JPH04244809A - 繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続した繊維ロービン
グを熱可塑性樹脂で被覆することにより製造される熱可
塑性樹脂成形材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】繊維状フィラーで強化した熱可塑性樹脂
組成物は、安価なガラス繊維組成物を中心に成形材料と
して多用され、成形品の物性向上に貢献している。最近
、組成物の製造技術の改良により成形品中に含まれる繊
維の長さをより長くする試みがなされており、成形品中
の繊維の長さを長くすることにより、成型品の耐衝撃性
、物性の異方性、寸法の異方性および熱時剛性が飛躍的
に改良されることが判明している。

【０００３】この熱可塑性樹脂組成物の製造は、基本的
には、溶融樹脂を連続繊維へ含浸させ、これを射出成型
可能な長さに切断してペレット化するものである。しか
し、溶融樹脂の溶融粘度が比較的高いため、単に溶融樹
脂中に繊維をティッピングするだけでは含浸が不十分と
なる。しかも、この含浸の良・不良が最終的な成形品の
物性の優劣を決定する大きな要因となるため、近年、連
続繊維への樹脂の含浸改良が技術開発の最も重要な点で
ある。

【０００４】樹脂の含浸を改良する方法として（１）熱
可塑性樹脂を水、有機溶剤等に分散させ低粘度化して含
浸させる方法、（２）繊維に張力をかけて複数のローラ
ーを通過させ樹脂を含浸させる方法、（３）溶融樹脂の
被覆に用いるダイスの形状により、含浸させる方法、（
４）加熱加圧ローラーにより連続繊維に付着した樹脂を
加熱溶融しながら加圧含浸させる方法、などがある。

【０００５】特公昭６０−６７６４号公報にて開示され
る製造技術は、樹脂エマルジョンにてガラス繊維を予備
処理することにより繊維に対する樹脂の含浸を改良して
いる。しかし、例えばポリアミドのようなエマルジョン
化が困難な樹脂については使用不可の技術であり、また
、エマルジョン処理後の乾燥工程での樹脂劣化が著しい
ものについても使用不可であるという問題点がある。 つまり、製造法により使用原料の選択の自由が疎外され
てしまうというような欠点を有している。

【０００６】一方、特公昭６３−３７６９４号公報によ
れば、複数のローラーを用いて連続繊維の進行方向を変
化させ、繊維に加える張力により発生するローラー圧力
により、溶融樹脂を繊維に含浸させている。しかしなが
ら、この方法によれば繊維に加える張力により樹脂を含
浸させるため、繊維はその張力に耐える引張強度が必要
であり、繊維材料選択の自由度が疎外される。さらに、
樹脂は溶融状態で比較的長い時間保持されるため熱劣化
を受けやすい欠点がある。

【０００７】また、押出し被覆するにあたり、被覆ダイ
の構造的な改良により樹脂の含浸を改良しようとする技
術が特開昭６１−４０１１３号、特開昭６３−２６４３
２６号、特開昭６４−１６６１２号各公報に記載されて
いる。いずれも連続繊維の通過時に、通過方向に垂直に
抵抗を加え尚かつ繊維に張力を加えることによって繊維
をフィラメント毎に開繊させ樹脂の含浸を改良しようと
する技術である。この様な構造的な改良による技術では
、フィラメントを平行に整列させることは可能であるが
、比較的粘度の高い溶融樹脂中で各フィラメントを完全
に開繊することは不可能で、近隣のフィラメントと接し
ている。

【０００８】さらに、繊維に張力を加えていることから
、溶融樹脂中で抵抗領域を通過した繊維は、収束しよう
とするため含浸不良となりやすい。さらに、特開昭５９
−６２１１４号、特開昭５９−６２１１２号、特開昭６
０−１６６１２号各公報に開示される技術は、繊維に付
着した樹脂を加熱ローラーで加熱溶融しながら加圧し含
浸を改良しようとするものであるが、ダイスの構造によ
り含浸を改良する方法と同様な欠点を有している。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】以上のように、既存
の技術では、含浸の改良は、樹脂のエマルジョン化もし
くは低粘度溶液化が必要であり、この方法が採れない樹
脂では、機械的な圧力を樹脂が溶融した状態で、加える
必要がある。しかし、既存技術では、所望の圧力を加え
る方法が困難なため効果が不十分となる。

【００１０】そこで、加えた圧力が繊維の分散に効果を
発揮するように、鋭意検討した結果、工業的に含浸が良
好な熱可塑性樹脂繊維強化組成物を生産するに有効な製
造方法を確立した。本発明の目的は、比較的低コストで
樹脂の繊維への含浸が良好な熱可塑性樹脂繊維強化組成
物を得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段およびその作用】本発明は
、 （１）連統した繊維ロービングを１種類又は複数の熱可
塑性樹脂により、押出し被覆して繊維強化熱可塑性樹脂
組成物を製造するにあたり、繊維ロービングを熱可塑性
樹脂で押出し被覆した後、該熱可塑性樹脂の温度が軟化
点以下に低下する前に金属製ローラーで加圧し、冷却固
化する工程を有することを特徴とする熱可塑性樹脂繊維
強化組成物の製造法 （２）連続した繊維ロービングを熱可塑性樹脂により前
項（１）に記載の工程を１度だけ施すことにより、被覆
後ローラーで加圧含浸して、加熱成形して繊維強化熱可
塑性樹脂組成物を得る法 （３）連続した繊維ロービングを１種類又は複数の熱可
塑性樹脂により前項（１）に記載の工程を施した後、更
に少なくとも、もう１度押出し被覆して繊維強化熱可塑
性樹脂組成物を得る方法である。

【００１２】つまり、製造プロセスから水系処理を除去
することにより乾燥工程を除去もしくは大幅に縮小でき
るばかりでなく、いかなる熱可塑性樹脂についてもその
繊維強化組成物の製造が可能となる。本発明に用いる連
続した繊維ロービングとは、ロービング状に集合した連
続繊維の集合体を意味する。樹脂組成物中の繊維の存在
形態は、連続繊維が１本ずつ相互に交差すること無くバ
ラバラに存在することが好ましいが、場合により、一部
の繊維が束状になったり、一部交差して存在しても構わ
ない。

【００１３】代表的な例としては、５〜２０μ径の連続
した繊維、例えばフィラメントを通常２００〜５０００
本まとめたものが挙げられる。素材としては、例えばガ
ラス繊維、炭素繊維、その他樹脂強化に用いられる公知
の有機系繊維などが挙げられる。また被覆する熱可塑性
樹脂としては、一般の押出し機で溶融押出しできる熱可
塑性樹脂であれば何でも良く、ポリエチレン、エチレン
酢酸ビニル、ポリプロピレン。

【００１４】ポリスチレン、ＡＳ、ＡＢＳ、ポリメタク
リル酸、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレン
テレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、セルロ
ースアセテート、ジアリルフタレート、ポリビニルブチ
ラール、ポリビニルホルマール、エチレン−αオレフィ
ン共重合体、塩化ビニリデン、ポリアセタール、ポリメ
チルペンテン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレ
ンスルフィド、ブタジエンスチレン、ポリウレタン、ポ
リアミノビスマレイミド、ポリスルフォン、ポリブチレ
ン、ポリイミド、ポリアリレート、ポリブタジエン、ポ
リエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン等
のなかから少なくとも１種類選ばれるものである。

【００１５】また、本発明の製造方法によって得られる
繊維強化熱可塑性樹脂組成物の特性を損なわない範囲で
、他の樹脂、ゴム、無機質充填剤、着色剤、熱安定剤、
可塑剤、滑剤、離型剤、難燃剤等を添加することができ
る。ここで、図面により本発明のうち、繊維ロービング
に２回樹脂を被覆して繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製
造する場合を説明する。図１に示すように、繊維ロービ
ング１は、引取りローラー５の張力により解じょされ、
乾燥炉２に導入される。

【００１６】ここで用いる乾燥炉は、繊維表面に付着し
た水分を除去するためのもので、一般に使用されるニク
ロム線ヒーター等の幅射熱を利用したもの、熱風を利用
したもので良い。表面水分を除去した繊維は、最初の押
出し被覆ダイ３に導入される。このダイは一般に使用さ
れる押し出し被覆に使用されるダイで良く、好ましくは
ダイ出口をスリット状にしたものが良く、さらに好まし
くは厚み０．５〜１．５ｍｍ、幅５〜１５ｍｍのスリッ
トとしたものが良い。スリットの形状は、用いる熱可塑
性樹脂の溶融粘度、繊維の径、引取り速度等により決定
される。

【００１７】繊維に被覆された樹脂が大気中で冷却固化
する前に加圧冷却ローラー４を通過する。このローラー
は、溶融状態で導入される樹脂の熱を除去するに十分な
熱伝導性を有する金属等の材料でできたものが良く、ロ
ーラー内部を循環水等で冷却することより、熱を除去す
る効果が大きくなる。この冷却ローラーで加圧されるこ
とにより、溶融樹脂が個々の繊維、例えば個々のフィラ
メントの間隔を押し広げ、その状態で樹脂が固化して樹
脂中に個々の繊維フィラメントが分散した状態となる。

【００１８】したがって、冷却ローラー以降に張力が加
えられても、繊維が収束しようとする力を個々の繊維間
に入り込み固化した樹脂が支えることができ、繊維の分
散が損なわれない。樹脂中に分散した繊維を、次の押出
し被覆ダイ７に導入される前に溶融炉６で張力を掛けず
に含浸した樹脂を軟化点以上に加熱する。これは、被覆
ダイ７での被覆を容易にするものであり、最初に被覆さ
れた樹脂と７で被覆される樹脂との密着性を向上させる
ものである。

【００１９】以上の被覆をした後、冷却水槽８を通って
ペレタイザイー９で切断ペレット化される。図１では、
２回の被覆による製造工程を説明したが、成型品に所望
の特性を付与するために、被覆の回数を増やすことが可
能である。また、被覆ダイ７の代わりに、加熱成型ダイ
を用いることにより、スリットダイ３のみによる１度の
被覆により繊維強化熱可塑性樹脂組成物を製造すること
ができる。これは、製造経費の面では好ましい結果とな
り、被覆する熱可塑性樹脂の種類によっては、加熱溶融
炉６を省略することも可能である。

【００２０】本発明では、連続繊維への樹脂の含浸を改
良するために、（１）第一段目の被覆に際してダイスの
出口をスリット状にすることによりダイスに供給される
溶融樹脂の圧力で含浸、（２）溶融状態で加圧含浸冷却
した。この（１）、（２）の相乗効果により、樹脂の含
浸が飛躍的に向上することが判明した。

【００２１】

【実施例】以下に熱可塑性樹脂としてポリアミドを利用
し、被覆回数を２回とした場合の例につき実施例をあげ
本発明の有効性を示すが、これは例示のためだけであっ
て、本発明はこれだけに限定されるものではない。

【００２２】

【実施例１】直径１３μのガラス繊維１６００本から成
る連続繊維ロービング６束を押出し被覆用ダイスに導入
し、既ダイスに旭化成工業製レオナ１３００（ポリアミ
ド６６）の溶融樹脂を単軸押出し機（スクリュー径４０
ｍｍ）から供給し、ダイス内で連続繊維に繊維重量の５
０％の溶融樹脂を付着させた。

【００２３】溶融樹脂が付着したガラスロービングをダ
イス出口（幅１０ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ）から引き抜き
、付着した溶融樹脂が大気中で冷却固化する前に、金属
ローラーで加圧冷却して、樹脂繊維組成物（幅１２ｍｍ
、厚さ０．５ｍｍ）を得た。次いで、上記ダイスから引
き抜くために使用する引き取りローラーを経て次の押出
し被覆ダイに導入し樹脂を被覆した。尚、被覆ダイに導
入する際、スムーズにダイへ導入するために連続繊維に
付着した樹脂を熱風式加熱装置で、樹脂の大気中での分
解温度以下で尚且軟化点以上に加熱した。得られた組成
物の断面図を図３Ａに示した。

【００２４】

【実施例２】実施例１の工程の２段目の押出し被覆ダイ
の代わりに加熱成型ダイを用いて組成物を得た。得られ
た組成物の断面図を図３Ｂに示した。

【００２５】

【比較例１、２】比較例１は、実施例１の工程から金属
ローラーのみを除去した製造方法、比較例２は、実施例
１の工程から金属ローラーまでの工程を取り除き１段の
押出し被覆だけで組成物を製造する方法である。前者は
衝撃値が低く、後者は成形性不良で成形品が得られなか
った。組成物の断面図を夫々図３ＣおよびＤに示した。

【００２６】

【比較例３】実施例１の加圧冷却用金属ローラーの代わ
りに加熱ローラーを挿入して組成物を製造したものであ
り、加圧ローラーに樹脂が付着し、連続運転ができず、
実用性に乏しいものであった。得られた組成物の断面図
を図３Ｅに示した。

【００２７】

【比較例４】複数のローラーにより、連続繊維の引き取
り方向を変えることにより、繊維に樹脂を含浸させる方
法で作成したものであり、張力が大き過ぎるため連続運
転ができず、実用性に乏しいものであった。得られた組
成物の断面図を図３Ｆに示した。

【００２８】以上のようにして得られた組成物の評価は
、次の方法に従って実施した。 １）　　ペレットの断面観察ペレットを２液性エポキシ
樹脂で包埋し、ライツゼーゲミクロトーム１６００型に
よって薄片を作成し、偏向顕微鏡によって断面を観察し
た。 ２）　　成形性東芝機械（株）製ＩＳ９０Ｂ射出成形機
を用いて、１２０ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍのプレートを
成形した。 ３）　　面衝撃値２）に示した方法で成形したプレート
から８０ｍｍ×８０ｍｍのテストピースを切りだし、イ
ンストロン１３３１型高速衝撃試験機（打突先端１／２
ｉｎｃｈ、打突速度１〜１．２ｍ／ｓｅｃ）を使用して
高速面衝撃試験を実施し、得られたチャートより破壊エ
ネルギーを読みとった。 ４）　　成形品中のＧＦ長２）に示した方法で成形した
プレートの中央２０ｍｍ×２０ｍｍの部分を切りだし、
９０％ギ酸に浸漬して樹脂を溶解させ、残ったＧＦフィ
ラメント４００本以上の長さを測定してその加量平均長
さを算出した。 ５）　　成形品中のＧＦ分散性２）に示した方法で成形
したプレートをソフテックス（株）製ＳＶ−１００型Ｘ
線写真撮影装置で成形品中のＧＦ分散性を観察した。○
：良、△：不良で表す。 ６）　　ＧＦ含有量２）に示した方法で成形したプレー
トの中央２０ｍｍ×２０ｍｍの部分を切りだし６００℃
の電気炉に１２０分間投入して樹脂分を焼却し、その前
後の重量より算出した。

【００２９】以上を一括して表１にまとめて示した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば連続繊維に加えられる張
力は冷却固化した樹脂層にも分散され、繊維自体の引張
強度に束縛を与えない。さらに、繊維に付着した樹脂の
冷却が直ちに行われるため、熱劣化を受けにくいという
利点を有している。本発明に使用した冷却加圧ローラー
の効果により繊維への樹脂の含浸を行うと同時に、樹脂
を冷却固化させるため樹脂の加圧含浸により近隣のフィ
ラメントと接することなく分散されたフィラメントがそ
のままの状態で保持する。このことにより、含浸不良が
解決でき、尚且、樹脂の押出し被覆直後に加圧するため
加熱工程が省略できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱可塑性樹脂繊維強化組成物の製
造方法の一例の説明図である。

【図２】図１の３に用いるスリットダイの一例の側面図
である。

【図３】本発明の組成物の断面図の各種の態様を示した
ものである。

【符号の説明】

１：ガラス繊維ロービング ２：乾燥炉 ３：押出し被覆ダイ（スリットダイ） ４：金属製加圧冷却ローラー ５：引き取りローラー ６：加熱溶融炉、 ７：押出し被覆ダイ ８：冷却水槽 ９：ペレタイザー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　連続した繊維ロービングを１種類又は
   複数の熱可塑性樹脂により、押出し被覆して繊維強化熱
   可塑性樹脂組成物を製造するにあたり、繊維ロービング
   を熱可塑性樹脂で押出し被覆した後、該熱可塑性樹脂の
   温度が軟化点以下に低下する前に金属製ローラーで加圧
   し、冷却固化する工程を有することを特徴とする熱可塑
   性樹脂繊維強化組成物の製造法。