JPH03230943A - 長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法および製造装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は長繊維で強化された熱可塑性樹脂組成物の製造
方法および製造装置に関する。

〔従来の技術とその課題〕

熱可塑性樹脂の強度、耐熱性等を向上させるための手段
として、ガラス繊維等の強化用繊維を配合することが知
られており、一般には、熱可塑性樹脂にチョツプドスト
ランド等の短繊維を混合し押出機で混練押し出すことに
より繊維強化された熱可塑性樹脂組成物の製造が行われ
ている。しかしながら、押出機での混練中に繊維の折損
が避けられない上記の如き方法では、強度等の改善にも
自ずと限界があり、さらに高度の機械的強度等の要求に
対しては応えることができなかった。

これに対し、繊維の折損を起こすことなく長繊維で強化
された熱可塑性樹脂組成物を製造する方法として、近年
、引き抜き成形が注目されている。中でも、連続した強
化用繊維束を引きながら熱可塑性樹脂の溶融物を含浸さ
せる方法は、操作が容易で、しかも組成物の繊維含有量
の制御も容易であるという優れた特徴を有するため主流
になりつつある。

しかしながら、通常、成形に供される熱可塑性樹脂は高
分子量で溶融粘度も高いため、かかる熱可塑性樹脂の溶
融物で強化用繊維の含浸を行おうとしても繊維の間に溶
融樹脂が入り込みにくく、繊維を樹脂により十分に濡ら
すことができないため、期待する程の強度等の向上が得
られないという欠点を有する。繊維に対する樹脂の含浸
性に係わる斯かる問題点を改善するための手段として、
米国特許第４４３９３８７号には、溶融樹脂で繊維を含
浸するにあたり特殊な形状のクロスヘッドダイを用いる
方法が開示されているが、この方法とても含浸性が十分
に改善されるとは言い難い。また、米国特許第３０２２
２１０号および特開昭５７−１８１８５２号明細書には
分子量が小さく、溶融粘度が極めて低い樹脂を用い、そ
の溶融物で含浸する方法が開示されているが、この方法
では含浸性は改善され、繊維の濡れは良くなるものの、
マトリックスとなる樹脂が低分子量であるため得られる
組成物は脆く、十分な強度等の向上は期待できない。ま
た、高分子量の熱可塑性樹脂を用い、極めて高温に加熱
して樹脂の溶融粘度を下げ、含浸する方法も考えられる
が、この方法では、樹脂の溶融粘度低下による含浸性の
向上と樹脂の分解、発泡による含浸性の低下が相殺され
、含浸性が殆ど改善されないばかりか、樹脂の分解によ
る低分子量化および発泡のため、強度等の面でも不満足
な組成物しか得られない。

かかる如く、連続繊維を引きながら熱可塑性樹脂の溶融
物を含浸させる引き抜き成形法は、長繊維強化熱可塑性
樹脂組成物の製造法として、操作性等の点で優れた特徴
を有するにもかかわらず、樹脂の含浸性の点で大きな欠
点を有するものであり、その改善が切望されていた。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者は、引き抜き成形による長繊維強化熱可塑性樹
脂組成物の製造法およびその装置におけるかかる課題を
解決し、繊維に対する樹脂の含浸性および樹脂と繊維の
密着性が良く、機械的強度の著しく向上した組成物を得
るため鋭意検討した結果、強化用繊維に熱可塑性樹脂の
溶融物を含浸させるに先立ち、その直前に強化用繊維を
予め高温加熱することが有効であり、これにより前記の
如き課題が解決されることを見出し、本発明に到達した
。

即ち、本発明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熱可塑性樹脂組成物
の製造方法において、強化用繊維に溶融熱可塑性樹脂を
含浸させる直前に、該強化用繊維を、（Ｔ−１，００’
）〜（Ｔ＋２００）　ｔ　Ｃ但し、Ｔは含浸に使用され
る熱可塑性樹脂の溶融温度（単位は℃）〕に加熱するこ
とを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方
法およびかかる強化用繊維の加熱を可能にする加熱装置
を設けた長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造装置を提
供するものである。

以下、本発明を更に詳細に説明する。

本発明は、例えば第１図に例示した如き装置および方法
によって実施される。勿論、本発明は、ここに例示した
装置および方法のみに限定されるものでない。

本発明において長繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造す
るにあたっては、まず、連続した強化用繊維１が供給さ
れる。用いられる強化用繊維の種類としては特に制約は
なく、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、芳香
族ポリアミド繊維等の高融点（高軟化点）繊維等がいず
れも使用でき、また、その形態としては、ロービング、
ヤーン、モノフィラメント等の連続した繊維であればい
ずれも使用できる。特に、取扱いが容易な点でロービン
グ状のものが好ましい。また、目的によっては、ロービ
ングクロス等の如き織物状のものも使用できる。本発明
において上記の如き繊維は、２種以上を組み合わせて使
用することも可能である。また、これらの繊維は、樹脂
との接着性を良くするため、公知の表面処理剤で処理し
たものであってもよい。

次に、強化用繊維は加熱装置２によって加熱される。本
発明は、連続した強化用繊維を引きながら熱可塑性樹脂
の溶融物を含浸させ、繊維強化された樹脂組成物を製造
するにあたり、溶融樹脂の含浸に先立ち、強化用繊維を
予め高温に加熱し、高温度の繊維を溶融樹脂と接触させ
ることを特徴とする。本発明において採用されるかかる
加熱温度は、含浸のため使用する熱可塑性樹脂の溶融温
度をＴ　（単位は℃）とする時、塑性樹脂を混合して使
用する場合においては、主体となる熱可塑性樹脂の溶融
温度が基準になる。ここで溶融温度とは、結晶性を有す
る熱可塑性樹脂の場合は結晶の融解温度であり、具体的
には、示差熱分析による吸熱ピークの頂点を示す温度で
ある。一方、完全非品性熱可塑性樹脂では１（ＤＴ（ヒ
ートデイスト−ジョン温度）をもって、溶融温度と、こ
こでは定義する。樹脂と接触する際の強化用繊維の加熱
温度が、使用される熱可塑性樹脂との接触時に（Ｔ−１
００）　ｔ：より低いと、繊維に対する樹脂の含浸性、
接着性が不十分で、得られる組成物は機械的強度等の劣
るものとなる。逆に加熱温度が（Ｔ＋２００）　ｔ：よ
り高いと、樹脂の分解により分子量が低下すると共に、
分解により生じたガスのため組成物中にボイドが生じ、
また、繊維の収束剤、表面処理剤が分解し、得られる組
成物の機械的強度等はやはり劣るものとなる。好ましい
繊維の加熱温度は（Ｔ−８０）〜（Ｔ＋１５０＞　ｔ：
であり、より好ましくは（Ｔ−６０）〜（Ｔ→１００）
　ｔである。加熱方法あるいは装置としては特に制約は
なく、例えば、赤外線加熱、電気加熱等が使用できる。

加熱された繊維は、次の含浸工程までの間に繊維の温度
が低下しないよう、この間の距離を極力短くするか、適
度の加熱あるいは保温を行い、含浸樹脂との接触時に、
繊維自体が充分高温度を保っていることが必要である。

次に、高温に加熱された強化用繊維に、溶融した熱可塑
性樹脂が含浸される。第１図には、クロスヘッドダイ３
を用いた溶融熱可塑性樹脂による含浸を例示した。クロ
スヘッドダイを用いる含浸法は、操作性に優れており、
好ましい方法であるが、溶融熱可塑性樹脂による含浸法
としてはこれに限定されるものではなく、溶融樹脂の中
を通して連続繊維を引く方法であれば何れにても可能で
ある。ここで、繊維に含浸するための熱可塑性樹脂とし
ては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエ
チレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート等
のポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン
１１、ナイロン１２、ナイロン６１０　、ナイロン６１
２等のポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、
ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキザイ
ド、ポリスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテ
ルアミド、ポリエーテルイミド等の公知の熱可塑性樹脂
又はそれらの共重合体、変性体が、いずれも使用できる
。

これらの樹脂は２種以上を混合して使用してもよい。

次に、溶融樹脂の含浸された連続繊維は、賦形ダイ等を
通すことにより所望の形状、例えばストランド状、テー
プ状、シート状、あるいは特殊形状等に整えられ、かく
して、繊維強化熱可塑性樹脂組成物が得られる。含浸の
ためにクロスヘッドダイを用いる場合、その出口ダイが
賦形ダイを兼ねてもよい。得られた樹脂組成物は、引取
りロール５等を用いて引き取る。引き取った樹脂組成物
は、そのまま成形工程等に移行することもできるが、−
船釣には、射出成形等に供するため、適当な長さに切断
したペレット状とするのが好ましい。

なお、本発明においては、強化用繊維を熱可塑性樹脂の
溶融物で含浸する前に、繊維を張力下でロール、バーあ
るいは凸状障壁に押しつけながら引いたり、一対以上の
ロールの間を通す等の方法で開繊しておくのが好ましい
が、開繊を繊維の加熱後に行う場合にはこの間に繊維の
温度が低下しない様、例えば加熱しながら行うか或は充
分な保温を行い、樹脂との接触時に繊維自体が充分高温
度を保っていることが必要である。

本発明は、上記の如く、繊維強化熱可塑性樹脂組成物の
製造法および装置に特徴を有するものであり、その組成
、例えば、強化用繊維の含有量については特に制約はな
いが、得られる組成物の諸物性の面から、強化用繊維の
配合量としては２０〜８０重量％（組成物中）が好まし
く、特に好ましいのは３０〜６５重量％（組成物中）で
ある。また、本発明によって得られる樹脂組成物には、
目的、用途に応じて、一般に熱可塑性樹脂に添加される
各種の物質、例えば酸化防止剤、耐熱安定剤、紫外線吸
収剤等の安定剤、帯電防止剤、潤滑剤、可塑剤、離型剤
、難燃剤、難燃助剤、結晶化促進剤、染料や顔料等の着
色剤等を配合することも可能である。これらの添加物は
、マトリックスとなる上記の如き熱可塑性樹脂に予め配
合された形で用いてもよい。

本発明において、強化用繊維を予約高温に加熱すること
が特別の効果を生じる理由について、本発明者は次のよ
うに推定する。即ち、高温に加熱された強化用繊維を用
い、これに溶融熱可塑性樹脂を含浸させることにより、
繊維に接触した極めて微小部分で樹脂は固化することな
く、むしろ樹脂の溶融粘度が大きく低下し、繊維の含浸
性、濡れが向上すると共に、樹脂の大部分は高温下にさ
らされることもないため分解等による分子量の低下はな
く、使用する樹脂が本来有する特性を損なうこともない
。このため、含浸性の改善のため極めて低分子量の樹脂
を用い１ま たり、通常の分子量の樹脂を極めて高温に加熱し含浸さ
せる場合に見られるような、得られる組成物が脆くて、
十分な強度が出ない等の問題も生じない。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが
、本発明はこれに限定されるものではない。

実施例１〜４および比較例１〜４ 概ね第１図の如き構成からなる装置を用い、ガラス繊維
束のロービングを連続的に引きながら加熱した後、直ち
に熱可塑性樹脂の溶融物を含浸させ、賦形ダイ　（クロ
スヘッドダイの出口グイ）を通してストランドとして引
取り細断し、ガラス繊維含有量４０重量％（組成物中）
で長さ１２＋＋＋＋ｎのペレット状組成物を得た。ロー
ビングの加熱温度、含浸に用いた樹脂の種類、その他の
諸条件は第１表に示した通りである。

一方、比較のだ狛、ガラス繊維のロービングを加熱しな
かった場合および本発明で規定する３ 温度以下で加熱した場合についても、同様にしてペレッ
ト状組成物を調製した。

これらのペレット状組成物を用いて試験片を射出成形し
、下記の測定法で評価した結果を第１表に示す。

引張強度　：　ＡＳＴＭ　Ｄ−６３８に準拠曲げ強度　
：　ＡＳＴＭ　Ｄ−７９０に準拠曲げ弾性率＋　ＡＳＴ
Ｍ　Ｄ−７９０に準拠衝撃強度　：　ＡＳＴＭ　Ｄ−２
５６に準拠し、ノツチ付きアイゾツト衝撃強度を測定 （試験片の厚さ６．３＋ｎｍ） また、ストランドの一端をインクにつけて立てた時のイ
ンクの上昇状況の肉眼観察およびインクに浸したストラ
ンド端面におけるインクの分散状況の顕微鏡観察により
、樹脂と繊維の濡れを相対評価し、第１表に示した。

４ 〔発明の効果〕 以上の説明並びに実施例により明らかなように、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
る長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、
強化用繊維に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる直前に、該
強化用繊維を予約特定の高温に加熱する本発明の方法に
よれば、繊維に対する樹脂の含浸性、濡れが著しく改善
され、極めて高度の引張強度、曲げ強度、衝撃強度等の
機械的性質を有する樹脂組成物が得られるため、工業的
価値の高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による強化用繊維の予備加熱を採用し
た長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造法（および製造
装置）の１例を示す略示図（模式図）である。 １、連続繊維 ２、加熱装置 ７ クロスヘッドダイ 押出機 引取りロール ペレタイザー 加熱ロール 保温用カバー

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　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熱可塑性樹脂組成物の製造方法
   において、強化用繊維に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる
   直前に、該強化用繊維を、（Ｔ−１００）〜（Ｔ＋２０
   ０）℃〔但し、Ｔは含浸に使用される熱可塑性樹脂の溶
   融温度（単位は℃）〕に加熱することを特徴とする長繊
   維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ２　強化用繊維が、（Ｔ−８０）〜（Ｔ＋１５０）℃〔
   但し、Ｔは含浸に使用される熱可塑性樹脂の溶融温度（
   単位は℃）〕に加熱される請求項１記載の長繊維強化熱
   可塑性樹脂組成物の製造方法。 ３　強化用繊維に対する溶融熱可塑性樹脂による含浸が
   、クロスヘッドダイを用いて行われる請求項１または２
   記載の長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。 ４　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熱可塑性樹脂組成物の製造装置
   であって、強化用繊維に溶融熱可塑性樹脂を含浸させる
   前に、該強化用繊維を、（Ｔ−１００）〜（Ｔ＋２００
   ）℃〔但し、Ｔは含浸に使用される熱可塑性樹脂の溶融
   温度（単位は℃）〕に加熱しうる加熱装置を設けたこと
   を特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造装置
   。