JPH04173108A

JPH04173108A - 繊維強化マテリアルを製造する方法と装置

Info

Publication number: JPH04173108A
Application number: JP30590490A
Authority: JP
Inventors: Unger Michel; ミッシェル・ウンガー
Original assignee: Neste Oyj
Current assignee: Neste Oyj
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1992-06-19
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JP3019966B2

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、繊維強化マテリアルを製造する方法と装置に
関する。特に、本発明は、繊維強化マテリアルを製造す
る方法と装置に関するもので、該マテリアルが個々の繊
維が樹脂マテリアルに囲まれていて、マトリックス形成
樹脂マテリアルでボンドされた強化繊維束で形成される
。

この種の製品を製造することにおける主な問題は、ある
種のマトリックス形成マテリアルの高粘度である。繊維
束における個々の繊維は、互いに極めて緊密に接してい
るから、樹脂マテリアルを該束に浸透させて、個々の繊
維すべてを包囲することは、困難である。しかしながら
、強度、剛性、化学抵抗などの製品の特性の点から、こ
れは、必須の事柄である。

（従来の技術）前記問題解決のために、多くの方法が試みられた。

一つの解決においては、繊維束が所謂クロスへラドダイ
に通され、そこで、溶融または液状樹脂が該ダイを通過
する繊維束のウェブに浸透するようにされる。所謂パウ
ダーメソードにおいては、繊維束のウェブは、熱可塑性
樹脂粒子のベツドに通され、それによって、繊維束のウ
ェブに樹脂粒子がくっつき、その後の工程で樹脂粒子が
溶融される。また、溶剤方法においては、液体媒体に溶
解した樹脂に繊維束を浸漬する。

クロスへラドダイ方法は、繊維束に熱可塑性樹脂を含浸
させることに効果がないことが証明されている。その理
由は、すべての繊維それぞれが樹脂マテリアルで包囲さ
れないからである。パウダー方法は、同期させるのが極
めて困難である多数の処理工程を含み、購買、操作に不
経済で、強化体を損傷させる。溶剤方法では、乾燥工程
が必要で、これは不経済で、環境問題を惹起し、時間を
浪費さゼ、製造レートが制限される。さらに、溶剤の除
去の後にヴオイドが残ることにより製品の品質も低下す
る。

（発明が解決しようとする課題）前記の従来技術は、繊維束を構成するすべての繊維自体
に強化樹脂を含浸させる点で、前記のような問題点を有
し、該問題点を解決するのが、本発明の解決課題である
。

（課題を解決するための手段）本発明は、前記課題を解決するために、繊維束の形態の
強化繊維に樹脂含浸させ、その結果、個々の繊維をボン
ディング樹脂で包みこむ方法と装置を提供する。本発明
は、剪断力を受けるようにされた偽可塑性マテリアルが
粘度の低下を経験するという既知の現象に基く。この現
象は、すり減粘として知られ、熱可塑性樹脂の溶融体お
よび熱硬化性樹脂の溶液を含む種々のエマルジョン、分
散液、懸濁液および他のマテリアルに共通する。ずり減
粘りスボンスの傾向は、マテリアルに作用する剪断スト
レスのレベルで変化する。ス１〜レスが−７＝低い段階では、小さなリスポンスが得られ、中間の剪断
ストレスずり減粘においては、リスポンスは、ドラマテ
ィックに増加し、極めて高いストレスにおいては、マテ
リアルが最低の粘度へ近づくにつれ、リスポンスは、低
いレベルへと逆行する。

熱可塑性樹脂溶融体の粘度の代表的レンジは、１０　　
から１０６ＰａＳで、熱硬化性樹脂溶液のそれは、１０
０〜５０００Ｐａｓである。強化繊維の含浸において、
１〜１ｏｐａｓのレンジが理想的で、コモンマグニヂユ
ードは、１０　　ＰａＳで、場合によっては、１０３Ｐ
ａＳでも容認される。ポリマー溶融体と溶液の代表的な
剪断レンジは、１０−１〜１０６１／Ｓであり、マキシ
マムリスポンスのレンジは、１００〜ｉｏ’　１／Ｓで
ある。

この発明による方法は、繊維強化材料を製造するに当り
、溶融した、または、液体の樹脂を繊維束へ含浸させる
方法に関与し、素材が−・っ、または、それ以」二の繊
維束からなり、各繊維がマトリックス樹脂で囲まれ、１
本または複数本の繊維束の連続しなウェブに溶融または
液状の樹脂を含浸させ、冷却または化学反応により前記
樹脂を硬化させる方法に関与する。この発明の方法は、
前記含浸の間、前記溶融または液状の樹脂マテリアルは
、相対移動する近接した表面の間に入れられて剪断力を
受けることを特徴とする。

この発明による有利な実施例によれば、前記表面の一つ
が固定の表面であり、他の面が動く面であることもでき
る。本発明の必須な要件は、前記表面が互いに接近し、
互いに相対移動可能な関係にあることである。

この発明による方法の有利な実施例によれば、可動表面
の一方は、含浸されるべき繊維束の連続したウェブから
なる。この場合、含浸される樹脂は、含浸すべき繊維束
と固定または可動の表面の間に導かれ、そこでは、両表
面は、互いに異なる方向へ移動する。これで、含浸され
る樹脂への剪断力が生じ、樹脂の粘度が低下し、個々の
繊維を樹脂で包むことが容易になる。

本発明の有利な実施例によれば、動く両表面は、シリン
ドリカルなもので、その場合、表面の一方が含浸される
ウェブにより構成されている。前記表面は、また、平ら
なものでもよく、そこでは、表面の一方は、含浸される
ウェブ自体か、または、前記両表面は、互いに反対方向
へ回り、それで互いに接近する二つのディスクで構成さ
れてもよい。

本発明の方法により、どのような繊維強化マテリアルも
製造でき、そこでは、繊維は、束状の形態である。繊維
は、マトリックス樹脂でボンドされる、どのような種類
の繊維でもよい。このような製品は、例えば、射出成形
または他のプロセスのための繊維強化粒状体、プルトル
ジョン、フィシメン１〜ワインデイング、テープレイイ
ングなどの付加プロセスのためのプリプレグまたは予備
含浸されたマテリアルである。

−１，１−− 本発明に適当な繊維は、かくして、ガラス繊維、炭素繊
維およびアラミド繊維そして熱可塑性繊維である。使用
される最も通常の繊維は、束状のガラス繊維製品であっ
て、これらは、シングル束として、または、例えば、ガ
ラス繊維ロービングのような織った製品の形態で使用で
きる。代表的なガラス繊維束は、直径が１０〜１７μｍ
の個々の繊維数千木を含む。

繊維強化製品をボンディングするために使用される樹脂
マテリアルは、溶融されて繊維束に含浸される熱可塑性
樹脂、または、熱硬化性樹脂で、含浸後、熱または化学
反応で硬化される。

適当な熱可塑性樹脂は、種々のもののなかで、オレフィ
ン単独および共重合体、塩化ビニル単独および共重合体
、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニ■・リル重
合体および共重合体、ポリアミドまたはコポリアミド、
フォルムアルデヒドの熱可塑性重合体、ポリカーボネ−
１・、ポリサルフォー１．２　−− ンと前記した重合体の二つ、または、それ以上の混合物
、または、一般に、剪断作用で粘度の減少を呈する他の
熱可塑性物である。

本発明は、また、繊維強化マデリアル製造において繊維
束の形状の強化繊維に含浸する装置に関するもので、該
マテリアルは、１本または複数本の束からなり、各繊維
は、マトリックス樹脂で包まれている。この発明の装置
は、前記溶融または液状樹脂への前記含浸の間、剪断力
を与える手段を備え、該手段は、二つの接近した表面の
間に前記溶融または液状樹脂が強制的に流され、含浸の
間、剪断力を受けるようにされることと、前記表面の間
に前記溶融または液状樹脂マテリアルを供給する手段と
からなる。

この発明による装置の有利な実施例によれは、前記表面
の少なくとも一つは、移動表面である。

この発明による装置の有利な実施例によれば、前記両表
面は、移動表面である。

この発明による装置の有利な実施例によれば、前記表面
の一方は、含浸される繊維束のウェブからなる。

この発明による装置の他の実施例によれば、前記両表面
は、シリンドリカルまたは平坦な面である。

この発明による装置の有利な実施例によれば、前記表面
の間に溶融または液状樹脂を供給する前記手段は、含浸
ヘッドの壁における−・つ、または、それ以上の開口か
らなり、該開口は、円形、方形または他の断面を有する
。

この発明による装置の有利な実施例によれば、前記供給
開口は、含浸ヘッドの壁に切設された一つ、または、そ
れ以上のスリットである。

この発明による装置の有利な実施例によれば、前記含浸
ヘッドは、エクストルーダの出口に接続している。

この発明による装置の有利な実施例によれば、前記含浸
ヘッドは、含浸の領域内で曲成または平らになっている
。

この発明は、同封した図面を参照しながら、さらに図示
するが、限定するものではない。

〈実施例）第１図において、ガラス繊維束のウェブ１０がドラム１
１から予熱チャンバ１２と拡幅装置１３を介して含浸ヘ
ッド１８へ供給される。拡幅装置１３においては、ウェ
ブ１０は、ロール１４のセットに通され、その結果、繊
維ウェブは、前記ロールの上下の間を縫うようにして走
行される。このようにして、束状になっている繊維制々
をほぐずようにして拡幅し、かくして、含浸ステージに
おける含浸を容易にする。しかしながら、この拡幅装置
１３は、必須なものではなく、この発明の要件を構成し
ない。含浸ヘッド１８は、エクストルーダ１５に接続し
ており、このエクストルーダに含浸すべき樹脂素材１６
ががホッパー１７から供給される。エクストルーダ１５
において、樹脂が溶融され、この発明による含浸ヘッド
１８へ供給されるようになっている。

樹脂含浸ウェブ１０ａまたは複数束の繊維束の束は、つ
いで冷却ユニット１９へ供給され、そこで、溶融された
樹脂が冷却により硬化する。硬化作用は、また、化学反
応によっても行なわれるもので、この反応では、含浸樹
脂は、硬化に必要な添加剤を含み、硬化段階では、必要
に応じて補助加熱を通常に行なうことができる。

冷却ユニット１９から樹脂を含浸し、硬化された繊維束
がチョッパ２０へ送られ、そこで含浸ウェブが適当な長
さのピース２１に切断され、包装され、または、成形品
の成形製造に供されるようになる。この発明の方法と装
置により、連続した繊−１，５−＝維強化製品を成形することも可能であって、そのような
場合は、含浸されたウェブは、所望の長さに切断される
か、または、切断されないままにされる。

第１図の装置におけるウェブ］０の搬送は、適当な引張
り装置で行なうことができる。ベルト駆動の引張り装置
２２が第１図に略図的に示されている。

第２図には、含浸ヘッド３０が示されており、その内部
には、供給チャンネル３１が設けられている。含浸すべ
き樹脂３２は、例えば、含浸ずべき熱可塑性樹脂が溶融
しているエクスＩ・ルーダ（図示せず）から該チャンネ
ル３１を通して圧送される。チャンネル３１゜から供給
路３３がシリンダー状の含浸ヘッド３０の外周面の部分
３４に達している。繊維束］、　Ｏａのウェブは、この
含浸ポイント３４を通過して矢印Ａの方向へ進み、これ
によって、樹脂３５は、ウェブ１０ａの表面と含浸へラ
ド３０の表面３６の間に引き延ばされ、剪断力の作用を
受けて粘度が低下し、繊維束への含浸が最大限になる。

樹脂含浸の繊維束は、］、　Ｏｂの符号が付されている
。

第３図のものは、含浸ヘッド３０が回転シリンダによる
以外は、第２図と同様であって、該シリンダは、矢印Ｂ
の方向へ回転する。この実施例においては、第２図によ
る装置よりも剪断作用は、より強力であり、広い領域に
わたり作用する。

第２図と第３図による例では、それらの間で剪断作用が
行なわれる二つの表面がシリンダー状になっている。第
４図では、含浸作用は、含浸ヘッド３０の平らな面３７
とウェブ１０の面の間で行なわれる。

第５図と第６図には、供給１１３３の異なる形状が示さ
れている。第５図では、円形断面の３本の供給路３３が
ある。　繊維束ウェブ１０の幅寸法に応じて一つ、また
は数本の供給路が使用される。

第６図では、１本のスリット状の供給路３３で、その幅
は、繊維束ウェブの一つの幅とほぼ同じである。第７図
には、含浸ヘッド３０の対向する側に向く２本のスリッ
ト状の供給路３３がある実施例が示されている。第５図
の実施例では、才な、供給路３３の二つ、または、それ
以」二のグループも可能である。

この発明は、前記において移動する繊維束ウェブへの含
浸に適用されているものであるが、繊維束ウェブを動か
さずに、含浸ヘッドを移動可能にアレンンジできること
も明らかである。この発明の作用は、いずれの場合も同
様である。さらに、この発明による含浸ヘッドを２基ま
たは、それ以上使用することも可能であり、これらの含
浸ヘッドは、含浸すべき繊維ウェブの一方の面または異
なる面に配置できる。

さらに、含浸させる樹脂を、この発明の方法と装置以外
の方法で予備処理し、その粘度を下げておくことも可能
である。

（発明の効果）前記のように、この発明によれば、繊維強化成形体を成
形するため、強化繊維に樹脂を完全に含浸させることが
でき、樹脂プアーの状態の強化繊維を作らず、極めて高
品質の繊維強化成形体が成形できる強化繊維マテリアル
が製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、繊維強化粒状体を連続的に製造することに適
用した発明による装置の主要な図面である。第２図は、この発明による含浸ヘッドの端面図で、互い
に移動関係にある表面が繊維束ウェブ自体とシリンドリ
カルな含浸ヘッドの他方の面により構成されている。 −１，９− 第３図は、この発明による含浸ヘッドの端面図で、互い
に移動関係にある表面が繊維束ウェブ自体と回転するシ
リンドリカルな含浸ヘッドの他方の面により構成されて
いる。第４図は、この発明による含浸ヘッドの端面図で、互い
に移動関係にある表面が繊維束ウェブ自体と含浸ヘッド
の他方の面により構成され、該他方の面が含浸領域にお
いて平らである。第５図は、溶融熱可塑性樹脂を含浸領域へ供給する円形
断面をもつ複数の供給開口を示す含浸ヘッドの詳細であ
る。第６図は、溶融熱可塑性樹脂を含浸領域へ供給するスリ
ブ１〜状の供給開口を示ず含浸ヘッドの詳細である。第７図は、溶融熱可塑性樹脂を含浸領域へ供給する円形
断面をもち、含浸ヘッドの対向面へ開口している二つの
スリット状の供給開口を示す含浸ヘッドの詳細である。１０・・・・・・ウェブ１０ａ・・・樹脂含浸ウェブ１１・・・・・・ドラム１２・・・・・・予熱チャンバ１３・・・・・・拡幅装置１４・・・・・・ロール１５・・・・・・エクストルーダ１６・・・・・・樹脂素材１７・・・・・・ホッパー１８・・・・・・含浸ヘッド１９・・・・・・冷却ユニット２０・・・・・・チョッパ２１・・・・・・ピース２２・・・・・・引張り装置３０・・・・・・含浸ヘッド３１・・・・・・供給チャンネル３２・・・・・・含浸すべき樹脂＝　２２　＝３３・・・・・・供給路、供給開口３４・・・・・・含浸ポイント３５　・・・含浸される樹脂３６・・・・・・含浸ヘッドの表面

Claims

【特許請求の範囲】

（１）繊維強化材料を製造するに当り、溶融した、また
は、液体の樹脂を繊維束へ含浸させる方法であり、素材
が一つ、または、それ以上の繊維束からなり、各繊維が
マトリックス樹脂で囲まれ、１本または複数本の繊維束
の連続したウエブ（１０；１０ａ）に溶融または液状の
樹脂（３２、３３）を含浸させ、冷却または化学反応に
より前記樹脂を硬化させる方法で、前記含浸の間、前記
溶融または液状の樹脂（３５）マテリアルは、相対移動
する二つの近接した表面（１０；１０ａ、３６；３７）
の間に入れられて剪断力を受けることを特徴とする方法
。
（２）前記表面の一つは、固定面（３６；３７）で他方
の面は、可動面（１０；１０ａ）であることを特徴とす
る請求項第１項による方法。
（３）前記表面（１０；１０ａ、３６；３７）の両方が
可動表面であることを特徴とする請求項第１項による方
法。
（４）可動表面の一つが含浸される繊維束の連続ウエブ
（１０；１０ｃ）からなることを特徴とする前記請求項
のいずれかによる方法。
（５）前記表面がシリンドリカルな表面（３６）または
平らな表面（３７）であることを特徴とする前記請求項
のいずれかによる方法。
（６）前記樹脂マトリックスは、熱可塑性マテリアルで
あることを特徴とする前記請求項のいずれかによる方法
。
（７）熱可塑性マトリックスマテリアルは、オレフィン
単独および共重合体、塩化ビニル単独および共重合体、
ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリル重合体
および共重合体、ポリアミドまたはコポリアミド、フォ
ルムアルデヒドの熱可塑性重合体、ポリカーボネート、
ポリサルフォンと前記した重合体の二つ、または、それ
以上の混合物からなるグループから選ばれることを特徴
とする請求項第６項による方法。
（８）繊維強化材料を製造するに当り、溶融した、また
は、液体の樹脂を繊維束へ含浸させる装置であり、素材
が一つ、または、それ以上の繊維束からなり、各繊維が
マトリックス樹脂で囲まれており、前記含浸操作の間、
前記溶融または液状の樹脂（３５）へ剪断力を与える手
段を備え、該手段は、相対移動の関係にある二つの近接
した表面（１０；１０ａ、３６；３７）と、前記表面（１０；１
０ａ、３６；３７）の間に前記溶融または液状の樹脂（
３５）を供給する手段（３１、３３）とからなり、前記
表面の間に、前記溶融または液状の樹脂が注入され、含
浸の間、剪断力が与えられることを特徴とする装置。
（９）少なくとも前記表面の一つが可動の表面（１０；
１０ａ）であることを特徴とする請求項第８項による装
置。
（１０）前記表面の両者が可動面（１０；１０ａ）であ
ることを特徴とする請求項第８項による装置。
（１１）前記表面の一つが含浸されるべき繊維束のウエ
ブ（１０；１０ａ）からなることを特徴とする請求項第
８項から第１０項による装置。
（１２）前記表面がシリンドリカルな面または平らな面
（３７）であることを特徴とする請求項第８項から第１
１項による装置。
（１３）溶融または液状樹脂を前記表面の間へ供給する
前記手段は、含浸ヘッド（３０）の壁における一つ、ま
たは、それ以上の供給開口（３３）で、該開口（３３）
は、円形、矩形または他の断面をもつことを特徴とする
請求項第８項から第１２項による装置。
（１４）前記供給開口（３３）が含浸ヘッドの壁に切設
されたスリットであることを特徴とする請求項第１３項
による装置。
（１５）前記含浸ヘッド（３０）がエクストルーダ（１
５）の出口に接続していることを特徴とする請求項第１
３項から第１４項による装置。
（１６）含浸ヘッドは、含浸領域内で、カーブしている
もの、または、平らなものであることを特徴とする請求
項第１３項から第１５項による装置。