の位置に露出して、線状物の長手方向に連続してなる車両シート用長繊維強化熱可塑性樹脂線状物を特願2016−201598として共同出願した。 Further, the applicants have previously made a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product suitable for a vehicle seat for a vehicle seat composed of a matrix resin which is a thermoplastic resin and a long fiber reinforced fiber bundle. The long fiber reinforced thermoplastic resin linear product, the reinforcing fiber bundle has an unimpregnated portion not impregnated with the matrix resin in a cross section orthogonal to the longitudinal direction, and is a part of the reinforcing fiber bundle. A long-fiber reinforced thermoplastic resin linear product for vehicle seats, in which the fibers of the above are exposed on the surface of the linear product at 6 to 12 different positions and are continuous in the longitudinal direction of the linear product. A joint application was filed as Japanese Patent Application No. 2016-201598.
本発明者らは、長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の熱賦形性について検討した結果、長手方向において海島構造の断面を有する線状物において、長繊維状強化用繊維間の全体にマトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂を高度に含浸することなく、未含浸部を有する構造とすることにより、熱賦形がし易く、賦形加工性が向上することを確認されたが、物性及び賦形加工性が長繊維状強化用繊維束の単繊維間へのマトリックス樹脂の含浸度合いに依存するため、製造ロット間でバラツキが生じる場合があって、品質の安定性、連続生産性において問題があった。
また、線状物の表面に強化用繊維束の一部を露出させ、この露出繊維によりポリウレタン等の発泡体との結合性を強化することのできる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造においては、表面の強化用繊維束の露出度合い、及び当該強化用繊維束と線状物を構成するマトリックス樹脂との接合度合いを一定の範囲とする必要があり、製造ロット間で接合度合いのバラツキを低減して安定的に製造する方法が求められていた。
本発明は、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と、長繊維強化用繊維束とからなる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法において、長繊維強化用繊維束への熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂の含浸度合い等を均一にして、得られる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の物性(特性)を均一化でき、かつ、長尺物を連続して安定に生産できる方法を提供することを目的とする。
As a result of investigating the thermal shapeability of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material, the present inventors have found that in the linear material having a sea-island structure cross section in the longitudinal direction, a matrix is formed over the entire long fiber reinforced thermoplastic resin fibers. It was confirmed that the structure having an unimpregnated portion without being highly impregnated with a thermoplastic resin as a resin facilitates thermal shaping and improves shaping processability. Since the workability depends on the degree of impregnation of the matrix resin between the single fibers of the long fibrous reinforcing fiber bundle, there may be variations between production lots, which causes problems in quality stability and continuous productivity. It was.
Further, in the production of a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product in which a part of a reinforcing fiber bundle is exposed on the surface of the linear material and the bondability with a foam such as polyurethane can be strengthened by the exposed fibers. It is necessary to keep the degree of exposure of the reinforcing fiber bundle on the surface and the degree of bonding between the reinforcing fiber bundle and the matrix resin constituting the linear product within a certain range, and the degree of bonding varies between production lots. There has been a demand for a method of reducing and stably producing.
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a matrix resin which is a thermoplastic resin and a fiber bundle for reinforcing long fibers. To provide a method capable of making the degree of impregnation of a resin uniform, making the physical properties (characteristics) of the obtained long fiber reinforced thermoplastic resin linear product uniform, and continuously and stably producing a long product. The purpose.
本発明者らは、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と、長繊維強化用繊維束とからなる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法において、所定の撚り数を有する長繊維強化用繊維束を所定速度で引取りながら、該強化用繊維束に該張力調整手段を介して1本当り5〜100gの張力を負荷し、予熱装置を昇温して強化用繊維束を加熱しつつ、クロスヘッドダイに導いて、ガイド芯金の溶融樹脂含浸(接触)部及びダイ内において分離状の各強化用繊維束と溶融した熱可塑性樹脂を接触させて、各強化用繊維束に熱可塑性樹脂を部分的に含浸させ、引き続き収束ガイドを経て、所定の断面形状の押出ノズルを備えるダイにて加圧下に該長繊維強化用繊維束群を線状物として押出被覆する工程、を含み、前記予熱装置内での強化用繊維束の加熱は、溶融した熱可塑性樹脂の温度Tmに対して、強化用繊維束の表面温度がTm〜Tm−200℃に達する範囲とすることで、前記目的を達成できることを知得して、本願発明を完成した。 The present inventors have developed a long fiber reinforcing fiber bundle having a predetermined number of twists in a method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a matrix resin which is a thermoplastic resin and a long fiber reinforcing fiber bundle. Is applied to the reinforcing fiber bundle at a predetermined speed with a tension of 5 to 100 g per fiber via the tension adjusting means, the temperature of the preheating device is raised to heat the reinforcing fiber bundle, and the cloth is clothed. Guided to the head die, the molten resin impregnated (contact) part of the guide core and the separated reinforcing fiber bundles and the molten thermoplastic resin are brought into contact with each other in the die, and the thermoplastic resin is applied to each reinforcing fiber bundle. The preheating includes a step of partially impregnating, subsequently passing through a convergence guide, and extruding and coating the long fiber reinforcing fiber bundle group as a linear material under pressure with a die equipped with an extrusion nozzle having a predetermined cross-sectional shape. The heating of the reinforcing fiber bundle in the apparatus achieves the above object by setting the surface temperature of the reinforcing fiber bundle to reach Tm to Tm-200 ° C. with respect to the temperature Tm of the molten thermoplastic resin. Knowing what he could do, he completed the invention of the present application.
すなわち、本発明は、以下の〔1〕〜〔8〕を提供する。
〔1〕熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と、長繊維強化用繊維束とからなる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法であって、
(1)所定の撚り数を有する長繊維強化用繊維束を所要本数クリールより張力調整手段を介して引出し、未昇温の予熱装置内に通し、分離ガイド、溶融樹脂含浸部及び収束ガイドを備えるガイド芯金の該分離ガイド及び該収束ガイドの所定の透孔に各繊維束を順に配列して挿通し、該ガイド芯金をクロスヘッドダイ本体部に装着し、次いでサヤ芯及び押出ノズルを備えるダイ、冷却槽、及び引取装置に導く、長繊維強化用繊維束群の予備引出し工程、
(2)該引取装置を駆動して、該長繊維強化用繊維束群を所定速度で引取りながら、該強化用繊維束に該張力調整手段を介して1本当り5〜100gの張力を負荷し、該予熱装置を昇温して該強化用繊維束を加熱しつつ該溶融押出機を駆動して、該クロスヘッドダイに該熱可塑性樹脂を供給して、該ガイド芯金の溶融樹脂含浸部及びダイ内において分離状の各強化用繊維束と溶融した熱可塑性樹脂を接触させて、各強化用繊維束に熱可塑性樹脂を部分的に含浸させ、引き続き収束ガイドを経て、所定の断面形状の押出ノズルを備えるダイにて加圧下に該長繊維強化用繊維束群を線状物として押出被覆する工程、
(3)押出被覆された線状物を冷却固化し、引取る工程、
を有し、
前記線状物を押出被覆する工程において、該予熱装置内での強化用繊維束の加熱は、溶融した熱可塑性樹脂の温度Tmに対して、強化用繊維束の表面温度がTm〜Tm−200℃に達する範囲とする、ことを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔2〕前記(2)押出被覆工程において、押出ノズル23の吐出孔部は、ランドLが2mm以上であり、孔径をAとするとき、吐出側に向かって、押出ノズルが上底Aの円錐台状にくり抜かれており、該押出ノズルの厚み方向断面において該円錐台傾斜線232と吐出孔部壁面線231とが交わる角度θが90°を超え、相対向するサヤ芯の先端の開口の孔径Bが、該吐出部孔径Aに対して105〜360%大である関係にあるサヤ芯を備えたダイにより、溶融した熱可塑性樹脂を押出被覆する前記〔1〕に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔3〕前記ガイド芯金の収束ガイドは、以下の(a)要件又は(a)及び(b)の2要件を満足する、前記〔1〕または〔2〕に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
(a)収束ガイドの中央部透孔の孔径Dcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dp対して50〜100%である。
(b)収束ガイドの放射状扇形透孔を形成する扇形下辺半径の2倍を扇形下辺直径Dfcとして、該扇形下辺直径Dfcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dpに対して105〜360%である、前記〔1〕または〔2〕に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔4〕前記線状物において、所要本数の該強化用繊維束を表面に露出させてなる、前記〔1〕〜〔3〕のいずれか1に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔5〕前記強化用繊維束が、単繊維繊度が1.5dtex〜30dtexの繊維を80f〜150f集束し、かつ、2回〜500回/mの撚りを有するマルチフィラメントである、前記〔1〕〜〔4〕のいずれか1に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔6〕前記強化用繊維束を構成する強化用繊維が熱可塑性樹脂からなり、前記マトリックス樹脂が該強化用繊維の融点又は軟化点よりも20℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂である、前記〔1〕〜〔5〕のいずれか1に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔7〕前記熱可塑性樹脂からなる強化用繊維が、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、ポリトリメチレンテレフタレート繊維、ポリアクリロニトリル繊維、脂肪族ポリアミド繊維から選ばれる一種又は複数種の併用あるいは混繊維である、前記〔6〕に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
〔8〕前記マトリックス樹脂を構成する熱可塑性樹脂が、メルトフローレート(230℃、21.18N)が20〜100g/10分であるポリプロピレン樹脂からなる、前記〔1〕〜〔7〕のいずれか1に記載の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。
That is, the present invention provides the following [1] to [8].
[1] A method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a matrix resin which is a thermoplastic resin and a fiber bundle for reinforcing long fibers.
(1) A fiber bundle for reinforcing long fibers having a predetermined number of twists is pulled out from a required number of reels via a tension adjusting means, passed through a preheating device that has not been heated, and provided with a separation guide, a molten resin impregnated portion, and a convergence guide. Each fiber bundle is sequentially arranged and inserted into the separation guide of the guide core and the predetermined through holes of the convergence guide, the guide core is attached to the crosshead die main body, and then a sheath core and an extrusion nozzle are provided. Preliminary drawing process of long fiber reinforcing fiber bundle group leading to die, cooling tank, and picking device,
(2) While driving the take-up device and taking up the long fiber reinforcing fiber bundle group at a predetermined speed, a tension of 5 to 100 g per one is applied to the reinforcing fiber bundle via the tension adjusting means. Then, the preheating device is heated to heat the reinforcing fiber bundle, the melt extruder is driven, the thermoplastic resin is supplied to the cross head die, and the guide core metal is impregnated with the molten resin. Each of the separated reinforcing fiber bundles and the molten thermoplastic resin are brought into contact with each other in the portion and the die, and each reinforcing fiber bundle is partially impregnated with the thermoplastic resin, followed by a convergence guide, and a predetermined cross-sectional shape. A step of extruding and coating the long fiber reinforcing fiber bundle group as a linear material under pressure with a die equipped with an extrusion nozzle of the above.
(3) A process of cooling and solidifying an extrusion-coated linear material and taking it back.
Have,
In the step of extruding and coating the linear material, the heating of the reinforcing fiber bundle in the preheating device causes the surface temperature of the reinforcing fiber bundle to be Tm to Tm-200 with respect to the temperature Tm of the molten thermoplastic resin. A method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product, which comprises a range of reaching ℃.
[2] In the (2) extrusion coating step, the ejection hole portion of the
[3] The long fiber reinforced thermoplastic resin according to the above [1] or [2], wherein the convergence guide of the guide core metal satisfies the following requirements (a) or two requirements (a) and (b). Method for manufacturing linear products.
(A) The hole diameter Dc of the central through hole of the convergence guide is 50 to 100% with respect to the outer diameter Dp of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material.
(B) Twice the radius of the fan-shaped lower side that forms the radial fan-shaped through hole of the convergence guide is defined as the fan-shaped lower side diameter Dfc, and the fan-shaped lower side diameter Dfc is 105 to 105 with respect to the outer diameter Dp of the long fiber reinforced thermoplastic resin wire. The method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to the above [1] or [2], which is 360%.
[4] The long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to any one of [1] to [3] above, wherein the required number of the reinforcing fiber bundles are exposed on the surface of the linear product. Production method.
[5] The reinforcing fiber bundle is a multifilament in which fibers having a single fiber fineness of 1.5 dtex to 30 dtex are focused by 80 f to 150 f and have a twist of 2 to 500 times / m. The method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to any one of [4].
[6] The reinforcing fiber constituting the reinforcing fiber bundle is made of a thermoplastic resin, and the matrix resin is a thermoplastic resin having a melting point of 20 ° C. or more lower than the melting point or softening point of the reinforcing fiber. The method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to any one of [1] to [5].
[7] The reinforcing fiber made of the thermoplastic resin is one or more selected from polyethylene terephthalate fiber, polybutylene terephthalate fiber, polyethylene naphthalate fiber, polytrimethylene terephthalate fiber, polyacrylonitrile fiber, and aliphatic polyamide fiber. The method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to the above [6], which is a combined or mixed fiber.
[8] Any of the above [1] to [7], wherein the thermoplastic resin constituting the matrix resin is made of a polypropylene resin having a melt flow rate (230 ° C., 21.18N) of 20 to 100 g / 10 minutes. The method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to 1.
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法によれば、長繊維強化用繊維束への熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂の含浸度合い及び/又は所要の表面露出繊維束の露出度合いを調整して、均一な物性(特性)の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物を、再現性よく、安定して連続製造できる方法を提供できる。 According to the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention, the degree of impregnation of the matrix resin, which is a thermoplastic resin, into the fiber bundle for reinforcing long fibers and / or the degree of exposure of the required surface exposed fiber bundle can be determined. It is possible to provide a method capable of stably and continuously producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product having uniform physical properties (characteristics) with good reproducibility.
以下、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法について、図面を参照して説明する。なお、本発明において、図面は、本発明の技術思想を説明するためのものであり、各構成部材及び部材間の寸法上のバランスや、構成要素等が図面に表わされたものに限定されることはない。 Hereinafter, a method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the drawings are for explaining the technical idea of the present invention, and are limited to those in which the dimensional balance between each component and the members, the components, and the like are represented in the drawings. There is nothing.
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法について、先ず(1)の予備引出し工程について説明する。
先ず、図1に製造工程を略示するように所定の撚り数を有する長繊維強化用繊維束Fを所要本数クリール1より引き出し、強化用繊維束に該張力調整手段TCを介して、未昇温の予熱装置PH内に通し、さらに、溶融押出機Eに装着されるガイド芯金、サヤ芯、押出ノズルの孔部から強化用繊維束群を引出し、冷却水を満たしていない冷却水槽3を経てキャタピラー式等の引取装置4によりキャタピラー間で挟持して引取可能とする予備引出し工程(1)の作業を行う。
なお、強化用繊維束をガイド芯金20に通すのは次のような手順で行えばよい。
図7(A)、(B)に部分断面図として示すガイド芯金20に装着される図5又は図6に示す分離ガイド201a、201b、収束ガイド202a、202bの所定の孔に強化用繊維束Fを通し、半割り状のガイド芯金20の前記各ガイドの保持用溝204、205にてセットし、保持相方の半割り状のガイド芯金と組み合わせて、円筒状のガイド芯金20に組み立てる。次いで、表面に所要本数の露出繊維束を有する線状物を製造する場合(実施態様2)について図9(B)として例示しているように、強化用繊維束Fが所定の孔通されたガイド芯金20を溶融押出機のクロスヘッドダイ部22に嵌装されたサヤ芯21に固定し、押出ノズル23の孔部先端から強化用繊維束群を引出し、前述の如く引取装置4まで強化用繊維束群を導く。
Regarding the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention, first, the preliminary drawing step (1) will be described.
First, as shown substantially in FIG. 1, a long fiber reinforcing fiber bundle F having a predetermined number of twists is pulled out from the required number of
The reinforcing fiber bundle may be passed through the
Reinforcing fiber bundles in predetermined holes of the separation guides 201a and 201b and the convergence guides 202a and 202b shown in FIGS. 5 or 6 attached to the
次に本発明の製造方法において、(2)の押出被覆工程は、引取装置4を駆動して、長繊維強化用繊維束群を所定速度で引取りながら、強化用繊維束Fに張力調整手段TCを介して1本当り所定の張力を負荷し、予熱装置PHを昇温して強化用繊維束を加熱しつつ溶融押出機Eを駆動して、クロスヘッドダイ2に熱可塑性樹脂を供給して、図9(C)に例示するようにガイド芯金20の溶融樹脂含浸部203及びダイ内において分離状の各強化用繊維束Fと溶融した熱可塑性樹脂を接触させて、各強化用繊維束に熱可塑性樹脂を部分的に含浸させ、引き続き収束ガイド202a又は202bを経て、所定の断面形状の押出ノズル23を備えるクロスヘッドダイ2にて加圧下に長繊維強化用繊維束群を線状物として押出被覆する工程である。
前記(2)の押出被覆工程の後、引続いて(3)押出被覆された線状物を冷却固化し、引取る工程、を経て、長繊維強化熱可塑性樹脂線状物が製造される。
また、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法は、前記線状物を押出被覆する工程において、該予熱装置内での強化用繊維束の加熱は、溶融した熱可塑性樹脂の温度Tmに対して、強化用繊維束の表面温度がTm〜Tm−200℃に達する範囲とすることを特徴とする。
以下、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法について、更に詳しく説明する。
Next, in the manufacturing method of the present invention, in the extrusion coating step (2), the take-up device 4 is driven to take up the long fiber reinforcing fiber bundle group at a predetermined speed, and the tension adjusting means is applied to the reinforcing fiber bundle F. A predetermined tension is applied to each one through the TC, the temperature of the preheating device PH is raised to heat the reinforcing fiber bundle, and the melt extruder E is driven to supply the thermoplastic resin to the crosshead die 2. As illustrated in FIG. 9C, the separated reinforcing fiber bundles F and the molten thermoplastic resin are brought into contact with each of the reinforcing fibers in the molten resin impregnated
After the extrusion-coating step of (2), the long-fiber reinforced thermoplastic resin linear product is produced through the steps of (3) cooling and solidifying the extrusion-coated linear material and taking it back.
Further, in the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention, in the step of extruding and coating the linear product, heating of the reinforcing fiber bundle in the preheating device is performed on the molten thermoplastic resin. It is characterized in that the surface temperature of the reinforcing fiber bundle reaches Tm to Tm-200 ° C. with respect to the temperature Tm.
Hereinafter, the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention will be described in more detail.
<長繊維強化用繊維束の撚り数、繊維構成>
本発明に用いられる長繊維強化用繊維束は所定の撚り数を有する必要がある。これは強化用維束の所要本数を線状物の表面に露出させる場合においては、撚りが無いと、繊維束の中の繊維単糸がその周囲のマトリックス樹脂に全く接着していない部分は脱落する。即ち、撚りがあること、すなわち、繊維束が長手方向に所定の螺旋ピッチで撚回していることによって、露出をさせようとしている所定の位置におけるマトリックス樹脂の溝部の底部、周壁部などのいずれかの部位で、撚回している単繊維がマトリックス樹脂側へ食い込んで、いわゆるアンカー接着する確率が高い。すなわち、繊維の単糸が最表面に出現したり、マトリックス樹脂側に食い込んだりすることを繰り返えすことで、脱落しない構造になっている。強化繊維束の撚り数は1m当たり2回〜500回の甘撚りであることが好ましく、これ以上の強い撚りがあると繊維束の表面付近へのマトリックス樹脂のなじみや埋まり込みが悪くなり、表面に露出させた強化繊維束の脱落が起きやすくなり、線状物としての機能も低下する。全く撚りのない強化繊維束を使うこともできるが、この際は、撚りをかけて給糸することで、2回/m以上の撚りを生み出して引出すようにすればよい。なお、該線状物を短くカットして使う場合は、その長さ以下の撚りが必要である、例えば、200mmにカットして使う場合は200mm以内に1回、好ましくは3回以上の撚りを要す。強化用繊維に用いられる市販の強化用繊維束においては、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維が50回/m、ガラスヤーンが40回/m、の撚りが施されており、アラミド繊維は0回/mで無撚りである。
また、強化用繊維束は、構成する繊維の単繊維繊度が1.5dtex〜30dtexの繊維を80f〜150f集束し、かつ、前記の2回〜500回/mの撚りを有するマルチフィラメントを用いることが、クリールからの引出し時にケバが発生したり、マトリックス樹脂の未含浸率の調整がし難い等の問題の発生がなく、適度の補強効果を発現させ得る観点から好ましい。
<Number of twists and fiber composition of fiber bundles for reinforcing long fibers>
The long fiber reinforcing fiber bundle used in the present invention needs to have a predetermined number of twists. This is because when the required number of reinforcing bundles is exposed on the surface of a linear object, if there is no twist, the part of the fiber bundle in which the single fiber yarn is not adhered to the surrounding matrix resin will fall off. To do. That is, there is a twist, that is, the fiber bundle is twisted at a predetermined spiral pitch in the longitudinal direction, so that the bottom portion, the peripheral wall portion, or the like of the groove portion of the matrix resin at a predetermined position to be exposed is used. At this site, there is a high probability that the twisted single fiber will bite into the matrix resin side and so-called anchor adhesion will occur. That is, the structure is such that the single yarn of the fiber does not fall off by repeatedly appearing on the outermost surface and biting into the matrix resin side. The number of twists of the reinforcing fiber bundle is preferably 2 to 500 times per meter, and if there is a stronger twist than this, the matrix resin will not be well-adapted or embedded near the surface of the fiber bundle, and the surface will be poorly twisted. The reinforcing fiber bundles exposed to the surface are likely to fall off, and the function as a linear object is also reduced. It is possible to use a reinforcing fiber bundle that has no twist at all, but in this case, it is sufficient to twist and feed the yarn to generate a twist of 2 times / m or more and pull it out. When the linear object is cut into short pieces and used, twisting of the length or less is required. For example, when the linear object is cut into 200 mm and used, twisting is performed once within 200 mm, preferably three times or more. I need it. In the commercially available reinforcing fiber bundle used for the reinforcing fiber, polyethylene terephthalate (PET) fiber is twisted 50 times / m, glass yarn is twisted 40 times / m, and aramid fiber is 0 times / m. It is untwisted.
Further, as the reinforcing fiber bundle, a multifilament in which fibers having a single fiber fineness of 1.5 dtex to 30 dtex are focused by 80 f to 150 f and having a twist of 2 to 500 times / m is used. However, it is preferable from the viewpoint that an appropriate reinforcing effect can be exhibited without causing problems such as fluffing during drawing from the creel and difficulty in adjusting the unimpregnated rate of the matrix resin.
<長繊維強化用繊維束の張力調整手段>
上記の(2)押出被覆する工程において、強化用繊維束の走行時の張力を一定にするための張力調整手段として用いられる張力調整装置は、強化用繊維束に一定の張力を負荷できるものであれば、特に限定されない。クリールからの引出し時に余りスペースを要しない簡易なタイプであってよく、例えば、図2に示すように、軸心Jを有する2枚の平板D間に挟まれるように繊維束を通し、上部の平板の上面に錘Wを負荷することによって張力を調整する装置(載荷タイプテンサー)や、図3に示すように円板に2本の円柱ガイドGBを立設し、2本の円柱ガイドGBと繊維束Fとの接触角度θを変更することによって、張力を変更できるいわゆる「しごきタイプガイドバーテンサー」も簡易に用いることができる。また、これらの組み合わせて用いてもよい。
(2)の押出被覆する工程において、強化用繊維束への張力は、1本当り5〜100gであり、5〜95gがより好ましく、10〜50gが特に好ましい。張力が5g未満であると製造工程において強化用繊維束を構成する単繊維間でたるみを生じ、ガイド類の入口でもつれたり、最悪には切断したりして、連続生産が阻害される。また、100gを超えるとガイド芯金の溶融樹脂含浸部203やダイ内において、溶融した熱可塑性樹脂が強化用繊維束へ含浸し難く、繊維による補強効果の低い長繊維強化熱可塑性樹脂線状物となり、また、表面露出タイプの線状物を目的とする場合において、線状物の表面に繊維束が露出しないので、インサート成形等において、発泡体との係止力が発現しない等の問題が生じる。
<Tension adjusting means for fiber bundles for strengthening long fibers>
In the above-mentioned step (2) extrusion coating, the tension adjusting device used as a tension adjusting means for making the tension of the reinforcing fiber bundle constant during traveling is capable of applying a constant tension to the reinforcing fiber bundle. If there is, there is no particular limitation. It may be a simple type that does not require much space when pulled out from the reel. For example, as shown in FIG. 2, a fiber bundle is passed so as to be sandwiched between two flat plates D having an axial center J, and the upper part is upper. A device (loading type tensor) that adjusts tension by loading a weight W on the upper surface of a flat plate, and two cylindrical guide GBs are erected on a disk as shown in FIG. A so-called "ironing type guide bar tencer" that can change the tension by changing the contact angle θ with the fiber bundle F can also be easily used. Moreover, you may use these in combination.
In the step of extrusion coating (2), the tension on the reinforcing fiber bundle is 5 to 100 g per fiber bundle, more preferably 5 to 95 g, and particularly preferably 10 to 50 g. If the tension is less than 5 g, slack is generated between the single fibers constituting the reinforcing fiber bundle in the manufacturing process, and the continuous production is hindered by entanglement at the inlet of the guides or, in the worst case, cutting. Further, if it exceeds 100 g, it is difficult for the molten thermoplastic resin to impregnate the reinforcing fiber bundle in the molten resin impregnated
<強化用繊維束の予熱>
本発明の製造方法においては、(2)の線状物を押出被覆する工程において、予熱装置内での強化用繊維束の加熱は、溶融した熱可塑性樹脂の温度Tmに対して、強化用繊維束の表面温度がTm〜Tm−200℃に達する範囲とすることを要する。用いられる予熱装置PHとしては、温度制御の容易性、安全性等から電気的な装置が望ましく、予備引出し工程での、強化用繊維束のガイド芯金の分離ガイドへの案内作業、収束ガイドの所定孔への線状物内部埋設用繊維束及び露出用繊維束の区分け作業等の関係から、下半、上半に開放できる構造であることが好ましい。加熱方式としては、熱風、遠赤外線ヒーター等いずれであってもよい。熱風式を用いる場合は、熱風の向きを、強化用繊維束の走行方向に順行させることが、繊維束の乱れが生じ難い観点から好ましい。
<Preheating of fiber bundle for reinforcement>
In the production method of the present invention, in the step of extrusion-coating the linear material of (2), heating of the reinforcing fiber bundle in the preheating device is performed with respect to the temperature Tm of the molten thermoplastic resin. The surface temperature of the bundle needs to be in the range of Tm to Tm-200 ° C. As the preheating device PH used, an electric device is desirable from the viewpoint of ease of temperature control, safety, etc., and in the preliminary drawing process, the guide work of the guide core metal of the reinforcing fiber bundle to the separation guide and the convergence guide A structure that can be opened to the lower half and the upper half is preferable from the viewpoint of separating the fiber bundle for burying the inside of the linear object and the fiber bundle for exposure in the predetermined holes. The heating method may be either hot air, a far-infrared heater, or the like. When the hot air type is used, it is preferable to direct the direction of the hot air in the traveling direction of the reinforcing fiber bundle from the viewpoint that the fiber bundle is less likely to be disturbed.
工程(2)すなわち、長繊維強化用繊維束群を線状物として押出被覆する工程においては、該予熱装置内での強化用繊維束の加熱は、溶融した熱可塑性樹脂の温度Tmに対して、強化用繊維束の表面温度がTm〜Tm−200℃に達する範囲とすることにより、強化用繊維束とマトリックス用の熱可塑性樹脂との接触時に、各強化用繊維束に熱可塑性樹脂を部分的に含浸させることが可能となり、得られる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物に所定の特性を備えさせることができる。すなわち、図9により説明するならば、強化用繊維束Fがガイド芯金20の溶融樹脂含浸部203を走行する時点において、強化用繊維束Fの表面温度が、Tm〜Tm−200℃に達する範囲とする必要がある。例えば、強化用繊維束Fの表面温度が常温でガイド芯金20に給糸するとマトリックス樹脂とのなじみが悪いだけでなく、繊維束F周辺のマトリックス樹脂の温度も下げることになり、マトリックス樹脂の溶融粘度が高くなることで繊維切れなどのトラブルが発生し継続生産が不能となる場合がある。一度繊維切れが発生すると、クロスヘッド2内の樹脂溜まりを完全に掃除してから、繊維束Fを通しなおす必要があり、原材料と作業工数のロスが大きい。
なお、前記マトリックス樹脂が該強化用繊維の融点又は軟化点よりも20℃以上低い融点を有する熱可塑性樹脂を用いれば、マトリックス樹脂の溶融温度Tmに近い温度を、強化用繊維束の予熱としてかけることは問題がない。強化用繊維束の適切な表面温度(予熱)は、用いる強化用繊維やマトリックス樹脂によって変化するが、強化用繊維束の表面温度がクロスヘッド内の樹脂溜まり中のマトリックス樹脂の温度Tmに対して、Tm+0℃〜Tm−50℃以内であることが、得られる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の物性および連続安定生産性の観点から特に好ましい。
In the step (2), that is, in the step of extruding and coating the long fiber reinforcing fiber bundle group as a linear object, the heating of the reinforcing fiber bundle in the preheating device is performed with respect to the temperature Tm of the molten thermoplastic resin. By setting the surface temperature of the reinforcing fiber bundle to reach Tm to Tm-200 ° C., the thermoplastic resin is partially applied to each reinforcing fiber bundle at the time of contact between the reinforcing fiber bundle and the thermoplastic resin for the matrix. It is possible to impregnate the obtained long fiber reinforced thermoplastic resin linear product with predetermined characteristics. That is, as described with reference to FIG. 9, the surface temperature of the reinforcing fiber bundle F reaches Tm to Tm-200 ° C. at the time when the reinforcing fiber bundle F travels on the molten resin impregnated
If the matrix resin uses a thermoplastic resin having a melting point lower than the melting point or softening point of the reinforcing fiber by 20 ° C. or more, a temperature close to the melting temperature Tm of the matrix resin is applied as the preheating of the reinforcing fiber bundle. That's fine. The appropriate surface temperature (preheating) of the reinforcing fiber bundle varies depending on the reinforcing fiber and the matrix resin used, but the surface temperature of the reinforcing fiber bundle is relative to the temperature Tm of the matrix resin in the resin pool in the crosshead. , Tm + 0 ° C. to Tm-50 ° C. is particularly preferable from the viewpoint of physical properties and continuous stable productivity of the obtained long fiber reinforced thermoplastic resin linear product.
<押出被覆工程の押出ノズル孔径とサヤ芯の先端開口部の孔径の関係>
本発明の製造方法の(2)押出被覆工程においては、図8に示す押出ノズル23の吐出孔部Aは、ランドLが2mm以上であり、孔径をAとするとき、吐出側に向かって、押出ノズルの上底が円錐台状にくり抜かれており、該押出ノズル23の厚み方向断面において該円錐台傾斜線232と吐出孔部壁面線231とが交わる角度θが90°を超え、相対向するサヤ芯の先端の開口の孔径Bが、該吐出部孔径Aに対して105〜360%大である関係にあるサヤ芯21を備えたクロスヘッドダイ2により、溶融した熱可塑性樹脂により押出被覆される。
図8により説明すると、押出ノズル23はランドLが2mm以上であれば、押出ノズル23の部分に高い圧力がかかるために線状物(製品)に空隙ができにくくなること、溶融熱可塑性樹脂がダイ内ガイド芯金の溶融樹脂接触部203に流れ込みやすくなること、及び線状物の外径の制御がしやすい点で好ましい。また、前記角度θが90°を超えれば、強化用繊維Fの進行方向と逆進行方向とのマトリックス樹脂の流動方向を制御できる点で好ましい。
サヤ芯21の先端の開口の孔径Bは、押出ノズルの孔径Aとの関係において口径の比(B/A)が105〜360%である。B/Aが105%以上であることでマトリックス樹脂がダイ内のガイド芯金の溶融樹脂接触部203に流れ込みやすくなり、360%以下とすることで、ガイド芯金に流れる溶融熱可塑性樹脂量と押出ノズルから吐出される溶融熱可塑性樹脂量のバランスを取ることができる点で好ましい。
<Relationship between the extrusion nozzle hole diameter in the extrusion coating process and the hole diameter at the tip opening of the sheath core>
In the (2) extrusion coating step of the manufacturing method of the present invention, when the land L of the ejection hole portion A of the
Explaining with reference to FIG. 8, if the land L of the
The hole diameter B of the opening at the tip of the
<ガイド芯金の収束ガイド>
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物において、収束ガイドは、以下の(a)要件、又は(a)及び(b)の2要件を満足することが好ましい。
(a)収束ガイドの中央部透孔の孔径Dcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dp対して50〜100%である。
(b)収束ガイドの放射状扇形透孔を形成する扇形下辺半径の2倍を扇形下辺直径Dfcとして、該扇形下辺直径Dfcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dpに対して105〜360%である。
先ず、(a)の要件は、図5及び図6の(C)に示すように、ガイド芯金20の収束ガイドの中央部透孔202Ca又は202Cbは、線状物の内部に配置される強化用繊維束がまとめて挿通される孔であり、該強化用繊維束を線状物の内部に配置するという観点から、孔径Dcを得ようとする長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dpの50〜100%とすることが好ましく、この範囲であれば、この中央部透孔202Ca、202Cbで収束された強化用繊維束が表面に露出することがなく、線状物の補強効果を発現できる。
一方、(b)の要件は、図6(B)、(C)に示すように線状物の表面に露出されるべき強化用繊維束の本数に応じて放射状扇形透孔208bを形成するが、当該放射状扇形透孔208bの扇形下辺半径の2倍を扇形下辺直径Dfcとして、該扇形下辺直径Dfcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dpに対して105〜360%とすることが好ましく、この範囲であれば、線状物の外周に所定本数の強化用繊維束を露出させることができる。
また、放射状扇形透孔208bの扇形下辺は、中央透孔の中心に対して同心の曲率となっており、強化用繊維束に負荷される張力等によって、所要の本数の露出すべき各強化用繊維束が、扇形下辺のほぼ中央部に移動し、線状物の外周にほぼ均等に配置することができる。
<Convergence guide of guide core metal>
In the long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention, the convergence guide preferably satisfies the following requirements (a) or two requirements (a) and (b).
(A) The hole diameter Dc of the central through hole of the convergence guide is 50 to 100% with respect to the outer diameter Dp of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material.
(B) Twice the radius of the fan-shaped lower side that forms the radial fan-shaped through hole of the convergence guide is defined as the fan-shaped lower side diameter Dfc, and the fan-shaped lower side diameter Dfc is 105 to 105 with respect to the outer diameter Dp of the long fiber reinforced thermoplastic resin wire. It is 360%.
First, the requirement of (a) is that, as shown in (C) of FIGS. 5 and 6, the central through hole 202Ca or 202Cb of the convergence guide of the
On the other hand, the requirement (b) is to form radial fan-shaped through
Furthermore, fan-shaped under side of the
なお、本発明の製造方法では、クリール1から引き出された各強化用繊維束Fは、ガイド芯金20において、前記の収束ガイドの所定の中央部透孔202Cに強化用繊維束Fを案内(挿通)する以前に、図5(A)及び6(A)に示す分離ガイド201a、201bの所定の孔に挿通される。図6(A)の分離ガイド201bの最外周に配置された孔には、露出すべき強化用繊維束が案内(挿通)される。
In the manufacturing method of the present invention, each reinforcing fiber bundle F drawn out from the
本発明においては、所要本数の強化用繊維束を表面に露出させてなる線状物とすることができる。
すなわち、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂と、長繊維状強化用繊維束とからなる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物において、強化用繊維束は、長手方向に直交する断面において、マトリックス樹脂が含浸していない未含浸部を有し、かつ、強化用繊維束の一部の繊維が線状物の表面に、例えば6箇所以上12箇所以下のそれぞれ別個の位置に露出して、線状物の長手方向に連続してなる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物とすることができる。
線状物の断面において、表面に露出している強化用繊維束の繊維露出箇所のそれぞれの長さlが0.3mm〜0.7mmの範囲であることが車両シート用の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物とする場合においては好ましい。
強化用繊維束を所要本数線状物の表面に露出させることによって、例えば、椅子のクッション等の表皮材を取付ける部材として用いる場合に、インサート成形される際に線状物の露出部分の長繊維強化用繊維束の単繊維と発泡剤がアンカー接着して、椅子部材としての機能を発現できる。
In the present invention, a required number of reinforcing fiber bundles can be exposed on the surface to form a linear product.
That is, in a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a matrix resin which is a thermoplastic resin and a long fiber reinforced fiber bundle, the reinforcing fiber bundle is impregnated with the matrix resin in a cross section orthogonal to the longitudinal direction. It has an unimpregnated portion that is not impregnated, and some fibers of the reinforcing fiber bundle are exposed on the surface of the linear object, for example, at 6 or more and 12 or less separate positions, and the linear object is exposed. It can be a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product that is continuous in the longitudinal direction.
In the cross section of a linear object, the length l of each exposed fiber bundle of the reinforcing fiber bundle exposed on the surface is in the range of 0.3 mm to 0.7 mm. It is preferable when it is made of a resin linear material.
By exposing the required number of reinforcing fiber bundles to the surface of the linear object, for example, when it is used as a member for attaching a skin material such as a chair cushion, the long fibers of the exposed portion of the linear object during insert molding. The single fiber of the reinforcing fiber bundle and the foaming agent can be anchored and adhere to each other to exhibit the function as a chair member.
特に、車両シート用の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物においては、線状物の断面における前記繊維露出箇所の長さの総和に対する、線状物の見なし外径から計算される外周の長さの比として算出される繊維露出率が20〜60%であることがより好ましい。
繊維の露出率は露出本数、露出率共に、当該線状物の用途において要求される、インサート成形後の当該成形品の物性等に応じて適宜決定される。
In particular, in the case of a long fiber reinforced thermoplastic resin linear material for a vehicle seat, the outer peripheral length calculated from the deemed outer diameter of the linear object with respect to the total length of the exposed fibers in the cross section of the linear object. The fiber exposure rate calculated as the ratio of 20 to 60% is more preferable.
Both the number of exposed fibers and the exposure rate of the fibers are appropriately determined according to the physical characteristics of the molded product after insert molding, which are required in the use of the linear product.
(長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の繊維露出箇所数及び繊維露出率の算出)
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法において、繊維露出箇所数および繊維露出率は以下の手順で求める。
(i)長繊維強化熱可塑性樹脂線状物を長手方向に直交する方向で長さ1cm程度に切断し、切断面が上になるように、デジタルマイクロスコープ(キーエンス製、製品名:VHX‐5000)の台上に粘土等で固定する。
(ii)倍率30倍として、反射光でサンプルを観察し、長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の表面に露出している繊維束の数を数える。(=繊維露出箇所数)
(iii)デジタルマイクロスコープに内蔵されている距離算出機能を用いて、表面の繊維露出箇所(マトリックス樹脂に覆われていない部分)の長さを一つずつ算出する。(=1箇所の繊維露出長さ)
(iv)繊維露出箇所長さの合計を求め、外径から求めた長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の円周長さより、下記の式により繊維露出率を算出する。
繊維露出率(%)=〔(繊維露出箇所長さ合計)/(円周長さ)〕×100
なお、長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の円周長さは、長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の見なし外径から計算される。該見なし外径は、上記(ii)の観察において、長繊維強化熱可塑性樹脂線状物のマトリックス樹脂(熱可塑性樹脂)を外表面とする部分の最大径と最小径からその平均を算出して、これを見なし外径Daとする。
(Calculation of the number of fiber exposed points and fiber exposure rate of long fiber reinforced thermoplastic resin linear material)
In the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention, the number of exposed fibers and the fiber exposure rate are determined by the following procedure.
(I) A digital microscope (manufactured by KEYENCE, product name: VHX-5000) that cuts a long fiber reinforced thermoplastic resin linear object to a length of about 1 cm in a direction orthogonal to the longitudinal direction so that the cut surface faces up. ) Is fixed on the table with clay or the like.
(Ii) At a magnification of 30 times, observe the sample with reflected light and count the number of fiber bundles exposed on the surface of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material. (= Number of exposed fibers)
(iii) Using the distance calculation function built into the digital microscope, the lengths of the exposed fiber parts (parts not covered by the matrix resin) on the surface are calculated one by one. (= Fiber exposure length at one location)
(Iv) Obtain the total length of the exposed fiber parts, and calculate the fiber exposure rate from the circumference length of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material obtained from the outer diameter by the following formula.
Fiber exposure rate (%) = [(total length of exposed fiber) / (circumferential length)] x 100
The circumferential length of the long fiber reinforced thermoplastic resin wire is calculated from the deemed outer diameter of the long fiber reinforced thermoplastic resin wire. In the observation of (ii) above, the deemed outer diameter is averaged from the maximum and minimum diameters of the portion of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear matrix resin (thermoplastic resin) as the outer surface. , Let this be the outer diameter Da without seeing it.
以下に、本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法に用いられる強化用繊維束について説明する。
(強化用繊維束)
本発明の繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造に用いられる強化用繊維(束)としては、特に限定されないが、ガラス繊維、炭素繊維等の融点のない無機繊維や、各種の熱可塑性樹脂からなる長繊維(フィラメント)状の強化用繊維が挙げられる。
熱可塑性樹脂からなる強化用繊維束としては、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリナフチレンフタレート繊維、ポリトレメチレンテレフタレート繊維、ポリアクリロニトリル繊維、脂肪族ポリアミド繊維から選ばれる一種又は複数種の併用或いは混繊維が有利に選択できる。
熱可塑性樹脂繊維の融点(Tfm)は、前記のように、マトリックス樹脂の融点(Tmx)より高い必要がある。低いと押出ダイ内部で繊維が溶融して、切れてしまう恐れがある。これらの融点差 Tfm −Tmx は、概ね20℃以上であることが好ましい。
Hereinafter, the reinforcing fiber bundle used in the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention will be described.
(Strengthening fiber bundle)
The reinforcing fiber (bundle) used for producing the fiber-reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention is not particularly limited, but is derived from inorganic fibers having no melting point such as glass fiber and carbon fiber, and various thermoplastic resins. Examples thereof include long fiber (filament) -like reinforcing fibers.
As the reinforcing fiber bundle made of a thermoplastic resin, one or a plurality of kinds selected from polyethylene terephthalate fiber, polybutylene terephthalate fiber, polynaphthylene phthalate fiber, polytremethylene terephthalate fiber, polyacrylonitrile fiber, and aliphatic polyamide fiber may be used in combination. Alternatively, mixed fibers can be advantageously selected.
The melting point (Tfm) of the thermoplastic resin fiber needs to be higher than the melting point (Tmx) of the matrix resin as described above. If it is too low, the fibers may melt inside the extrusion die and break. The melting point difference Tfm-Tmx is preferably about 20 ° C. or higher.
本発明に用いられる熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂は、特に限定されないが、強化用繊維束に用いる熱可塑性繊維の融点又は軟化点よりも低い融点を有する熱可塑性樹脂から選択される。より具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン等のポリオレフィンや、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)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリエチレンナフタレート(PENp)、液晶ポリエステル等のポリエステル系樹脂や、ポリスチレン(PS)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンABS)、アクリロニトリル−アクリル−スチレン(AAS)、アクリロニトリル・エチレンプロピレンゴム・スチレン(AES)等のスチレン系樹脂、ウレタン樹脂、ポリオキシメチレン(POM)、ポリアミド(PA)、ポリカーボネート(PC)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリフェニレンエーテル(PPE)、変性PPE、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルホン(PSU)、変性PSU、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリケトン(PK)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)、ポリアリレート(PAR)、ポリエーテルニトリル(PEN)、フェノール系樹脂およびフェノキシ樹脂が挙げられる。また、マトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂は、上記の樹脂の共重合体や変性体および/または2種類以上ブレンドした樹脂などであってもよい。
これらの中でも成形性および軽量性の観点から、該強化用繊維の融点又は軟化点よりも20℃以上低い融点を有するポリオレフィン系樹脂が好ましく、例えば、ポリプロピレン樹脂が特に好ましい。
The matrix resin, which is the thermoplastic resin used in the present invention, is not particularly limited, but is selected from the thermoplastic resins having a melting point lower than the melting point or the softening point of the thermoplastic fiber used for the reinforcing fiber bundle. More specifically, polyolefins such as polypropylene, polyethylene and polybutylene, and polyesters such as polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polytrimethylene terephthalate (PTT), polyethylene naphthalate (PENp) and liquid crystal polyester. Resins, styrene resins such as polystyrene (PS), acrylonitrile-butadiene-styrene ABS), acrylonitrile-acrylic-styrene (AAS), acrylonitrile, ethylene propylene rubber, styrene (AES), urethane resins, polyoxymethylene (POM). , Polyamide (PA), Polycarbonate (PC), Polymethylmethacrylate (PMMA), Polyvinyl chloride (PVC), Polyphenylene sulfide (PPS), Polyphenylene ether (PPE), Modified PPE, Polyimide (PI), Polyamideimide (PAI) , Polyetherimide (PEI), Polysulfone (PSU), Modified PSU, Polyethersulfone (PES), Polyketone (PK), Polyetherketone (PEK), Polyetheretherketone (PEEK), Polyetherketoneketone (PEKK) , Polyarylate (PAR), polyethernitrile (PEN), phenolic resins and phenoxy resins. Further, the thermoplastic resin as the matrix resin may be a copolymer or modified product of the above resin and / or a resin in which two or more kinds are blended.
Among these, from the viewpoint of moldability and light weight, a polyolefin resin having a melting point lower than the melting point or softening point of the reinforcing fiber by 20 ° C. or more is preferable, and for example, a polypropylene resin is particularly preferable.
また、本発明に用いられる熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂は、強化用繊維束への含浸性の観点から、メルトフローレート(MFR)(230℃、21.18N荷重)が20〜100 g/10minの範囲であることが好ましい。
MFRが20 g/10min以上であれば、強化用繊維束への含浸が可能で、強化用繊維束同士が一つに纏まる傾向も少なく、強化用繊維束による補強効果が発現される。また、MFRが100 g/10min以下であれば、樹脂の物性の低下も少なく、FRTP線状物の曲げ加工等に際して、折れ易くなることもない。
マトリックス樹脂として用いられる熱可塑性樹脂には、必要に応じて、タルク等の無機充填材、難燃剤、導電性付与剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、着色剤、顔料、染料等を配合してもよい。
Further, the matrix resin, which is a thermoplastic resin used in the present invention, has a melt flow rate (MFR) (230 ° C., 21.18 N load) of 20 to 100 g / 10 min from the viewpoint of impregnation property into the reinforcing fiber bundle. It is preferably in the range of.
When the MFR is 20 g / 10 min or more, the reinforcing fiber bundle can be impregnated, the reinforcing fiber bundles are less likely to be bundled together, and the reinforcing effect of the reinforcing fiber bundle is exhibited. Further, when the MFR is 100 g / 10 min or less, the physical properties of the resin are less likely to deteriorate, and the FRTP linear material is not easily broken during bending or the like.
Thermoplastic resins used as matrix resins include inorganic fillers such as talc, flame retardants, conductivity-imparting agents, UV absorbers, antioxidants, heat stabilizers, antistatic agents, colorants, as required. Pigments, dyes and the like may be blended.
<長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の断面形状等>
本発明の製造方法で得られる線状物の断面形状としては、真円とは限らず、楕円、凹凸のある形など様々な形をとりうる。
また、線状物の断面における、繊維束の断面形状においても、真円とは限らず、楕円、多角形などをとり得る。
さらに、線状物の断面における、強化用繊維束(島)の分布は均一とは限らないが、線状物断面の中心を基準になるべく点対称であることが好ましい。断面における繊維束分布に極端な偏りがあると、線状物を曲げる向きによって曲がりやすさが変わり、扱いづらくなるだけでなく、特定の方向に折れやすくなる恐れがある。
また、強化用繊維束により形成される島同士は必ずしもマトリックス樹脂によって明確に分かれているとは限らず、隣どうしが部分的に接触していても構わない。
強化用繊維束(島)の数は3以上50以下である必要がある。これより少ないと曲げた際に折れやすくなってしまい、これより多いと熱賦形性が下がってしまう。
強化用繊維束(島)の大きさは均一とは限らず、最大の島面積が最小の島面積の5倍程度あってもよい。すなわち、強化用繊維束の繊度が異なるもの、強化用繊維束の種類が異なるものを使用してもよい。
<Cross-sectional shape of long fiber reinforced thermoplastic resin linear material, etc.>
The cross-sectional shape of the linear object obtained by the production method of the present invention is not limited to a perfect circle, and may take various shapes such as an ellipse and an uneven shape.
Further, the cross-sectional shape of the fiber bundle in the cross section of the linear object is not limited to a perfect circle, but may be an ellipse, a polygon, or the like.
Further, although the distribution of the reinforcing fiber bundles (islands) in the cross section of the linear object is not always uniform, it is preferable that the distribution is point-symmetrical as much as possible with respect to the center of the cross section of the linear object. If the fiber bundle distribution in the cross section is extremely biased, the bendability changes depending on the bending direction of the linear object, which not only makes it difficult to handle, but may also make it easy to break in a specific direction.
Further, the islands formed by the reinforcing fiber bundles are not always clearly separated by the matrix resin, and the adjacent islands may be partially in contact with each other.
The number of reinforcing fiber bundles (islands) must be 3 or more and 50 or less. If it is less than this, it will be easily broken when bent, and if it is more than this, the heat-forming property will decrease.
The size of the reinforcing fiber bundle (island) is not always uniform, and the maximum island area may be about 5 times the minimum island area. That is, those having different fineness of the reinforcing fiber bundles and those having different types of reinforcing fiber bundles may be used.
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
実施例1
(予備引出し工程)
強化用繊維束Fとして、1670dtex/144fのポリエチレンテレフタレートマルチフィラメント(東レ製、単繊維繊度11.6dtex)25本を、クリール1から引出し、未昇温の予熱装置内を経て、図5に示す円形の金属プレートに直径1mmの25個の孔があけられた分離ガイド201aの一個の孔に1本ずつ通し、続いて25本の繊維全てを、円形の金属プレートに直径2.5mmの孔が1個中央にあけられた収束ガイド202Caに通し、線状物の表面に露出する強化用繊維束を有しない、長手方向断面が海島型の線状物となるように強化用繊維束を収束ガイド202aに配置した。
次いで、図7に示す強化用繊維束Fを通した分離ガイド201a及び収束ガイド202aを、クロスヘッドダイ内部に取り付けるための半割り状の一方のガイド芯金20の溝204、205に嵌め、相対する他方の半割り状のガイド芯金と重ね合わせて円筒状のガイド芯金20とし、収束ガイド202aに通した強化用繊維束群をダイス先端に取着された直径3.2mmの円形押出ノズル23に通した上で、ガイド芯金(ガイドホルダー)20をクロスヘッドダイ本体2の後方へ取り付けた。
Example 1
(Preliminary drawer process)
As the reinforcing fiber bundle F, 25 polyethylene terephthalate multifilaments (manufactured by Toray Industries, Ltd., single fiber fineness 11.6 dtex) of 1670 dtex / 144 f are drawn out from the
Next, the
(強化用繊維束の引出し張力)
強化用繊維束であるマルチフラメントは紙管に巻いた状態で繰り出しスタンドに取り付けられており、図2に示す張力調整手段TCとして載荷タイプテンサーTC1を介して引き出した。この張力調整手段TC1により、各強化用繊維束の張力(テンション)は全て20g/本になるように調整した。
(Pull-out tension of reinforcing fiber bundle)
The multi-flament, which is a bundle of reinforcing fibers, was attached to a feeding stand in a state of being wound around a paper tube, and was pulled out via a load type tensor TC1 as a tension adjusting means TC shown in FIG. The tension of each reinforcing fiber bundle was adjusted to 20 g / piece by the tension adjusting means TC1.
(長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造)
押出ノズル23を通した強化用繊維束群を、冷却水槽3を通した上で、ベルト式引取装置4を用いて3m/minの速度で引取りながら、予熱装置PHを200℃に昇温しつつ溶融押出機を起動し、押出温度220℃で溶融したのちポリプロピレン樹脂(プライムポリマー製、MFR:55g/10min:230℃、21.18Nに剛性調整のためのタルク、銅害防止剤、青色を付けるためのマスターバッチをブレンドしたもので、実MFRは34.2g/10min)をダイ内部に供給した。なお、押出ノズルの吐出孔部は、ランドLが4mmであり、孔径Aが3.2mmであって、吐出側に向かって、上底Aが3.2mmの円錐台状にくり抜かれており、該押出ノズル23の厚み方向断面において該円錐台傾斜線232と吐出孔部壁面の線231とが交わる角度θが125°で、相対向するサヤ芯の先端の開口の孔径Bが、6.4mmで吐出部孔径Aに対して200%大である関係にあるサヤ芯を備えたクロスヘッドダイ2を用いた。溶融したポリプロピレン樹脂は、サヤ芯21の外周から入り、サヤ芯21の先端に達した後、一部はサヤ芯の中を通過する繊維束とともに押出ノズル方向に吐出されるが、残りは一旦サヤ芯21の先端からサヤ芯開口側に逆流し、そこで滞留しながらガイド芯金20を通った強化用繊維束Fの一部に含浸する。最後に押出ノズル23により形状を付与される。これを冷却水槽3で冷却しつつ引取ることで直径3.4mmの長繊維強化熱可塑性樹脂線状物(ロッド)を得た。得られた長繊維強化熱可塑性樹脂の断面の模式図を図10(A)に示す。得られた線状物の物性等について表1に示す。
(Manufacture of long fiber reinforced thermoplastic resin linear material)
The reinforcing fiber bundle group passed through the
実施例2
(予備引出し工程)
強化用繊維束として、1100dtex/95fのポリエチレンテレフタレート繊維(東レ製)25本を、クリールから張力調整手段TCとしてのテンサーおよび未昇温の予熱装置PHを経て、円形の金属プレートに直径1mmの25個の孔があけられた分離ガイド201b(図6(A))の1個の孔に1本ずつ通し、続いて分離ガイドの孔のうちPCDφ18mmの位置に配置された、外側の6個の孔に通した繊維束6本を、図6(B)に示す円形の金属プレートの中央に直径2.0mmの孔が1個、その周囲に放射状扇形の孔が6個あけられた収束ガイド202bの扇形の6個の孔に1本ずつ通し、分離ガイド内側の19個の孔を通した残りの繊維19本を、中央の孔202Cbに通した。分離ガイド外側の繊維を収束ガイド202bの扇形の孔208bに通す際は、繊維が直線的に通るようにし、繊維同士の交差がないようにした。なお、放射状扇形の孔の扇形下辺2021の直径Dfcは7.0mの収束ガイドを用いた。
次いで、分離ガイド201b及び収束ガイド202bを、実施例1と同じクロスヘッドダイ2の内部に取り付けるため、半割り状の一方のガイド芯金20の溝204,205に嵌め、相対する他方の半割り状のガイド芯金と重ね合わせて円筒状のガイド芯金20とし、収束ガイド202bに通した強化用繊維束群をダイス先端に取着された直径3.2mmの円形押出ノズル23に通した上で、ガイド芯金20をクロスヘッドダイ本体2の後方へ取り付けた。この時、分離ガイドの孔のうちPCDφ18mmの位置に導通された、外側の6本の繊維束は押出ノズル23の吐出孔内壁に接触する様にした。
なお、押出ノズルの吐出孔部は、ランドLが4mmであり、孔径Aが3.2mmであって、吐出側に向かって、上底が3.2mmの円錐台状にくり抜かれており、該ダイスの厚み方向断面において該円錐台傾斜線232と吐出孔部壁面線231とが交わる角度θが125°で、相対向するサヤ芯の先端の開口の孔径Bが、6.4mmで吐出部孔径Aに対して200%大である実施例1と同一のサヤ芯を備えたダイを用いた。
Example 2
(Preliminary drawer process)
As a fiber bundle for strengthening, 25 1100 dtex / 95f polyethylene terephthalate fibers (manufactured by Toray) are placed on a circular metal plate with a diameter of 1 mm 25 through a tensor as a tension adjusting means TC and a preheater PH that has not been heated. Six outer holes arranged at a position of PCD φ18 mm among the holes of the separation guide, one by one through one hole of the
Next, in order to attach the
The discharge hole portion of the extrusion nozzle has a land L of 4 mm, a hole diameter of 3.2 mm, and is hollowed out in a truncated cone shape with an upper base of 3.2 mm toward the discharge side. In the cross section in the thickness direction of the die, the angle θ at which the truncated cone
(長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の成形)
押出ノズル23を通した強化用繊維束群を、冷却水槽3を通した上で、ベルト式引取装置4を用いて5m/minの速度で引取りながら、クリールからの各強化用繊維束Fの張力調整手段として中央軸Jに2枚の円板状セラミック板を間挿したテンサーTC1に強化用繊維束Fを通し、円板に錘Wを載置することで荷重を調整して、張力測定装置(横河電子機器株式会社製、テンションメータ Tー101)により張力が10g/本になるように調整しつつ、さらに上下半割りで組み立て時に円筒状を呈し、熱風発生機(株式会社 ライスター・テクノロジーズ製、ライスター・エレクトロン)を備えた予熱装置PHにより、強化用繊維束の表面温度が押出温度220℃より20℃低温の200℃となるように設定し、溶融押出機Eを起動して、押出温度220℃で溶融したのちポリプロピレン樹脂(プライムポリマー製、MFR:55g/10min:230℃、21.18N)を図9(C)に示すように、ダイ内部(221〜223)およびガイド芯金20の溶融樹脂接触部203に供給した。押出ノズル23から出てきた長繊維強化熱可塑性樹脂線状物を、冷却水を満たした冷却水槽3で冷却しつつ引取ることで直径3.4mmの長繊維強化熱可塑性樹脂線状物101を得た。得られた長繊維強化熱可塑性樹脂線状物101の断面の模式図を図10(B)に示す。
(Molding of long fiber reinforced thermoplastic resin linear product)
After passing through the cooling water tank 3 and taking up the reinforcing fiber bundle group through the
本実施例2により得られた長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の繊維露出箇所は6箇所であった。また、繊維露出率は28%であった。引き抜き強力は18.3Nであり、繊維露出のない、または露出の少ない長繊維強化熱可塑性樹脂線状物と比べて高い結果が得られた。これらの結果をまとめて表1に示す。 The fiber exposed points of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear product obtained in Example 2 were 6 places. The fiber exposure rate was 28%. The pull-out strength was 18.3 N, and higher results were obtained as compared with the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material having no or less exposed fibers. These results are summarized in Table 1.
実施例3〜7、比較例1〜3
長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の長尺物の量産技術を確立するため、特に表面に所定本数の強化用繊維束を露出させた長繊維強化熱可塑性樹脂線状物について、生産速度を20m/minとして、安定連続生産性および露出繊維束の外観を評価した。
実施例2の製造条件において、クリールからの強化用繊維束の引出張力を3g/本〜120g/本、強化用繊維束の予熱温度を常温(20℃)〜200℃とした実施例、比較例について、安定(連続)生産性、繊維の露出度合いを観察し、以下のように評価した。
(i)連続生産性:生産長5000mを、生産速度20m/minで約4時間生産する場合を標準の連続生産として、当該生産時間における強化用繊維の繊維切れ回数により、次のように評価した。
○:4時間中繊維切れなし、△:4時間中繊維切れ1回、×:繊維切れ2回以上
(ii)繊維の露出:実施例2と同様に線状物の外周表面に6本の強化用繊維束を露出状に配置する場合において、繊維の露出度合いを評価した。
○:強化繊維束の1/3以上が露出(良好)、△:1/3以下露出、または不安定、×:繊維束の露出なし。
結果をまとめて表2に示す。
Examples 3 to 7, Comparative Examples 1 to 3
In order to establish mass production technology for long fibers of long fiber reinforced thermoplastic resin, the production rate of long fiber reinforced thermoplastic resin wire with a predetermined number of reinforcing fiber bundles exposed on the surface is 20 m. As / min, stable continuous productivity and appearance of exposed fiber bundles were evaluated.
Examples and Comparative Examples in which the pull-out tension of the reinforcing fiber bundle from the creel was 3 g / piece to 120 g / piece and the preheating temperature of the reinforcing fiber bundle was room temperature (20 ° C.) to 200 ° C. under the manufacturing conditions of Example 2. The stable (continuous) productivity and the degree of fiber exposure were observed and evaluated as follows.
(I) Continuous productivity: The case where the production length of 5000 m is produced at a production speed of 20 m / min for about 4 hours is regarded as the standard continuous production, and is evaluated as follows based on the number of fiber breaks of the reinforcing fiber in the production time. ..
◯: No fiber breakage during 4 hours, Δ: 1 fiber breakage during 4 hours, ×: 2 or more fiber breakages (ii) Fiber exposure: 6 reinforcements on the outer peripheral surface of the linear object as in Example 2. When the fiber bundles for use were arranged in an exposed state, the degree of exposure of the fibers was evaluated.
◯: 1/3 or more of the reinforcing fiber bundle is exposed (good), Δ: 1/3 or less is exposed or unstable, ×: No fiber bundle is exposed.
The results are summarized in Table 2.
表2より、クリールからの引出張力が3g、予熱温度が200℃である比較例1では、4連続生産性時間中に3回の強化用繊維束切れが発生し、繊維の露出状態は、「△」であった。引出張力を5g/本とし、予熱温度を常温(20℃)として比較例2では、比較例1同様に糸切れが4回、発生したが、繊維の露出度合いは良好であった。引出張力を5g/本とし、予熱温度を150℃(実施例3)、200℃(実施例4)では、実施例3で、4時間生産中に一回の糸切れが見られたが、露出度合いは共に良好であった。予熱温度を200℃として、引出張力を5g/本(実施例4)、10g/本(実施例5=実施例2)、50g/本(実施例6)、100g/本(実施例7)、120g/本(比較例3)では、引出張力が50g/本を超えると繊維の露出度合いが悪化する傾向が見られ、実施例6及び実施例7では「△」であった。また、連続生産性は、実施例7で1回の糸切れが発生し(「△」)、比較例3では、連続生産性、繊維の露出度合が共に「×」であった。
実施例3〜7により生産速度を大幅に向上させても、安定して連続生産でき、強化繊維束の露出度合いも良好であることが確認できた。
From Table 2, in Comparative Example 1 in which the withdrawal tension from the creel is 3 g and the preheating temperature is 200 ° C., the reinforcing fiber bundle is broken three times during the four continuous productivity times, and the exposed state of the fiber is ". It was "△". In Comparative Example 2 where the pull-out tension was 5 g / piece and the preheating temperature was room temperature (20 ° C.), thread breakage occurred four times as in Comparative Example 1, but the degree of fiber exposure was good. When the withdrawal tension was 5 g / piece and the preheating temperatures were 150 ° C. (Example 3) and 200 ° C. (Example 4), in Example 3, one thread breakage was observed during production for 4 hours, but it was exposed. The degree was good in both cases. With a preheating temperature of 200 ° C., withdrawal tensions of 5 g / piece (Example 4), 10 g / piece (Example 5 = Example 2), 50 g / piece (Example 6), 100 g / piece (Example 7), At 120 g / piece (Comparative Example 3), when the withdrawal tension exceeded 50 g / piece, the degree of exposure of the fibers tended to deteriorate, which was “Δ” in Examples 6 and 7. As for the continuous productivity, one thread breakage occurred in Example 7 (“Δ”), and in Comparative Example 3, both the continuous productivity and the degree of fiber exposure were “x”.
It was confirmed that even if the production speed was significantly improved according to Examples 3 to 7, stable continuous production was possible and the degree of exposure of the reinforcing fiber bundle was also good.
本発明の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法は、長繊維強化用繊維束への熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂の含浸度合い及び、表面露出繊維束の露出度合いを調整して、均一な物性(特性)の長繊維強化熱可塑性樹脂線状物を、再現性よく、安定して連続製造できる方法を提供でき、長手方向に曲げる賦形加工が容易なので、従来金属ワイヤを曲げ加工して使用されていた用途に代替できる非金属部材の製造方法として利用できる。
また、車両シート用長繊維強化熱可塑性樹脂線状物として利用できる、強化用繊維束が、長手方向に直交する断面において、該マトリックス樹脂が含浸していない未含浸部を有し、該強化用繊維束はそれぞれその一部が長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の表面にそれぞれ別個の束状に露出して長手方向に連続してなり、前記強化用繊維束内の、マトリックス樹脂の未含浸部に、シートパッド成形時に、シートのクッション材である軟質ポリウレタン発泡樹脂が含浸することによって長繊維強化熱可塑性樹脂線状物と発泡体との結合性が発揮できる長繊維強化熱可塑性樹脂線状物を安定的に連続生産する製造方法として利用できる。
In the method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product of the present invention, the degree of impregnation of the matrix resin, which is a thermoplastic resin, into the fiber bundle for reinforcing long fibers and the degree of exposure of the surface exposed fiber bundle are adjusted to be uniform. Since it is possible to provide a method for stably and continuously producing long fiber reinforced thermoplastic resin linear products having various physical properties (characteristics) with good reproducibility and easy shaping processing for bending in the longitudinal direction, conventional metal wires are bent. It can be used as a method for manufacturing non-metal members that can replace the applications used in Japan.
Further, the reinforcing fiber bundle that can be used as a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product for a vehicle seat has an unimpregnated portion that is not impregnated with the matrix resin in a cross section orthogonal to the longitudinal direction, and is used for the reinforcement. A part of each fiber bundle is exposed on the surface of a long fiber reinforced thermoplastic resin linear material in a separate bundle shape and becomes continuous in the longitudinal direction, and the matrix resin is not impregnated in the reinforcing fiber bundle. When the seat pad is molded, the part is impregnated with the flexible polyurethane foam resin that is the cushioning material of the seat, so that the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material can exhibit the bondability between the foam and the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material. It can be used as a manufacturing method for stable and continuous production of products.
1 クリール
2 溶融押出機クロスヘッドダイ部
3 水冷槽
4 引取装置
20 ガイド芯金
21 サヤ芯
22 クロスヘッドダイ本体
23 押出ノズル
231 吐出孔部壁面線
232 円錐台傾斜線
100 長繊維強化熱可塑性樹脂線状物(第1態様)
101 長繊維強化熱可塑性樹脂線状物(第2態様:所要本数表面露出タイプ)
201a、b 分離ガイド
202a、b 収束ガイド
202C 収束ガイド中央透孔
2021 扇形下辺
203 溶融樹脂含浸部
203S 溶融樹脂含浸部内の含浸始点
203E 溶融樹脂含浸部内の含浸終点
204、205 ガイド保持用溝
206 フランジ
207 取付孔
208 収束ガイドの放射状扇形肉抜部又は透孔ガイド部
209 樹脂流入孔
221 ダイ内樹脂流路
222 ダイ内傾斜部樹脂流路
223 含浸部向樹脂流路
A 押出ノズル孔径
B サヤ芯先端開口の孔径
D 円板
E 溶融押出機
F 長繊維状強化用繊維束
Fo’ 露出している強化用繊維
Fi’ 内部の強化用繊維
G1、G2 第1、第2ガイド(糸道ガイド)
G3 集合ガイド
GB ガイドバー
L 押出ノズルのランド部
l 繊維露出箇所長さ
M マトリックス樹脂
S 海
I 島
TC 張力調整手段
PH 予熱装置
W 錘
Rfc 収束ガイドの扇形下辺半径
Rc 収束ガイド中央透孔半径
Dfc 収束ガイド扇形下辺直径
Dc 収束ガイド中央透孔直径
1
101 Long fiber reinforced thermoplastic resin linear material (second aspect: required number of surface exposed type)
201a,
G3 Assembly Guide GB Guide Bar L Extrusion Nozzle Land L Fiber Exposed Location Length M Matrix Resin S Sea I Island TC Tension Adjusting Means PH Preheater W Weight Rfc Convergence Guide Fan Radius Rc Convergence Guide Central Through-hole Radius Dfc Convergence Guide fan-shaped lower side diameter Dc Convergence guide center through-hole diameter
Claims (8)
(1)所定の撚り数を有する長繊維強化用繊維束を所要本数クリールより張力調整手段を介して引出し、未昇温の予熱装置内に通し、分離ガイド、溶融樹脂含浸部及び収束ガイドを備えるガイド芯金の該分離ガイド及び該収束ガイドの所定の透孔に各繊維束を順に配列して挿通し、該ガイド芯金をクロスヘッドダイ本体部に装着し、次いでサヤ芯及び押出ノズルを備えるダイ、冷却槽、及び引取装置に導く、長繊維強化用繊維束群の予備引出し工程、
(2)該引取装置を駆動して、該長繊維強化用繊維束群を所定速度で引取りながら、該強化用繊維束に該張力調整手段を介して1本当り5〜100gの張力を負荷し、該予熱装置を昇温して該強化用繊維束を加熱しつつ該溶融押出機を駆動して、該クロスヘッドダイに該熱可塑性樹脂を供給して、該ガイド芯金の溶融樹脂含浸部及びダイ内において分離状の各強化用繊維束と溶融した熱可塑性樹脂を接触させて、各強化用繊維束に熱可塑性樹脂を部分的に含浸させ、引き続き収束ガイドを経て、所定の断面形状の押出ノズルを備えるダイにて加圧下に該長繊維強化用繊維束群を線状物として押出被覆する工程、
(3)押出被覆された線状物を冷却固化し、引取る工程、
を有し、
前記線状物を押出被覆する工程において、該予熱装置内での強化用繊維束の加熱は、溶融した熱可塑性樹脂の温度Tmに対して、強化用繊維束の表面温度がTm〜Tm−200℃に達する範囲とする、ことを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の製造方法。 It is a method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product composed of a matrix resin which is a thermoplastic resin and a fiber bundle for reinforcing long fibers.
(1) A fiber bundle for reinforcing long fibers having a predetermined number of twists is pulled out from a required number of reels via a tension adjusting means, passed through a preheating device that has not been heated, and provided with a separation guide, a molten resin impregnated portion, and a convergence guide. Each fiber bundle is sequentially arranged and inserted into the separation guide of the guide core and the predetermined through holes of the convergence guide, the guide core is attached to the crosshead die main body, and then a sheath core and an extrusion nozzle are provided. Preliminary drawing process of long fiber reinforcing fiber bundle group leading to die, cooling tank, and picking device,
(2) While driving the take-up device and taking up the long fiber reinforcing fiber bundle group at a predetermined speed, a tension of 5 to 100 g per one is applied to the reinforcing fiber bundle via the tension adjusting means. Then, the preheating device is heated to heat the reinforcing fiber bundle, the melt extruder is driven, the thermoplastic resin is supplied to the cross head die, and the guide core metal is impregnated with the molten resin. Each of the separated reinforcing fiber bundles and the molten thermoplastic resin are brought into contact with each other in the portion and the die, and each reinforcing fiber bundle is partially impregnated with the thermoplastic resin, followed by a convergence guide, and a predetermined cross-sectional shape. A step of extruding and coating the long fiber reinforcing fiber bundle group as a linear material under pressure with a die equipped with an extrusion nozzle of the above.
(3) A process of cooling and solidifying an extrusion-coated linear material and taking it back.
Have,
In the step of extruding and coating the linear material, the heating of the reinforcing fiber bundle in the preheating device causes the surface temperature of the reinforcing fiber bundle to be Tm to Tm-200 with respect to the temperature Tm of the molten thermoplastic resin. A method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product, which comprises a range of reaching ℃.
(a)収束ガイドの中央部透孔の孔径Dcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dp対して50〜100%である。
(b)収束ガイドの放射状扇形透孔を形成する扇形下辺半径の2倍を扇形下辺直径Dfcとして、該扇形下辺直径Dfcが長繊維強化熱可塑性樹脂線状物の外径Dpに対して105〜360%である。 The method for producing a long fiber reinforced thermoplastic resin linear product according to claim 1 or 2, wherein the convergence guide of the guide core metal satisfies the following requirements (a) or two requirements (a) and (b). ..
(A) The hole diameter Dc of the central through hole of the convergence guide is 50 to 100% with respect to the outer diameter Dp of the long fiber reinforced thermoplastic resin linear material.
(B) 105 twice the sector under side radius to form a radial fan hole converging guide as sector lower diameter Dfc, the outer diameter Dp of the fan-shaped lower diameter Dfc long fiber-reinforced thermoplastic resin linear material ~ 360%.
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