JPH05169445A - 繊維強化樹脂ストランド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は柔軟性を有し耐座屈性の高い
繊維強化樹脂ストランドを提供すると共に、ストランド
における強化用繊維と樹脂の密着性の高いものを効率的
に製造できる方法を開発することにある。 【構成】 本発明ストランドにおける強化用繊維束は撚
りが付与されてなり、本発明方法は強化用繊維束に樹脂
含浸させると共に、該強化用繊維束に撚りを付与するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続した長尺の強化用繊
維を使用して製造される繊維強化樹脂ストランド及びそ
の製造方法に関し、詳細には高い柔軟性及び耐座屈性を
発揮する繊維強化樹脂ストランド及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＦＲＴＰ（Fiber Reinforced Thermo Pl
astic;繊維強化熱可塑性プラスチック）のプリプレグを
製造する方法としては、溶融状態の熱可塑性樹脂浴内に
連続した長尺の強化用繊維束を通過させ、該繊維束に樹
脂を含浸すると共に、断面形状を賦形ダイによって成形
しつつ引取って繊維強化樹脂ストランド（以下単にスト
ランドという）を連続的に製造する方法がもっとも広く
行われている。図４は上記ストランドの製造装置の一例
を示す説明図、図５はその要部拡大断面図であり、樹脂
材料２Ａは加熱押出機２１によって溶融されると共に、
クロスヘッド２２へ供給され、該クロスヘッド２２の樹
脂通路２２ａ内を通過する途中において、多数本の強化
用繊維１，１と複合化された後吐出され（図５参照）、
その後賦形ダイ２３によってその断面を所望形状に成形
しストランド３として冷却器２４へ送給する。冷却によ
って固化状態となったストランド３は引抜機２５によっ
て矢印方向へ引抜かれ、必要によりカッター２６によっ
て所定長さに切断される。なおカッター２６に替えて巻
取リール等が設けられることもある。

【０００３】一方図６はストランド３の他の製造装置例
を示す説明図であり、溶融樹脂材料２は図の右側から押
出しスクリュー７によってクロスヘッド５内へ連続的に
供給されると共に、強化用繊維１，１…はクロスヘッド
５の軸長手方向に沿って上から下へ貫通する様に供給さ
れ、この通過過程において強化用繊維束に樹脂材料を含
浸しつつ賦形ダイ９において断面を所望の形状に賦形し
冷却器１０によって即座に冷却硬化する。このストラン
ド３は巻取リール１７に巻取られる。なおクロスヘッド
５内に設けられるスプレダー８，８…は強化用繊維束を
ジグザグ状に走行させて解繊し含浸性を高めるのに使用
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の様にして製造さ
れるストランド３においては、強化用繊維はストランド
長手方向と平行にが配向されており、該ストランド長手
方向の引張力及び圧縮力に対しては優れた機械的性質を
発揮する。しかるにこのストランドにおける曲げについ
ては、強化用繊維自体には弾性があるが、ストランド全
体としては柔軟性に乏しく該ストランドを屈曲又は湾曲
させると容易に破断又は座屈してしまうという大きな問
題があった。

【０００５】一方強化用繊維と樹脂材料との密着性を確
保するためには、分子量の低い樹脂を用いて溶融粘度の
低い状態で含浸を行う方法があるが（特公昭63-37694
号）、この方法ではストランドの耐熱性や疲労強度が不
十分になるという不具合が生じる。また図６の様に強化
用繊維束をスプレダー８に押し付けて解繊し、繊維間に
樹脂が浸入し易い様に構成する手段も考えられている
が、強化用繊維の折損が増加してストランドとしての機
械的性質が低下するといった問題があった。そこで本発
明者らは、柔軟性及び耐座屈性の両方が向上された繊維
強化樹脂ストランドを提供する目的で研究を重ね、本発
明を完成した。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成し得た繊
維強化樹脂ストランドは、強化用繊維束に撚りが付与さ
れてなることを要旨とするものであり、その製造方法は
長尺の強化用繊維束に溶融樹脂を含浸させると共に、撚
り機によってその軸心を中心にして回転させ、上記強化
用繊維束に撚りを与えることを要旨とするものである。

【０００７】

【作用】強化用繊維束に撚りが付与されたストランド
に、曲げ力が負荷されると、各構成繊維１は図３の
（ｂ）に示す様に曲げの内側と外側に交互に変位して湾
曲されているので、引張応力と圧縮応力は均等化されて
曲げに対する抗力が低減され、ストランドに座屈や破断
が生じるのを防止すると共に、ストランド自体は高い柔
軟性を発揮する。

【０００８】一方本発明製造方法においては、樹脂含浸
を行いつつ強化用繊維束の撚りを行うので、撚りによっ
て樹脂と強化用繊維の接触点が３次元的に変化してい
き、樹脂含浸が確実に行なえ、樹脂と繊維は確実に密着
させることができる。

【０００９】また上記方法であれば強化用繊維が仮に樹
脂含浸途中で折損しても、撚り作用によってこれが繊維
束内へ巻込まれることになるので、折損した繊維がクロ
スヘッドや賦形ダイに引掛って引抜き抵抗を増す様なこ
とはなく、また折損した繊維がクロスヘッドや賦形ダイ
の内部に滞留することも少なくなるので、これらのクリ
ーニング作業も少なくでき、効率的な製造ができる様に
なる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明ストランドを製造するための装
置例を示す説明図であり、溶融樹脂材料２は押出機６よ
りクロスヘッド５内へ連続供給される。該クロスヘッド
５の出側には賦形ダイ９、冷却器１０、撚りローラ１１
ａ，１１ｂ、引抜きローラ１２が順に配設され、該クロ
スヘッド５内には強化用繊維束を解繊するためのスプレ
ダー８が設けられる。すなわち強化用繊維１，１…はク
ロスヘッド５内で溶融樹脂材料２中に浸漬され、樹脂含
浸された後、賦形ダイ９によってその断面形状が定めら
れ、冷却器１０において冷却硬化される。撚りローラ１
１ａ，１１ｂはゴム製ローラで逆回転駆動する様に構成
され、各ローラ１１ａ，１１ｂは水平面内で逆方向に傾
けて配設されており、これらローラ１１ａ，１１ｂの交
差部でストランド３を挟持して矢印方向へ引抜くことに
より、該ストランド３は軸心を中心として回転される。
これによって冷却器１０と最下流側のスプレダー８ａの
間で撚りが付与される。なおストランド３の外面形状を
できるだけ均整化するため、クロスヘッド５の出口、賦
形ダイ９及び冷却器１０はできるだけ近接して配置する
ことが好ましい。

【００１１】図２は本発明に用いる撚り機の他の実施例
を示す説明図であり、ストランド３は自転する巻取リー
ル１７に巻取られると共に、該巻取リール１７がアーム
部１４を介して回転軸１５に接続され、ガイドロール１
６ａの下流側においてストランド３を軸心を中心として
回転させる様になっているので、強化用繊維束に撚りが
付与される。なお符号ガイドロール１６ａ，１６ｂはス
トランド３における長手方向の移動を補助するものであ
る。

【００１２】本発明に用いられる樹脂材料は特に限定さ
れず、高融点耐熱性樹脂（ポリエーテルエーテルケトン
やポリエーテルスルホンなど）を始めとして如何なる熱
可塑性樹脂も用いることができ、強化用繊維についても
制限を受けるものではなく、無機繊維や有機繊維の如何
を問わずに用いることができる。

【００１３】（実施例１）図１に示す装置を用い、熱可
塑性樹脂としてエチレン・アクリル酸共重合体（ＥＡＡ
樹脂、ダウケミカル社製プリマコール５９９０）を、強
化用繊維としてＥガラスロービング（日本硝子繊維製２
４００ｔｅｘ）を夫々用い、繊維含有量７４ｗｔ％の繊
維強化樹脂ストランド（断面径 2.1mmφ）を製造した。
ガラスロービングを溶融樹脂浴中に通し、クロスヘッド
５に配設された複数のスプレダーを交互に架け渡し５ｍ
／ｍｉｎの速度で引抜いた。さらに賦形ダイを通すこと
によりロッド状に成形した。

【００１４】こうして製造されたストランドは柔軟性に
富み、曲率半径５０ｍｍに曲げても座屈が生じなかっ
た。座屈曲率半径の測定はそれぞれ５０、１５０、２０
０、２５０ｍｍ半径の円弧状の治具にストランドを沿わ
せてフープ状に曲げることにより、どの半径で座屈が生
じるかを目視で観察した。引張強度、引張弾性率はＡＳ
ＴＭ Ｄ ３９１６に準じて測定したが、繊維が撚られ
ていてもストランドの機械的強度の低下は認められず、
むしろ向上する傾向が認められた。また５時間連続運転
後、クロスヘッドを分解して内部を調べたが、残存した
繊維の毛羽は操業上無視できるぐらいのものであった。

【００１５】（比較例１）撚り機を用いない他は実施例
１と同様のクロスヘッドを用い、ガラス繊維強化樹脂ス
トランドを製造した。材料、繊維含有量、製造条件は実
施例１と同じである。得られたストランドは曲率半径２
５０ｍｍで座屈が生じた。また製造開始から約２時間後
にクロスヘッドの賦形部に折損繊維が溜り、ダイ詰まり
を生じたため、運転を中断して、クリーニングを行なう
必要があった。実施例１と比較例１において得られたス
トランドの機械的性質を表１に示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】（実施例２）図２に示す装置を用い、熱可
塑性樹脂としてエチレン・アクリル酸共重合体（ＥＡＡ
樹脂、ダウ ケミカル社製プリマコール５９９０）を、
強化繊維としてＥガラスロービング（日本硝子繊維製２
４００ｔｅｘ）を夫々用いて、繊維含有量約７０ｗｔ％
の繊維強化樹脂ストランド（断面径 1.6mmφ）を製造し
た。ガラスロービングを溶融樹脂浴中に通して、クロス
ヘッド５に配置された複数のスプレダーを交互に架け渡
し、５ｍ／ｍｉｎの速度で引抜いた。さらにストランド
が0.3 ｍ巻取られる間に巻取リールがその垂直面内にも
１回転させることにより、ストランド中の繊維が撚ら
れ、その後冷却されてロッド状に成形した。

【００１８】こうして製造されたストランドは柔軟性に
富み、曲率半径が５０ｍｍをこえても座屈が生じなかっ
た。ストランドの引張強度、引張弾性率は繊維が撚られ
ていても低下は認められず、むしろ向上する傾向が認め
られた。また５時間連続運転後、クロスヘッドを分解し
てダイ内部を調べたが、残存した繊維の毛羽は操業上無
視できるぐらいのものであった。

【００１９】（比較例２）巻取りの際に撚りをかけずに
実施例２と同様にしてガラス繊維強化樹脂ストランド
（断面径 1.6mmφ）を製造した。材料、繊維含有量、製
造条件は実施例２と同じである。得られたストランドは
曲率半径が２５０ｍｍ以上で座屈が生じた。また製造開
始から約４時間後にクロスヘッドダイの賦形部に毛羽が
溜り、ダイ詰まりを生じたため、運転を中断して、クリ
ーニングを行なう必要があった。座屈部での繊維の損傷
具合を軟Ｘ線写真で調べたところ、内包する繊維に撚り
のかかったストランドの方が引き取り方向に繊維が１次
元的に配向した従来のストランドよりも明らかに座屈部
での繊維の損傷が少ないことがわかった。

【００２０】（実施例３）実施例２と同様のクロスヘッ
ド押出機により、強化繊維として予め撚糸されたＥガラ
スヤーン（日本硝子繊維製２４００ｔｅｘ）を用いて、
ガラス繊維強化樹脂ストランドを製造した。熱可塑性樹
脂としては実施例２と同じくエチレン・アクリル酸共重
合体（ＥＡＡ樹脂、ダウ ケミカル社製プリマコール５
９９０）を用い、繊維含有率も同じく約７０ｗｔ％とな
る様にストランドの断面径(1.6mmφ）を定めた。ガラス
ヤーンを溶融樹脂浴中に通して、クロスヘッドに配置さ
れた複数のスプレダーを交互に架け渡し、５ｍ／ｍｉｎ
の速度で引き、賦形ダイを通して冷却しロッド状に成形
した。

【００２１】このストランドは柔軟性に富み、曲率半径
が５０ｍｍをこえても座屈が生じなかった。しかし繊維
が予め撚糸されていたことにより、樹脂が繊維束内部に
完全に浸透せず、ストランド中への樹脂の供給不足から
見かけの繊維含有率が非常に高くなった（８０ｗｔ
％）。このため樹脂と繊維の密着性が著しく劣るものと
なり、引張強度、引張弾性率においてガラスロービング
を用いたものに比べ、１０〜１５％の低下が認められ
た。実施例２，３と比較例２において得られたストラン
ドの機械的性質を表２に示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】本発明のストランドは柔軟性を有し、曲
げに対して高い耐座屈性を発揮する。また本発明方法に
よって強化用繊維と樹脂材料を強固に密着させることが
でき、また賦形ダイ等において破損した強化用繊維が引
掛かることなく効率的な製造ができる様になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法に用いられる装置の実施例を示す説
明図である。

【図２】本発明方法に用いられる装置の他の実施例を示
す説明図である。

【図３】（ａ）は直線状態、（ｂ）は曲げ状態の本発明
ストランドを示す説明図である。

【図４】従来方法に用いられる装置例を示す説明図であ
る。

【図５】図４に示すクロスヘッドの一部破断説明図であ
る。

【図６】従来方法に用いられる他の装置例を示す説明図
である。

【符号の説明】

１ 強化用繊維 ２ 溶融樹脂材料 ３ 繊維強化樹脂ストランド 11ａ，11ｂ 撚りローラ １５ 回転軸 １７ 巻取リール

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺の強化用繊維束に樹脂材料が含浸さ
   れた繊維強化樹脂ストランドにおいて、上記強化用繊維
   束に撚りが付与されてなることを特徴とする繊維強化樹
   脂ストランド。
2. 【請求項２】 長尺の強化用繊維束に溶融樹脂を含浸さ
   せると共に、撚り機によってその軸心を中心にして回転
   させ、上記強化用繊維束に撚りを与えることを特徴とす
   る繊維強化樹脂ストランドの製造方法。