JP7300910B2

JP7300910B2 - 開繊機構

Info

Publication number: JP7300910B2
Application number: JP2019125205A
Authority: JP
Inventors: 利生岩田
Original assignee: Mitsui Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Chemicals Inc
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2039-07-04
Also published as: JP2021011644A

Description

本発明は、たとえば、長繊維強化樹脂を製造する装置において、繊維束を開繊する際に用いられる開繊機構に関する。

繊維で強化された樹脂として、長繊維強化熱可塑性樹脂が知られている。この長繊維強化熱可塑性樹脂は、繊維と熱可塑性樹脂から成る複合材料であり、熱可塑性樹脂の特性と繊維の強度や耐熱性が複合化され、さまざまな構造部材、耐熱部材に使用されている。

従来より、かかる長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する際には、繊維束を溶融された熱可塑性樹脂に含侵させて連続繊維強化ストランドを作成することが行われている。ここで、連続繊維強化ストランドに熱可塑性樹脂を十分に含侵させるために、繊維束は開繊バーによって予め開繊されてから熱可塑性樹脂に含侵される。

ところで、かかる開繊工程においては、繊維束に負担が掛かるため、繊維破断が生じるおそれがある。繊維破断が生じた場合、切断された繊維が毛羽になり、含侵ダイに毛羽が侵入し、含侵ダイの排出口で毛羽詰まりが惹起され、連続繊維強化ストランドの破断に繋がる可能性がある。

このため、このような毛羽詰まりの問題を解決する手段として、毛羽を吹き飛ばす機能を備えた開繊バー（例えば、特許文献１参照）や、開繊バーの上部に吸引部を備えた製造装置（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開平５－２４７７１６号公報特開２００８－２４６７８２号公報

しかしながら、上述の開繊バーにおいては、毛羽を吹き飛ばすことにより周囲の環境が汚染されるという問題があった。また、上述の製造装置においては、吸引部が繊維束から一定の距離を置いて配置されるため、毛羽の除去はなお困難であるという問題があった。

本発明の目的は、周囲を汚染することなく確実に毛羽を除去することができる開繊機構を提供することである。

本発明の開繊機構は、
繊維束を開繊する開繊機構であって、
長手方向に延びる溝が形成された複数の開繊ロールから成る開繊バーと、
前記開繊ロールの前記溝内に吸引力を発生させる吸引装置と
を備え、
開繊の際に前記繊維束に生じた毛羽を前記溝内に発生させた吸引力によって除去することを特徴とする。

このように、開繊ロールに形成された溝に吸引力を発生させることにより、至近距離で繊維束を吸引することができるため、周囲を汚染することなく確実に毛羽を除去することができる。

また、本発明の開繊機構は、
前記開繊ロールが、前記溝の開口を前記繊維束の位置する側に向けて前記繊維束の上下に配置されていることを特徴とする。
このように、各々の開繊ロールに溝を形成し、上下双方から毛羽を吸引することにより、漏れなく毛羽を除去することができる。

また、本発明の開繊機構は、
前記吸引装置が、前記開繊ロールの一端側または両端側に配置されていることを特徴とする。
すなわち、開繊ロールの長さが短い場合には一端側のみに吸引装置を配置することでコストを抑えることができ、開繊ロールの長さが長い場合には、両端側に吸引装置を配置し、双方向から吸引を行うことで有効な吸引力を保持することができる。

また、本発明の開繊機構は、
前記溝の開口部分に、面取りが施されていることを特徴とする。
これにより、開繊ロールと接触する繊維束を傷つけないようにすることができる。

また、本発明の開繊機構は、
前記溝の前記吸引装置側の端部における吸引流速が、前記吸引装置が前記開繊ロールの一端側に配置されている場合においては、０．１ｍ／秒以上２０ｍ／秒以下であることを特徴とする。
すなわち、吸引装置が開繊ロールの一端側に配置されている場合、溝の前記吸引装置側の端部における吸引流速をかかる範囲にすることにより、的確に毛羽を除去することができる。

また、本発明の開繊機構は、
前記溝の前記吸引装置側の端部における吸引流速が、前記吸引装置が前記開繊ロールの両端側に配置されている場合においては、０．０５ｍ／秒以上１０ｍ／秒以下であることを特徴とする。
すなわち、吸引装置が開繊ロールの両端側に配置されている場合、溝の前記吸引装置側の端部における吸引流速をかかる範囲にすることにより、的確に毛羽を除去することができる。

また、本発明の開繊機構は、
長繊維強化樹脂を製造する装置に用いられることを特徴とする。
すなわち、本発明の開繊機構は、長繊維強化樹脂を製造する際に用いるのが好適である。

本発明によれば、周囲を汚染することなく確実に毛羽を除去できる開繊機構を提供することができる。

実施の形態に係る開繊機構を用いた長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置の概略図である。実施の形態に係る開繊機構を上方から視た斜視図である。実施の形態に係る開繊ロールに形成された溝の概要を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態に係る開繊機構を備えた装置の概略図である。本実施の形態においては、開繊機構を用いて長繊維強化熱可塑性樹脂製造を製造する場合を例に説明する。図１に示すように、長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置２は、繰出機４、開繊機構５、押出機８、含浸ダイ１０、賦形ダイ１２、水槽１４、フォーミングロール１６、引取機１８、カッター部２０を備えている。

ここで、繰出機４には、繊維束３２が巻回された複数の炭素繊維ロービング４ａが収納されている。また、繰出機４は、炭素繊維ロービング４ａから繊維束３２を繰り出すための繰出ロール４ｂを備えている。なお、繊維束３２には、たとえば、ガラス繊維、炭素繊維などが用いられる。

開繊機構５は、繰出ロール４ｂから繰り出された繊維束３２を開繊する開繊工程を実行するためのロールバーである開繊バー６、および開繊バー６を介して繊維束３２に発生した毛羽を吸引する吸引装置７を備えている。なお、開繊機構５の構造、作用については、後に詳しく説明する。

押出機８は、溶融した熱可塑性樹脂を含浸ダイ１０に供給する装置であり、含浸ダイ１０は、開繊された繊維束３２に溶融した熱可塑性樹脂を含浸する含浸工程を実行する装置である。かかる含浸工程において連続繊維強化ストランド３４が作成される。なお、熱可塑性樹脂には、たとえば、ポリプロピレン、ポリアミドなどが用いられる。

賦形ダイ１２は、連続繊維強化ストランド３４の径を絞るための装置であり、含浸ダイ１０の連続繊維強化ストランド３４が排出される側に取り付けられている。ここで、賦形ダイ１２は、含浸ダイ１０から離れた位置に配置すると熱可塑性樹脂が冷却されて固化し連続繊維強化ストランド３４の賦形がしづらくなるため、少なくとも含浸ダイ１０のごく近傍に配置される必要がある。

水槽１４は、賦形ダイ１２で径が絞られた連続繊維強化ストランド３４を水などの液体に浸し、冷却を行うための装置である。
フォーミングロール１６は、水槽１４で冷却された連続繊維強化ストランド３４の外径形状を成形するためのロールバーである。

引取機１８は、連続繊維強化ストランド３４を引き取る引取工程を実行するためのロールである。
カッター部２０は、引取機１８で引き取った連続繊維強化ストランド３４を所定の長さにカッティングするための装置である。このカッター部２０で連続繊維強化ストランド３４をカットすることにより、長繊維強化熱可塑性樹脂３８が製造される。

次に、本発明において長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置２の要部を構成する開繊機構５について説明する。図２は実施の形態に係る開繊機構５を上方から視た斜視図である。図２に示すように、開繊機構５の主要部分を構成する開繊バー６には３本の開繊ロール４２が繊維束３２の進行方向に沿って上下にジグザグ状に配置されており、それぞれの開繊ロール４２には、長手方向に延びる溝４２ａが形成されている。なお、開繊ロール４２の長手方向は、繊維束３２の進行方向と直交する方向である。また、開繊バー６の一端側には、吸引装置７が配置されており、各々の開繊ロール４２の溝の端部はノズル７ａを介して吸引装置７と接続されている。

ここで、開繊ロール４２は溝４２ａを繊維束３２の位置する側に向けて繊維束３２の上下に配置されている。具体的には、繊維束３２の上方に位置する二つの開繊ロール４２は溝４２ａの開口を下側に向け、繊維束３２の下方に位置する一つの開繊ロール４２は溝４２ａの開口を上側に向けて配置されている。これにより、開繊バー６を通過する繊維束３２は、溝４２ａの開口と直接接触することになる。

図３（ａ）は、繊維束３２の上方に位置する開繊ロール４２を中心で切断した場合における長手方向の断面図であり、図３（ｂ）は、この径方向の端面を示す図である。なお、図３（ｂ）に示す端面の形状は、径方向の断面においても変わらない。図３（ａ）に示すように、溝４２ａは、長手方向のいずれの場所においても同じ深さをもって形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、溝４２ａの開口部には、面取り４２ｂが施されている。

次に、開繊工程における開繊機構５の作用について説明する。まず、開繊工程において、繊維束３２が上下に配置された開繊ロール４２間に差し掛かると、繊維束３２は各開繊ロール４２において開繊され、徐々に幅を広げながら含浸ダイ１０に向かって進行する。ここで、吸引装置７が駆動すると、ノズル７ａを介して溝４２ａ内に吸引力が発生する。ノズル７ａが接続されている吸引装置７側の端部における溝４２ａ内の吸引流速は０．１ｍ／秒以上２０ｍ／秒以下である。なお、吸引流速は１ｍ／秒以上１５ｍ／秒以下であればなお好ましい。

ノズル７ａによって吸引が行われると、溝４２ａ内に図３（ａ）の矢印Ａ方向の流路が生じ、開繊の際に繊維束３２に生じた毛羽が溝４２ａおよびノズル７ａを介して吸引装置７に吸引され、繊維束３２から毛羽が除去される。

この実施の形態に係る発明によれば、開繊ロール４２に形成された溝４２ａに吸引力を発生させることにより、至近距離で繊維束３２を吸引することができるため、毛羽が溝４２ａ外に散らばることがない。このため、周囲を汚染することなく確実に毛羽を除去することができる。

また、開繊バー６を通過する繊維束３２は、溝４２ａの開口と直接接触しており、上下双方において毛羽を吸引されるため、漏れなく毛羽を除去することができる。また、溝４２ａの開口部には面取り４２ｂが施されているため、開繊ロール４２と接触する繊維束３２を傷つけないで開繊することができる。

なお、上述の実施の形態においては、吸引装置７が開繊ロール４２の一端側にのみ設けられている場合を例に説明しているが、吸引装置７は、開繊ロール４２の両端側に備えられていてもよい。すなわち、開繊ロール４２の長さが所定の長さより短い場合には一端側のみに吸引装置７を配置することでコストを抑えることができ、開繊ロール４２の長さが所定の長さより長い場合には、両端側に吸引装置７を配置し、双方向から吸引を行うことで有効な吸引力を保持することができる。なお、開繊ロール４２の両端側に吸引装置７が配置される場合において、ノズル７ａが接続されている吸引装置７側の端部における溝４２ａ内の吸引流速は０．０５ｍ／秒以上１０ｍ／秒以下であり、０．５ｍ／秒以上７．５ｍ／秒以下であればより好ましい。

また、上述の実施の形態においては、開繊機構５が長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する場合に用いられる場合を例示して説明しているが、開繊機構５は、長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置２以外の長繊維強化樹脂を製造する装置に用いられてもよい。たとえば、繊維束３２を熱硬化樹脂との複合材とする場合に開繊機構５を用いてもよい。

さらに、開繊機構５は、長繊維強化樹脂のみならず、開繊が必要な他の製品を製造する際にも適用することが可能である。たとえば、ＵＤテープ、シート状成形材料（ＳＭＣ）、プリプレグ、および繊維の織物などを製造する場合にも用いることができる。なお、これらの製品を製造する場合と比較して、長繊維強化熱可塑性樹脂を製造する場合には、繊維束３２の進行速度が速く毛羽が発生しやすい。このため、毛羽の除去という観点からすれば、実施の形態に係る開繊機構５は、長繊維強化熱可塑性樹脂を製造するのに最適である。

また、上述の実施の形態においては、含浸ダイ１０と賦形ダイ１２が個別に構成されている場合を例示しているが、含浸ダイ１０と賦形ダイ１２はそれぞれ一体になっていても構わない。

また、上述の実施の形態において、開繊バー６を構成する開繊ロール４２は必ずしも３本に限定されず上下に複数の開繊ロール４２が備えられていればよい。一例としては、上下の開繊ロール４２を１組とする５組の開繊ロール４２セットで開繊バー６を構成してもよい。さらに、開繊ロール４２の直径は必ずしも均一でなくてもよい。

また、上述の実施の形態においては、溝４２ａが長手方向のいずれの場所においても同じ深さをもって形成されている場合を例示しているが、溝４２ａの深さは長手方向において必ずしも均等でなくてもよい。

２長繊維強化熱可塑性樹脂製造装置
４繰出機
４ａ炭素繊維ロービング
４ｂ繰出ロール
５開繊機構
６開繊バー
７吸引装置
７ａノズル
８押出機
１０含浸ダイ
１２賦形ダイ
１４水槽
１６フォーミングロール
１８引取機
２０カッター部
３２繊維束
３４連続繊維強化ストランド
３８長繊維強化熱可塑性樹脂
４２開繊ロール
４２ａ溝
４２ｂ面取り

Claims

繊維束を開繊する開繊機構であって、
長手方向に延びる溝が形成された複数の開繊ロールから成る開繊バーと、
前記開繊ロールの前記溝内に吸引力を発生させる吸引装置と
を備え、
開繊の際に前記繊維束に生じた毛羽を前記溝内に発生させた吸引力によって除去することを特徴とする開繊機構。
前記開繊ロールは、前記溝の開口を前記繊維束の位置する側に向けて前記繊維束の上下に配置されていることを特徴とする請求項１記載の開繊機構。
前記吸引装置は、前記開繊ロールの一端側または両端側に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の開繊機構。
前記溝の開口部分には、面取りが施されていることを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の開繊機構。
前記溝の前記吸引装置側の端部における吸引流速は、前記吸引装置が前記開繊ロールの一端側に配置されている場合においては、０．１ｍ／秒以上２０ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の開繊機構。
前記溝の前記吸引装置側の端部における吸引流速は、前記吸引装置が前記開繊ロールの両端側に配置されている場合においては、０．０５ｍ／秒以上１０ｍ／秒以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の開繊機構。
長繊維強化樹脂を製造する装置に用いられることを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の開繊機構。