JPH04173234A

JPH04173234A - 繊維強化マテリアルを製造する方法と装置

Info

Publication number: JPH04173234A
Application number: JP2305905A
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

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。しかしたがら
、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−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
浪費させ、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
よび少量の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。

すり減粘りスボンスの度合は、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。ストレスが低い段階で
は、小さなリスポンスが得られ、中間の剪断ストレスず
つ減粘においては、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、リスボン又は、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、
１〜１０Ｐａｓのレンジが理想的で、コモンマグニチュ
ードは、１０２ＰａＳで、場合によっては、１０３Ｐａ
Ｓ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、１００〜１０’　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
方法であり、素材が一つ、才たは、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
硬化させる方法で、前記含浸の前、前記溶融または液状
の樹脂マテリアルは、含浸ポイントへ通じる供給チャン
ネルに通され、前記供給チャンネルは、一つの断面にお
いて断面積が減少しているか、および／または、断面積
が小さく、溶融または液状樹脂が通過するのに相当程度
の抵抗を与える構成を有し、このような構成の供給チャ
ンネルに前記樹脂を流動させて剪断力作用を加えて、前
記樹脂の粘度を低下させ、前記強化繊維への含浸を確実
にすることを特徴とするものである。

この発明の有利な実施例においては、前記供給チャンネ
ルの供給開口部分の断面形状は、円形、方形または他の
任意形状で開口している。

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、７１へ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、フィラメントワインディング、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。

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、種々のものであるが、例え＝　　１１　
　− ば、オレフィンと、その共重合体、塩化ビニル単独と共
重合体、ポリエチレンテレフタレート、アクリロニトリ
ル単独重合体と共重合体、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、ポリスフオン、前記重合体の二つ、または、そ
れ以」二の混合体、さらには、剪断作用で粘度が低下す
る熱可塑性物などである。

この発明は、また、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、１本または複
数本の繊維束の連続したウェブを溶融または液状の樹脂
の含浸ポインＩ〜に通過させる手段と、溶融または液状
樹脂をチャンネルを介して前記含浸ポイントへ供給する
手段とを備え、前記チャンネルが一つの断面において断
面積が減少しているか、および／または、断面積が小さ
く、溶融または液状樹脂が通過するのに相当程度の抵抗
を与える構成を有し、このような剪断作用で前記樹脂の
粘度を低下させ、強化繊維への樹脂含浸を確実にする装
置にも関する。

この発明の好適な実施例においては、前記溶融または液
状樹脂を含浸ポイントへ供給する手段は、毛細管供給パ
イプであり、該パイプは、含浸ヘッドに開口する供給開
口を介して含浸ポイントへ通じている。

また、この発明の好適な実施例においては、前記供給開
口は、断面形状が円形、方形または他の形状のものであ
る。

また、この発明の好適な実施例においては、前記供給開
口は、前記含浸ヘッドの壁に切設されている少なくとも
一つのスリッ１〜である。

この発明Ｃ１“よる装置の有利な実施例によれば、前記
禽浸ヘツＦ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
ヘッドの外側面は、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たがら、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Ｊ２と拡幅袋’Ｉｔ　］、　３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Ｊ
゛うにし７て走行される。このようにして、束状になっ
ている繊維側々をほぐずようにして拡幅し、かくして、
含浸ステーニジにおける含浸を容易にする。しかしたが
ら、この拡幅装置１．３は、必須なものではなく、この
発明の要件を構成したい。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がかホッパー　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かへ樹脂を含浸し、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、含浸されなウェブは、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、毛細管供給チャンネル３１が設けられている。含
浸すべき樹脂３２は、例えば、含浸すべき熱可塑性樹脂
が溶融しているエクストルーダ（図示せず）から該毛細
管チャンネル３１を通して圧送されるもので、この圧送
の間に樹脂は、剪断作用を受け、粘度が減少する。前記
毛細管チャンネル３１から供給開口３３が含浸ヘッド３
０の外周面の部分にある含浸ポイント３４に達している
。繊維束１０ａ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、粘度が低下
している樹脂は、ウェブ１０ａに浸透、含浸する。

第３図は、含浸ヘッド３０の詳細を示し、含浸ヘッド３
０は、ポイント３３においてエクス１〜ルーダに取付け
られる。毛細管供給チャンネル３１は、含浸ヘッド３０
の外側面に開口しているスリット状の開口３４を介して
エクストルーダから供給の樹脂を含浸ヘッドへ供給する
もので、エクストルーダから供給の樹脂は、点線Ｂの方
向にそって細い供給チャンネル３１内を通過し、この通
過の際に剪断作用を受けて樹脂粘度が低下し、含浸ヘッ
ドへ供給される樹脂は、粘度が低下し、含浸しやすくな
っている。

第４図は、第３図の含浸ヘッドをエクストルーダ側から
見た断面図であって、第５図は、反対側から見た同様な
断面図である。第５図に示すように、供給開口３６は、
毛細管チャンネル３１から含浸ポイント３５へ伸びてい
るスリットであるが、供給開口は、１個たは複数個いず
れでもよい。

第６図は、エクストルーダ１５に取付ける含浸ヘッド３
０の概略説明図で、含浸される樹脂１６は、ホッパー１
７からエクストルーダ１５へ供給され、このエクストル
ーダ１５内で、樹脂は、溶融されながら混練され、スク
リュウ３８でエクストルーダ１５の出口３３へ送られ、
そして、さらに毛細管チャンネル３１内へと圧送される
。図示のように、ウェブ１０ｂは、含浸ポイント３７を
通過する。

第７図と第８図は、供給開口３３の他の例を示すもので
、第７図のものは、断面が円形の３個の開口３３が設け
である。第８図のものは、スリット状の開口であって、
その幅は、繊維束のそれとほぼ同じになっている。第９
図に示されたものは、２個のスリット状の供給開口３３
が、それぞれ向きを異にして設けられているもので、開
口の数を増設することも任意である。第７図の開口３３
を２個または複数のグループのものにすることも任意で
ある。

前記実施例では、繊維束を移動させているが、これを固
定し、含浸ヘッド側を移動させてもよく、含浸ヘッドを
繊維束の両面に配置し、樹脂含浸させることもでいる。

（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、この発明によるガラス繊維にマトリックス樹
脂を含浸さぜる含浸ヘッドの説明図である。第３図は、この発明による含浸ヘッドの詳細説明図であ
る。第４図と第５図は、それぞれ、第３図の含浸ヘッドの断
面図である。第６図は、エクストルーダに取付ける、この発明による
含浸ヘッドの詳細説明図である。第７図は、溶融樹脂を含浸ポイントへ供給する、断面円
形の供給開口をもつ含浸ヘッドの説明図である。第８図は、溶融樹脂を含浸ポイントへ供給する、スリッ
ト状の供給開口をもつ含浸ヘッドの説明図である。第９図は、溶融熱可塑性樹脂を含浸ポイントへ供給する
ために、含浸ヘッドの異なる側面に開口しているスリッ
ト状の供給開口を示ず含浸ヘッドの詳細説明図である。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１ヘルーダ］６・・・・・樹脂素材１７・・・・・ホッパー１８・・・・・含浸ヘッド１つ・・・・・・冷却ユニット２０・・・・チョッパ２］・・・・・・ピース２２・・・・・・引張り装置３０・・・・・・含浸ヘッド３］−・・・・・毛細管供給チャンネル３２・・・・・
・含浸すべき樹脂３３・・・・供給開口３４・・・・・・含浸ポイント

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（３２）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ェブ（１０；１０ａ）に溶融また
は液状の樹脂（３２）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、前記含浸の前、前
記溶融または液状の樹脂マテリアル（３２）は、含浸ポ
イント（３４、３７）へ通じる供給チャンネル（３１）
に通され、前記供給チャンネルは、一つの断面において
断面積が減少しているか、および／または、断面積が小
さく、溶融または液状樹脂（３２）が通過するのに相当
程度の抵抗を与える構成を有し、このような構成の供給
チャンネルに前記樹脂を流動させて剪断力作用を加えて
、前記樹脂の粘度を低下させ、前記強化繊維への含浸を
確実にすることを特徴とする方法。（２）前記溶融または液状樹脂（３２）は、供給開口（
３３、３６）を介して含浸ポイント（３４、３７）へ通
じている毛細管供給パイプ（３１）を介して含浸ポイン
ト（３４、３７）へ供給されることを特徴とする第１項
による方法。（３）前記供給開口（３３、３６）が円形、方形、その
他の断面形状を有していることを特徴とする第１項から
第２項による方法。（４）前記樹脂マトリックスが熱可塑性樹脂なることを
特徴とする前記請求項のいずれかによる方法。（５）前記樹脂マトリックスは、熱可塑性マテリアルで
あり、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４項による方法。（６）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（３２）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、１本または複数本
の繊維束の連続したウェブ（１０；１０ａ）を溶融また
は液状の樹脂の含浸ポイント（３４、３７）に通過させ
る手段と、溶融または液状樹脂（３２）をチャンネル（
３１）を介して前記含浸ポイント（３４、３７）へ供給
する手段とを備え、前記チャンネルが一つの断面におい
て断面積が減少しているか、および／または、断面積が
小さく、溶融または液状樹脂（３２）が通過するのに相
当程度の抵抗を与える構成を有することを特徴とする装
置。（７）前記溶融または液状樹脂（３２）を含浸ポイント
（３４、３７）へ供給する手段は、毛細管供給パイプで
あり、該パイプは、含浸ヘッドに開口する供給開口（３
４、３６）を介して含浸ポイント（３４、３７）へ通じ
ていることを特徴とする第６項による装置。（８）前記
供給開口（３４、３６）は、断面形状が円形、方形また
は他の形状のものであることを特徴とする第７項による
装置。（９）前記供給開口（３４、３６）は、前記含浸ヘッド
の壁に切設されている少なくとも一つのスリットである
ことを特徴とする第７項から第８項による装置。（１０）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７
項から第９項による装置。（１１）含浸ヘッド（３０）の外表面は、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７項から第１０項による装置。