JPH01229867A - 連続長のマルチフィラメントおよびマルチファイバ構造物を含浸するためのプルトルージョン装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の分野 本発明は、ヤーンなどのような連続長のファイバおよび
フィラメント構造物にポリマー樹脂を含浸させるための
方法と装置に係る。

従来技術の簡単な説明 織物用のファイバおよび／またはフィラメントからでき
たヤーンおよび類似の構造物にポリマー性の樹脂を含浸
させるためのさまざまな方法と装置がすでに提案されて
いる。たとえば、ガラスファイバのヤーンの含浸につい
て記載している米国特許第３，４１３，１８６号参照。

一般に、当業者が直面する問題のひとつは、多数のガラ
スファイバなどのような個々のフィラメントまたはファ
イバが、ファイバ間のエアーポケットすなわちボイドを
除くように樹脂含浸剤で完全に濡らされかつ取り囲まれ
た生成物を実現することであった。

これが達成されない限り、ファイバは互いに物理的接触
状態にあり、お互いに自由に摩耗することになる。この
ため、当然のことながら、そのフィラメントまたはファ
イバからできた構造物の寿命を低下させる。さらに、強
化生成物の強度は、強化用フィラメントまたはファイバ
のすべてを樹脂中に含ませて使用したときに期待される
強度より小さいであろう。この問題は、ポリマー樹脂が
望ましく高い開存粘度をもった比較的粘性の高い熱可塑
性樹脂の場合、特に難しいものである。

連続長のマルチフィラメントおよび／またはファイバに
極めて粘性の高い樹脂組成物を含浸させる際に伴う上記
の問題を回避するために、業界では、熱硬化性樹脂、す
なわち熱の影響下で架橋して粘度が上昇する（現実には
硬化する）低粘度合成ポリマー樹脂の使用が考えられて
いる。米国特許第４，２８５．７４９号には、そのよう
な方法がその利点および欠点と共に記載されている。

しかし、熱硬化性樹脂は、その堅くて剛性である傾向が
望ましくないような多くの用途において望まれる弾力性
、可撓性および／または柔軟性に欠けることが多い。こ
のため、米国特許第４．２８５．７４９号の方法は、連
続長のマルチフィラメントおよび／またはファイバにポ
リマー樹脂を含浸させることが望まれるあらゆる場合に
適しているとは言えないであろう。高粘度の熱可塑物は
連続長のマルチフィラメントおよび／またはマルチファ
イバの構造物に充分に含浸させるのが困難ではあるにし
ても、熱可塑性樹脂が好ましいことがある。

すぐに分かるように、比較的低粘度の樹脂含浸剤を使用
すると、マルチフィラメントおよび／またはマルチファ
イバの構造物の完全な湿潤化および含浸を得る際に遭遇
する困難の多くが排除されるであろう。しかし、連続長
のマルチフィラメントおよび／またはマルチファイバに
含浸させるために例えば低粘度の熱可塑性ポリマー樹脂
を使用すると、含浸された（ｂ遺物の初期の賦形の間に
ボイドのない樹脂マトリックスを維持することの困難性
に伴ない一連の新たな問題が発生する。低粘度の組成物
は、正規の位置に固定されるに充分な程度にまで冷却さ
れる間にマルチフィラメントおよび／またはマルチファ
イバから「流れ去る」という傾向がある。

本発明の装置と方法は技術の進歩であり、これによって
、連続長のマルチフィラメントおよび／またはファイバ
に含浸させるために比較的低粘度の熱可塑性ポリマー樹
脂組成物を使用することができ、含浸された構造物の斌
形中またはその直前にその粘度を高くすることができ、
そして隣接するフィラメントおよび／またはファイバ間
に実質的にボイドをもたない製品を得ることが可能にな
る。

発明の概要 本発明は、連続長のマルチフィラメントまたはマルチフ
ァイバを含浸するためのプルトルージョンアセンブリに
係る。本発明の装置は次の（ａ）〜（ｄ）からなる。

（ａ）重合開始剤の浴槽。

（ｂ）溶融した熱可塑性プレポリマー樹脂の容器。

（ｃ）溶融した熱可塑性プレポリマー樹脂を重合するた
めの加熱ゾーン。

（ｄ）浴槽、樹脂容器および加熱ゾーン中を順次通して
連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバを牽
引するための手段。

本発明は、また、本発明の装置を使用する、連続長のマ
ルチフィラメントまたはマルチファイバのヤーンを含浸
する方法にも係る。

本明細書中で使用する「プルトルージョン」という用語
は、樹脂で含浸された強化用材料の連続なストランドを
ダイのオリフィスを通して引き抜くという強化プラスチ
ック技術に対する造語である。このプロセスによって、
ビルの壁板、釣り竿、バイブ、ゴルフクラブシャフト、
成形性テープおよび類似の物品に使用する高い一方向性
強度をもった連続長の材料が得られる。

「連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバ」
という用語は、ヤーンなどのようなあらゆるファイバま
たはフィラメント状の構造物を意味している。ただし、
これらファイバ／フィラメントの長さは充分に長くて、
後述する加工条件下で、充分な強度のロービング、トウ
またはヤーンが得られるようなものであり、その強度は
、得られる含浸された長い構造物が使用できなくなるよ
うな開度で破断が起こることなく、溶融した熱可塑性ポ
リマー樹脂およびサイジングダイに通してブルトルード
する（引き抜く）のに充分な程度である。

発明の具体例 本発明の方法と装置は、広い範囲の連続長のマルチフィ
ラメントおよびマルチファイバの構造物を含浸するため
に使用できる。このような構造物の代表例は、たとえば
マルチフィラメントまたはマルチファイバのヤーンまた
は糸（スレッド）に製造されたガラス、カーボン、ジュ
ート、ならびに、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ
アミド、アラミドおよび類似の樹脂などのような合成ポ
リマー樹脂の長いマルチフィラメントまたはマルチファ
イバである。本発明の方法と装置は連続長のガラスファ
イバを含浸するのに特に有用であり、以下では本発明が
適用できる材料の代表例としてこの態様（ガラスファイ
バ）について説明する。

「ガラスファイバ」という用語は、本明細書中では、フ
ィラメント、ストランド、ヤーン、束（バンドル）、コ
ード（紐）などの形態のガラス組成のファイバ（繊維）
を意味し、これらのファイバには、連続のフィラメント
はもちろん、ある長さをもったカットしたファイバ、チ
ョツプドファイバまたは不連続なファイバが含まれる。

本発明に従って含浸される連続長のガラスファイバは、
未処理でもよいし、あるいはアンカー（固着）剤などで
処理してポリマー樹脂含浸剤に対する接合性を改善して
もよい。

本発明の装置は、連続長の構造物にされたガラスファイ
バ（またはすでに記載したようなその他のファイバおよ
びフィラメント）に、広範囲の熱可塑性ポリマー樹脂、
たとえば合成熱可塑性ポリオレフィン、ポリウレタン、
ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネートなどを均
一に含浸するのに使用できる。これらの樹脂組成物は、
比較的低粘度のプレポリマーの形態、すなわち、重合が
進行するうちに分子量と粘度が上昇するオリゴマ−やそ
れより高度のポリマーのような重合の不完全な形態で、
連続長の構造物に適用（塗布）するのが好ましい。

この「低粘度」という用語は、一般に、（ポリカーボネ
ートの場合）２５℃の温度のメチレンクロライド中で測
定して約０．４０ｄｌ／ｇ未満の固有粘度、または他の
プレポリマー組成物の場合の同等な溶融粘度を意味する
。

広範囲の低粘度オリゴマーおよびプレポリマー樹脂組成
物たとえばポリオレフィン、ポリウレタンなどのプレポ
リマー（これらに限定されることはない）が知られてい
るが、以下では、環式カーボネートのような反応性のポ
リカーボネートオリゴマーを使用する好ましい態様に関
して説明する。

そのようなオリゴマーはその製法と共に良く知られてお
り、たとえば米国特許節４，６４４，０５３号を参照さ
れたい。

ここで図面を参照すると、添付の図は、本発明の具体例
の装置１０を一部断面で示した概略図である。この装置
１０は容器１２を含んでおり、この容器１２は、浴２０
を収容すると共に、個々のスプール１８から巻き戻され
た成分フィラメントまたはファイバのヤーンでできた連
続長のマルチフィラメントおよび／またはファイバ１４
を受容する機能を果たす。もちろんこのスプール１８と
個々のヤーン１６のストランドはこの装置１０の一部を
形成するものではなく、実際この装置１０はあらかじめ
できあがった連続長の構造物１４を取扱うことができ、
この構造物１４はその後、容器１２に収容されている浴
２０の中に供給される。

本明細書中に記載する好ましい具体例において、この浴
２０は、すでに記載しかつ以下にも説明するポリカーボ
ネートオリゴマーのほぼ完全な重合を熱により実施する
ための重合開始剤である。ヤーン１４は、重合開始剤の
浴２０で充分に濡れた後、ガイドローラ２２上を通って
搬送され、容器２６中に収容されている溶融した熱可塑
性のプレポリマー樹脂２４中に送られる。この容器２６
は、樹脂２４を所望の所定温度に維持するための電気抵
抗ヒータまたは「ホットプレート」２８などのような加
熱手段を含んでいてもよい。熱エネルギを加えられた蓋
、すなわち加熱された蓋３０が開放容器２６を部分的に
閉鎖して、溶融樹脂２４の所望の温度を維持する補助と
なっている。この溶融樹脂２４は比較的低粘度であるの
で、連続長の構造物１４を樹脂２４の中に通している間
にこの構造物中に含浸する。樹脂２４は長い構造物１４
に浸透し、すでにこの構造物１４中に含浸されていた重
合開始剤と接触する。次いでこの連続長の構造物１４を
ヒータ３２の加熱ゾーンに通して牽引すると、そこで、
含浸された構造物１４のプレポリマー樹脂２４は開始剤
２０の存在下で最終的に重合し、含浸剤の粘度が急速に
上昇してこの含浸剤樹脂を、新たに包み込まれ被覆され
たマルチフィラメントおよびマルチファイバヤーン１４
のマトリックスとして固着させる。開始剤２０は加えら
れた熱の影響により、構造物１４の中と上においてその
場で樹脂２４の重合を促進する。このヤーン１４は、次
に、樹脂がまだ熱可塑性状態にあるうちに通常のダイに
通し、含浸された所望の連続長の構造物に最終の形状と
サイズ（図には示してない）を付与する。またあるいは
、重合ヒータ３２の直前に成形セクションを設けて、含
浸剤の最終的な重合の直前にこの連続長の構造物１４に
予じめ形状を与えて予備成形してもよい。こうして、強
化された連続長の構造物が得られる。この成形セクショ
ンは、この連続長の構造物をなんらかの所望の形状に成
形するためのダイであることができる。好ましいダイは
、米国特許出願第１３３４０４号に記載されている。

たとえば、連続長の構造物は、ロッド、チューブ、バー
、中空チューブ、■ビーム、Ｌビーム、平らなテープ、
またはその他の所望の形状に成形することができる。

次の実施例は、本発明を実施および使用する方法を説明
するものであり、本発明を実施する上で本発明者が最良
の態様と考えるものである。

実施例 添付の図面に示した装置１０の仕様に合わせて装置を用
意する。ただし、最後にサイジングダイを設ける。サイ
ジングダイ部分のダイオリフイスは１．５８ｍｍである
。連続長のファイバグラスヤーン［歩留２５０のファイ
バグラス。ハイボンド（Ｉｌｙｂｏｎｄ）　２０７９　
、　Ｐ　Ｐ　Ｇインダストリーズ（ＰＰＧ　Ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉｅｓ）製］をこの装置に通す。米国特許第４．６
４４，０５３号に記載されているようにして製造した、
（２５℃のメチレンクロライド中で測定した）固有粘度
が０　、　１　ｄｌ／　ｇのビスフェノール−Ａカーボ
ネートオリゴマーの熱可塑性混合物を収容容器２６中で
熱可塑化し、一方、一対のゴデツト（Ｇｏｄａｔ）ロー
ラにより、前記のヤーンを約１１３ｋｇの張力下０．５
ｍ／分の速度でこの装置１０内に通して牽引し、リール
に巻き取る。

溶融樹脂の温度は約２７５℃で、同じ温度に維持する。

容器１２には、重合開始剤（テトラブチルアンモニウム
テトラフェニルボレート。ただし、」二記の米国特許第
４，６４４，０５３号に上げられているその他の開始剤
または触媒のいずれを使用してもよい）のメチレンクロ
ライド溶液を入れる。ヒータ３２は約３００℃の温度に
加熱する。

得られた棒状の製品である樹脂含浸ロッドは５０重量％
の樹脂を含んでおり、１０倍の倍率で目視検査したとこ
ろガラスファイバ間に樹脂のボイドはまったく見られな
い。

【図面の簡単な説明】

添付の図は、部分的に分解しがっ部分的に切り欠いて作
動状態を示した本発明の具体例の装置の側面図である。 １０・・・本発明の装置、１２・・・重合開始剤浴槽、
１４・・・連続長のマルチフィラメントおよび／または
マルチファイバ、１６・・・フィラメントまたはファイ
バの成分ヤーン、１８・・・スプール、２ｏ・・・浴（
重合開始剤）、２２・・・ガイドローラ、２４・・・溶
融熱可塑性プレポリマー樹脂、２６・・・溶融熱可塑性
樹脂容器、２８・・・加熱手段、３ｏ・・・加熱された
蓋、３２・・・加熱ゾーン。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイ
   バを含浸するためのプルトルージョンアセンブリであっ
   て、 （ａ）重合開始剤浴槽、 （ｂ）溶融熱可塑性プレポリマー樹脂容器、 （ｃ）溶融熱可塑性プレポリマー樹脂を重合する加熱ゾ
   ーン、ならびに （ｄ）前記浴槽、樹脂容器および加熱ゾーン中を順次通
   して連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバ
   を牽引するための手段 からなるアセンブリ。
2. （２）さらに、樹脂容器を加熱するための手段も含んで
   いる請求項１記載の装置。
3. （３）さらに、樹脂容器の所定の温度を維持するための
   手段も含んでいる請求項１記載の装置。
4. （４）連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイ
   バに熱可塑性樹脂を含浸させるための方法であって、 連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバを用
   意し、 この連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバ
   に熱可塑性樹脂の低粘度プレポリマーを含浸させ、 含浸された連続長のマルチフィラメントまたはマルチフ
   ァイバの中と上にあるこのプレポリマーを重合すること
   によって、連続長のマルチフィラメントまたはマルチフ
   ァイバに樹脂を含浸させることからなる方法。
5. （５）用意した連続長のマルチフィラメントまたはマル
   チファイバに重合開始剤を含浸させる請求項４記載の方
   法。
6. （６）ポリカーボネート樹脂で含浸された連続長のマル
   チフィラメントまたはマルチファイバの製造方法であっ
   て、 連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバを用
   意し、 この連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバ
   に環式カーボネートを重合させる重合開始剤を適用し、 前記連続長のマルチフィラメントまたはマルチファイバ
   に低粘度の環式カーボネートを含浸させ、前記連続長の
   マルチフィラメントまたはマルチファイバの中と上にあ
   るこの環式カーボネートを重合することからなる方法。
7. （７）開始剤がテトラブチルアンモニウムテトラフェニ
   ルボレートである請求項６記載の方法。
8. （８）含浸された連続長のマルチフィラメントまたはマ
   ルチファイバを加熱することによって重合を実施する請
   求項７記載の方法。
9. （９）重合工程後、連続長のマルチフィラメントまたは
   マルチファイバをダイ中で賦形する請求項６記載の方法
   。