JPH0631821A - Manufacture of thermoplastic composite material - Google Patents

Manufacture of thermoplastic composite material

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JPH0631821A
JPH0631821A JP4227706A JP22770692A JPH0631821A JP H0631821 A JPH0631821 A JP H0631821A JP 4227706 A JP4227706 A JP 4227706A JP 22770692 A JP22770692 A JP 22770692A JP H0631821 A JPH0631821 A JP H0631821A
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thermoplastic resin
resin
fiber
composite material
impregnated
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Hideho Tanaka
秀穂 田中
Kunio Watanabe
邦夫 渡辺
Hiroshige Sasaki
博成 佐々木
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To produce thermoplastic composite material, the resin-impregnated state in which is favorable, at low cost and high speed by a method wherein the periphery of pre-impregnated matter is covered by highly viscous thermoplastic resin by employing a crosshead die having a straight die part and the resultant pre-impregnated matter is taken-off at the specified speed. CONSTITUTION:Pre-impregnated matter is produced by bringing the material concerned into contact with two or more rollers, which are installed normal to the fiber direction, at the temperature at which thermoplastic resin A such as modified polyolefin, polyamide or the like melts, and then take it off. Further, by employing a crosshead die having a straight die part, the periphery of the pre-impregnated matter is melted by being heated up to a temperature higher than that of the thermoplastic resin A. And, the periphery of the pre- impregnated matter is covered by thermoplastic resin B, the shearing viscosity of which is higher than that of the thermoplastic resin A at the same temperature and same shear rate as each other and which is compatible with the thermoplastic resin A under a molten state, such as polyethylene, polypropylene, polystyrene or the like. Next, the resultant matter is taken off at the speed of 20m/min or higher.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱可塑性複合材料の製
造方法に関するものである。更に詳しくは、速い生産速
度と繊維への樹脂の良好な含浸状態とが両立した溶融引
抜法により製造される熱可塑性複合材料の製造方法に関
するものである。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method for producing a thermoplastic composite material. More specifically, the present invention relates to a method for producing a thermoplastic composite material produced by a melt drawing method in which a high production rate and a good impregnation state of a resin into a fiber are compatible with each other.

【0002】本発明により製造される熱可塑性複合材料
は、高生産速度に起因する経済性と良好な品質とからも
たらされる高いコスト/パーフォーマンス特性を有する
ために、自動車材料、エレクトロニクス材料そして航空
・宇宙用材料と広範な用途に使用することが可能であ
り、構造材料あるいは機能材料として実用に供せられる
ものである。
The thermoplastic composite materials produced according to the present invention have high cost / performance characteristics resulting from economic efficiency and good quality due to high production rates, so that they are suitable for automotive materials, electronic materials and aeronautical materials. It can be used in a wide range of applications as space materials, and can be put to practical use as a structural material or functional material.

【0003】[0003]

【従来の技術】ガラス繊維を初めとして炭素繊維、アラ
ミド繊維などの産業資材用繊維は、それらの優れた特長
である高弾性・高強度特性を生かして工業材料に用いる
ことができる。この場合、これら繊維単独では任意形状
を有する製品として使用することができないために、通
常樹脂をマトリクスとして使うことによって成形により
賦型される。このようないわゆる複合材料は、近年工業
材料として著しい進歩をしている。
2. Description of the Related Art Fibers for industrial materials such as glass fiber, carbon fiber and aramid fiber can be used for industrial materials by taking advantage of their excellent characteristics of high elasticity and high strength. In this case, since these fibers alone cannot be used as a product having an arbitrary shape, they are usually molded by using a resin as a matrix. Such so-called composite materials have made remarkable progress as industrial materials in recent years.

【0004】複合材料の性質は、そのマトリクスである
樹脂の特性に大きく依存する。複合材料の製造の第一の
ステップは、繊維にマトリクス樹脂を含浸することであ
る。その本質的特徴である低粘度特性に基づく含浸の容
易さの点から、従来は熱硬化性樹脂(モノマー、オリゴ
マー、プレポリマーなど)がマトリクス樹脂としての主
流を形成してきた。住宅資材などに用いられているガラ
ス繊維/不飽和ポリエステルやプリント配線板などのガ
ラス繊維/エポキシ樹脂、航空機材料の炭素繊維/エポ
キシ樹脂などがよく知られた例である。
The properties of composite materials are highly dependent on the properties of the matrix resin. The first step in the production of composite materials is to impregnate the fibers with a matrix resin. Conventionally, thermosetting resins (monomers, oligomers, prepolymers, etc.) have formed the mainstream as matrix resins from the viewpoint of ease of impregnation based on the low viscosity characteristic which is an essential feature. Well-known examples are glass fiber / unsaturated polyester used for housing materials, glass fiber / epoxy resin for printed wiring boards and the like, carbon fiber / epoxy resin for aircraft materials, and the like.

【0005】熱可塑性樹脂をマトリクスとする複合材料
は、上記の熱硬化性樹脂に比べてその高粘度に起因する
含浸のしにくさや高温・高圧を要する成形など弱点を有
するが、短い成形時間、成形材料(プリプレグ)の貯蔵
安定性、得られた成形品の高靭性、後加工や補修の可能
性、リサイクル性などの数々の利点のために近年注目を
浴びている。特に、地球環境保護の点から、そのリサイ
クル性は非常に重要視されているものである。
A composite material using a thermoplastic resin as a matrix has weaknesses such as difficulty of impregnation due to its high viscosity and molding requiring high temperature and high pressure, as compared with the above-mentioned thermosetting resin, but short molding time, In recent years, it has attracted attention due to various advantages such as storage stability of molding material (prepreg), high toughness of the obtained molded product, possibility of post-processing and repair, and recyclability. In particular, recyclability is very important from the viewpoint of protecting the global environment.

【0006】熱可塑性複合材料の発展をもたらした要因
の最も重要なものの一つは、繊維への樹脂の含浸を中心
とする製造技術の画期的な進歩である。この場合大切な
ことは、熱可塑性複合材料を工業材料として使用可能に
するためには、安価で良質な材料を製造する技術でなけ
ればならないことである。これは端的に言えば、高い生
産速度と良好な含浸状態の両立である。
One of the most important factors that has led to the development of thermoplastic composite materials is the breakthrough in manufacturing technology centering on the impregnation of resin into fibers. In this case, what is important is that, in order to make the thermoplastic composite material usable as an industrial material, it must be a technique for producing a low-cost, high-quality material. In short, this is a balance between high production rate and good impregnation.

【0007】上記のような観点に立ち、従来幾多の方法
が試みられてきた。第1に、溶液やエマルジョンの状態
で含浸を行うものがある。これらは低粘度のため含浸は
良好であるが、溶媒や水を完全に除去することが必要で
あり、生産性が低く、かつ成形品中でのそれらの残留に
よる物性の低下が問題となる。第2は、モノマー、オリ
ゴマー、プレポリマーなど重合体前駆物質を使用する方
法である。これも含浸は良好であるが、重合を行うこと
が必要であり、生産速度は遅い。第3は、熱可塑性樹脂
をフィルム、粉末、繊維などの形態にして補強繊維間に
導入した後、それらを溶融させるものである。この方法
では、含浸状態は良好なものが得られるが、一般に含浸
時間が長くかかり、かつ気泡を除去することが必要であ
る。しかし、粉末樹脂を用いる方法は、流動床によって
短時間で樹脂を繊維間隙に導入できるために生産速度を
速くすることが可能である。このような利点にもかかわ
らず、気泡を含有しやすいこと及び樹脂が粉末状に限定
されると言う欠点がある。第4は、溶融状態の樹脂を直
接繊維に含浸するものであり、方法が簡単でしかも気泡
が少なく含浸状態の良い複合材料が製造できるため、最
も広く行われているものである。
From the above viewpoint, many methods have been tried. Firstly, there is one in which the impregnation is carried out in the state of a solution or emulsion. Since these have low viscosities, the impregnation is good, but it is necessary to completely remove the solvent and water, the productivity is low, and the physical properties decrease due to their residual in the molded product poses a problem. The second is a method of using a polymer precursor such as a monomer, an oligomer or a prepolymer. This also has good impregnation, but requires polymerization to be performed, and the production rate is slow. Thirdly, the thermoplastic resin is introduced into the reinforcing fibers in the form of a film, powder, fiber or the like and then melted. With this method, a good impregnation state can be obtained, but generally impregnation time is long and it is necessary to remove bubbles. However, the method using the powdered resin can increase the production rate because the resin can be introduced into the fiber gap in a short time by the fluidized bed. In spite of such advantages, there are drawbacks in that bubbles are easily contained and the resin is limited to powder. Fourthly, the resin in a molten state is directly impregnated into the fiber, and the method is the most widely used because the method is simple and a composite material with few bubbles and good in the impregnated state can be produced.

【0008】溶融樹脂を使用する方法としては、その含
浸方法から積層法と引抜法がよく知られている。前者
は、溶融したシート状の熱可塑性樹脂と繊維とを重ね合
わせた後、圧入するものである。後者は、従来熱硬化性
樹脂で実施されているいわゆる引抜成形法を利用するも
ので、溶融した熱可塑性樹脂中に繊維を導入した後、ダ
イを通して引き抜くことによって複合材料を製造する方
法である。積層法は、例えば特開昭61−40113号
公報、特開昭61−229534号公報、特開昭61−
229535号公報、特開昭61−229536号公
報、特開昭64−61557号公報、特開昭64−61
558号公報、特開昭64−61559号公報、特開昭
64−61561号公報、特開昭64−61562号公
報、特開平2−48907号公報などに開示されている
が、それらの実施例に見られるように生産速度が極めて
遅い。引抜法は、いわゆる低粘度の溶融樹脂浴を利用す
る方法(例えば特開昭57−181852号公報、特開
昭63−239032号公報、特開平3−188131
号公報、特開平3−243308号公報)もあるが、近
年では押出機の先端に装着したクロスヘッドダイを利用
する方法が広く行われるようになってきている。
As the method of using the molten resin, the lamination method and the drawing method are well known as the impregnation methods. In the former, the molten sheet-shaped thermoplastic resin and the fibers are superposed and then press-fitted. The latter utilizes a so-called pultrusion molding method which has been conventionally carried out with a thermosetting resin, and is a method for producing a composite material by introducing fibers into a molten thermoplastic resin and then withdrawing it through a die. The laminating method is, for example, JP-A-61-40113, JP-A-61-229534, and JP-A-61-
No. 229535, No. 61-229536, No. 64-61557, and No. 64-61.
No. 558, JP-A-64-61559, JP-A-64-61561, JP-A-64-61562, JP-A-2-48907, etc., but examples thereof The production speed is extremely slow as seen in. The drawing method uses a so-called low-viscosity molten resin bath (for example, JP-A-57-181852, JP-A-63-239032, JP-A-3-188131).
Japanese Patent Laid-Open No. 3-243308), but in recent years, a method of using a crosshead die attached to the tip of an extruder has been widely used.

【0009】クロスヘッドダイによる溶融引抜法におい
て、樹脂の含浸性向上のため多くの提案がされてきた。
勿論、温度を上げれば樹脂粘度低下によって含浸はよく
なるが、樹脂の熱劣化がひどく好ましくない。そこでま
ず第1は、繊維の処理に関するもので、例えば含浸前の
繊維の加熱(特開平3−47714号公報、特開平3−
230943号公報)や開繊処理(米国特許第4588
538号、特開昭63−264326号公報)などがあ
る。しかし、いづれも生産速度を大きく向上させること
はむづかしい。第2は、クロスヘッドダイの改良に関す
るものであり、加圧チャンバーを有するダイ(米国特許
第3993726号)、障壁を有するダイ(米国特許第
3993726号、米国特許第4312917号、米国
特許第4439387号、米国特許第4588538
号、特開昭63−264326号公報)、ロールやロッ
ドを内蔵するダイ(米国特許第4728387号、特開
昭63−132036号公報、特開平3−1907号公
報、特開平3−183531号公報)、脱気口を有する
ダイ(特開平4−27507号公報)などが提案されて
いる。この中で、前記発明(米国特許第3993726
号公報)において、生産速度の速い実施例が開示されて
いるが、得られる複合材料の物性値は低いことが示され
ている。第3は、ダイを使用して繊維に樹脂を付着させ
た後、加圧処理を施すもので、熱ロールを用いる方法
(特開昭59−62114号公報、特開昭60−361
36号公報)などが試みられているが、高々10m/分
程度の生産速度であることが述べられている。
Many proposals have been made for improving the impregnation property of resin in the melt drawing method using a crosshead die.
Of course, if the temperature is raised, the viscosity of the resin is lowered and the impregnation is improved, but the heat deterioration of the resin is severely undesirable. Therefore, the first one relates to the treatment of fibers, for example, heating the fibers before impregnation (Japanese Patent Laid-Open No. 3-47714, Japanese Patent Laid-Open No. 3-47714)
230943) and opening treatment (US Pat. No. 4588).
No. 538 and Japanese Patent Laid-Open No. 63-264326). However, it is difficult to greatly improve the production speed in any case. The second relates to an improved crosshead die, which has a pressure chamber (US Pat. No. 3,993,726), a barrier die (US Pat. No. 3,993,726, US Pat. No. 4,132,917, US Pat. No. 4,439,387). U.S. Pat. No. 4,588,538.
No. 63-264326), a die containing a roll or a rod (US Pat. No. 4,728,387, Japanese Patent Laid-Open No. 63-132036, Japanese Patent Laid-Open No. 3-1907, and Japanese Patent Laid-Open No. 3-183531). ), A die having a degassing port (JP-A-4-27507), and the like. Among these, the invention (US Pat. No. 3,993,726)
Japanese Patent Publication) discloses an example in which the production rate is high, but it is shown that the resulting composite material has low physical properties. Thirdly, a resin is attached to the fibers by using a die, and then pressure treatment is performed. A method using a heat roll (Japanese Patent Laid-Open Nos. 59-62114 and 60-361).
No. 36) has been tried, but it is stated that the production speed is at most about 10 m / min.

【0010】前記のような装置面での発明とは別に材料
サイドからの溶融引抜法における樹脂含浸性の改良も行
われてきた。これらは主として、特殊なサイジング剤で
集束した繊維を使用するもの(特開平3−181528
号公報)、繊維に対する親和性が高いマトリクス樹脂を
使用するもの(特開平3−121146号公報)、可塑
剤(特開昭59−47233号公報、特開昭59−47
234号公報、特開平3−115327号公報)や液晶
ポリマー(米国特許第4386174号、米国特許第4
433083号、米国特許第4438236号)を添加
して樹脂を低粘度化するもの、特定の樹脂のブレンド
(特開平3−6256号公報)などであるが、いづれの
方法でも高生産速度を達成できない。
In addition to the above-mentioned invention in terms of the apparatus, the resin impregnation property in the melt drawing method from the material side has been improved. These mainly use fibers bundled with a special sizing agent (JP-A-3-181528).
JP-A No. 3-121146), plasticizers (JP-A-59-47233 and JP-A-59-47), which use a matrix resin having a high affinity for fibers.
234, JP-A-3-115327) and liquid crystal polymers (US Pat. No. 4,386,174, US Pat. No. 4).
No. 433083, U.S. Pat. No. 4,438,236) to lower the viscosity of the resin and a blend of specific resins (Japanese Patent Laid-Open No. 3-6256), but high productivity cannot be achieved by either method. .

【0011】クロヘッドダイを使用する溶融引抜法によ
って熱可塑性複合材料を製造する技術において、繊維中
への樹脂の良好な含浸を得る目的(特開昭61−236
832号公報、特開平1−317751号公報)やダイ
出口での毛羽立ちを防止する目的(特開平3−2728
30号公報)などでいわゆる二段法プロセスが開示され
ている。これは、第1の工程でクロスヘッドダイによっ
て第1の樹脂を繊維に含浸させた後、第2の工程で再び
クロスヘッドダイを使用して、第1の工程で得られた含
浸物に第2の樹脂を被覆するものである。ここで、第1
の樹脂と第2の樹脂とは同一のものでもよい(特開平3
−272830号公報)が、一般には異なるものが使用
される(ただし、両者は相溶性を有する)。即ち、第1
の樹脂は、低粘度で繊維との親和性を有するもの、第2
の樹脂は、いわゆるマトリクスを形成する高分子量で物
性の優れたものである(特開昭61−236832号公
報、特開平1−317751号公報)。更に、第1の工
程(含浸)で使用するクロスヘッドダイとしては、凸状
の障壁通路を有するものが開示されている。なお、第1
及び第2の工程は連続して行うことが示されている。こ
のような二段プロセス法は、良好な含浸状態を生み出す
ために、優れた物性を持つ複合材料の製造を可能にす
る。しかし高速引取条件下では、障壁個所での糸切れが
避けられず、それらの実施例にも開示されているように
生産速度が遅いと言う致命的な欠点がある。
In the technique of producing a thermoplastic composite material by the melt drawing method using a black head die, the purpose is to obtain good impregnation of the resin into the fiber (Japanese Patent Laid-Open No. 61-236).
No. 832, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-317751) and the purpose of preventing fuzz at the die exit (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-2728).
So-called two-step process is disclosed in Japanese Patent No. 30). This is because the fiber is impregnated with the first resin by the crosshead die in the first step, and then the crosshead die is used again in the second step to make the impregnated material obtained in the first step It coats the resin of No. 2. Where the first
The resin and the second resin may be the same (Japanese Patent Laid-Open No. Hei 3 (1999) -311 (1999)).
However, different ones are generally used (however, both have compatibility). That is, the first
Resins with low viscosity and affinity for fibers,
The resin of (1) has a high molecular weight that forms a so-called matrix and has excellent physical properties (JP-A-61-236832 and JP-A-1-3177751). Further, as the crosshead die used in the first step (impregnation), one having a convex barrier passage is disclosed. The first
And the second step is shown to be performed continuously. Such a two-step process method allows the production of composite materials with excellent physical properties in order to produce good impregnation. However, under the high-speed take-up condition, the yarn breakage at the barrier is unavoidable, and there is a fatal defect that the production rate is slow as disclosed in those examples.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従来の技術の項で述べ
たように、これまで熱可塑性複合材料の製造技術とし
て、内部に気泡を含まない良好な樹脂含浸状態に基づく
高品質の複合材料をしかも速い生産速度で製造する方法
がなかったのである。
As described in the section of the prior art, as a technique for producing a thermoplastic composite material, a high-quality composite material based on a good resin-impregnated state containing no air bubbles inside has been used so far. Moreover, there was no way to manufacture at a high production rate.

【0013】従って本発明の目的は、このような従来技
術の抱える問題点とも言うべき生産性と品質を両立させ
た熱可塑性複合材料の製造方法を提供しようとするもの
である。
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a thermoplastic composite material which achieves both the productivity and the quality, which should be said to be a problem of the prior art.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】複合材料の生産の律速
は、繊維への樹脂の含浸工程である。これは、高粘度を
有する熱可塑性樹脂の場合特に顕著である。含浸工程の
速度は、含浸工程の長さを含浸に要する時間で割ったも
のであるが、工程を長くすることは設備コストの点から
好ましくないため、含浸に要する時間の短縮化によって
高速化を図らねばならない。
The rate-limiting factor in the production of composite materials is the process of impregnating fibers with resin. This is particularly remarkable in the case of a thermoplastic resin having a high viscosity. The speed of the impregnation step is the length of the impregnation step divided by the time required for impregnation, but lengthening the step is not preferable from the point of view of equipment cost, so speed up by shortening the time required for impregnation. I have to figure it out.

【0015】含浸時間の短縮には、含浸速度を速めるこ
とが必要である。繊維への樹脂の含浸速度(V)に関し
ては、通常下記の数式で示すDarcyの法則が適用さ
れることがよく知られている。従って含浸速度を速める
には、透過率の増加(例えば繊維の開繊など)、樹脂粘
度の低下、加圧が求められる。
To reduce the impregnation time, it is necessary to increase the impregnation rate. It is well known that Darcy's law represented by the following mathematical formula is usually applied to the impregnation rate (V) of the resin into the fiber. Therefore, in order to increase the impregnation speed, it is necessary to increase the transmittance (for example, opening the fiber), decrease the resin viscosity, and pressurize.

【0016】[0016]

【式1】 [Formula 1]

【0017】本発明は、押出機によって、10−1
でのせん断粘度が1〜20パスカル・秒であり、かつ、
主鎖骨格又は側鎖に繊維表面の官能基と化学的親和性の
ある極性基を有する熱可塑性樹脂(以下、「熱可塑性樹
脂A」という)が供給されているダイ部が直線状を呈す
るクロスヘッドダイを通して連続補強繊維を引き抜いた
後、前記熱可塑性樹脂Aの溶融する温度において、繊維
方向に垂直に置かれた円柱状の自由回転する少なくとも
二個以上のローラーに巻き掛けて引き取って予備含浸物
を製造し、更にダイ部が直線状を呈するクロスヘッドダ
イを使用して前記予備含浸物の周囲を、熱可塑性樹脂A
よりも高温で溶融し、同一温度及び同一せん断速度にお
いて熱可塑性樹脂Aよりも高いせん断粘度を有するもの
であり、かつ、熱可塑性樹脂Aとは溶融状態において相
溶性がある熱可塑性樹脂(以下、「熱可塑性樹脂B」と
いう)で被覆することによって製造され、少なくとも2
0m/分以上の速度で引き取ることを特徴とする熱可塑
性複合材料の製造方法である。
The present invention uses an extruder for 10 2 sec -1.
Has a shear viscosity of 1 to 20 Pascal · sec, and
A cloth in which a thermoplastic resin having a polar group having a chemical affinity with a functional group on the fiber surface in a main chain skeleton or a side chain (hereinafter, referred to as "thermoplastic resin A") is linearly crossed After pulling out the continuous reinforcing fiber through the head die, at a temperature at which the thermoplastic resin A is melted, the continuous reinforcing fiber is wound around at least two or more cylindrical free-rotating rollers placed perpendicular to the fiber direction to be taken up and pre-impregnated. Of the pre-impregnated product by using a crosshead die having a linear die part.
A thermoplastic resin that melts at a higher temperature than the above, has a higher shear viscosity than the thermoplastic resin A at the same temperature and the same shear rate, and is compatible with the thermoplastic resin A in the molten state (hereinafter, "Thermoplastic resin B"), and at least 2
It is a method for producing a thermoplastic composite material, characterized in that the thermoplastic composite material is collected at a speed of 0 m / min or more.

【0018】即ち本発明は、熱可塑性複合材料の製造工
程を予備含浸物を製造する含浸工程と、得られた予備含
浸物から最終目的製品を製造する被覆工程との二つに分
離し、前述したように律速である含浸工程をスピードア
ップすることによって、全体の高速化を図ろうとするも
のである。
That is, according to the present invention, the thermoplastic composite material manufacturing process is divided into two processes, an impregnation process for producing a pre-impregnated product and a coating process for producing a final target product from the obtained pre-impregnated product. As described above, the speed of the impregnation process, which is the rate-determining process, is speeded up in order to speed up the whole process.

【0019】本発明に述べる含浸工程とは、押出機によ
って熱可塑性樹脂Aが供給されているクロスヘッドダイ
を通して連続補強繊維を引き抜いた後、前記熱可塑性
樹脂Aの溶融する温度において、繊維方向に垂直に置か
れた円柱状の自由回転する少なくとも二個以上のローラ
ーに巻き掛けて引き取って予備含浸物を製造するもので
ある。
The impregnation step described in the present invention means that continuous reinforcing fibers are drawn out through a crosshead die in which the thermoplastic resin A is supplied by an extruder, and then the thermoplastic resin A is melted at a temperature in the fiber direction. The pre-impregnated product is manufactured by wrapping it around at least two or more vertically rotating cylindrical freely rotating rollers.

【0020】図1において、クリール1から送り出され
る連続補強繊維2は、ガイドロール3を介して予熱処理
装置4に導かれる。クリールには、送り出される繊維の
張力の制御ができるような機能を有していることが要求
される。特に複合材料を高速生産する場合、含浸性の向
上と同時に糸切れが生じないように張力を設定しなけれ
ばならない。又ガイドロールは、クリールから供給され
る繊維を予熱処理装置へ導入するためのものであり、毛
羽立ちが起こらないような工夫が要る。摩擦抵抗をでき
るだけ低下させるような形状(径や幅)や表面状態(セ
ラミック、テフロン表面など)への配慮が要る。又、回
転抵抗が少なく自由回転が可能なロールが好ましい。予
熱処理は、繊維に付着した水分などの揮発性物質の除去
及び繊維との接触時における樹脂温度の低下に伴う粘度
上昇の防止によって、樹脂の含浸特性が悪化することを
防ぐ目的で行われる。温度は、付着揮発性物質の沸点及
び樹脂の含浸温度によって選択されるが、繊維の処理剤
(主として集束剤)の耐熱性(溶融温度及び熱分解温
度)を考慮して選定される。従って繊維/樹脂の組み合
わせに依存するが、例えばガラス繊維/ポリプロピレン
の場合で120〜230℃好ましくは140〜200℃
である。処理時間は、処理温度や繊維の種類(熱伝導
率)によって異なるが10秒〜1分程度である。加熱方
法としては熱風方式が一般的であるが、繊維の集束状態
を乱すので赤外線放射方式の方が望ましい。なお、熱分
解しやすい繊維処理剤が使用されている場合は不活性ガ
ス雰囲気で行うのがよい。
In FIG. 1, the continuous reinforcing fiber 2 delivered from the creel 1 is guided to a preheat treatment device 4 via a guide roll 3. The creel is required to have a function of controlling the tension of the fibers to be fed. Especially in the case of producing a composite material at a high speed, the tension must be set so that the yarn is not broken at the same time as the impregnation property is improved. Further, the guide roll is for introducing the fiber supplied from the creel into the preheat treatment apparatus, and it is necessary to devise it so that fluff does not occur. It is necessary to consider the shape (diameter and width) and surface condition (ceramic, Teflon surface, etc.) that will reduce the frictional resistance as much as possible. Further, a roll which has a low rotational resistance and can freely rotate is preferable. The preheat treatment is carried out for the purpose of preventing deterioration of impregnation characteristics of the resin by removing volatile substances such as water adhering to the fiber and preventing increase in viscosity due to decrease in resin temperature at the time of contact with the fiber. The temperature is selected according to the boiling point of the attached volatile substance and the impregnation temperature of the resin, and is selected in consideration of the heat resistance (melting temperature and thermal decomposition temperature) of the fiber treating agent (mainly sizing agent). Therefore, depending on the fiber / resin combination, for example, in the case of glass fiber / polypropylene, 120 to 230 ° C, preferably 140 to 200 ° C.
Is. The treatment time varies depending on the treatment temperature and the type of fiber (heat conductivity), but is about 10 seconds to 1 minute. As a heating method, a hot air method is generally used, but an infrared radiation method is more preferable because it disturbs the bundled state of fibers. When a fiber treatment agent that is easily decomposed by heat is used, it is preferably performed in an inert gas atmosphere.

【0021】本発明で使用される連続補強繊維には、ガ
ラス、カーボン、アラミドの他ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリフェニレンサル
ファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶ポリマ
ー、ポリイミドなどの有機ポリマー繊維、アルミナ、炭
化ケイ素、窒化ケイ素などの無機繊維、ステンレス鋼な
どの金属繊維が含まれる。なお、上記のうちの二種以上
の組み合わせも差しつかえない。
Examples of the continuous reinforcing fiber used in the present invention include glass, carbon, aramid, polyethylene, polypropylene, nylon, polyester, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, liquid crystal polymer, organic polymer fiber such as polyimide, alumina, Inorganic fibers such as silicon carbide and silicon nitride, and metal fibers such as stainless steel are included. Note that a combination of two or more of the above may be used.

【0022】これら繊維の直径や集束本数についての制
限は特にない。一般的には、直径は4〜20μm、集束
本数は1000〜15000本程度である。これらは、
樹脂の含浸性及び複合材料の物性との兼ね合いから選択
される。本発明では、このようなトウ(モノフィラメン
トを多数本集束したもの)が最適であるが、この他織物
も使用することができる。しかし、特に一本のトウを使
用するのが最も好適な実施態様である。繊維には通常処
理剤が施される。処理剤として最も重要なものは、表面
処理剤と集束剤である。表面処理剤としては、ガラス繊
維に対するシランカップリング剤が公知のものであるが
各種カップリング剤が使用される。これらは繊維表面に
化学的に結合し、マトリクスである樹脂との化学的親和
性を飛躍的に高めることによって、複合材料の物性を著
しく改良する。それらの種類は使用する樹脂の化学構造
に依存し、処理量も一概には言えないが一般的に繊維1
00重量部に対し、0.01〜1好ましくは0.05〜
0.5重量部である。集束剤は、多数の繊維を束ねてそ
の取扱い性を向上させるものであり、本発明の主旨であ
る高速での複合材料の製造時には非常に重要な役目を果
す。即ち、高速でのクリールからの繊維の巻き出しやガ
イドロールでの摩擦時の繊維の損傷を防止しなければな
らない。集束剤の種類は、通常マトリクス樹脂と相溶性
を有するポリマーが使用される。重要なのはその付着量
であり、少なすぎると上記の繊維保護効果が発揮でき
ず、又多すぎると樹脂の含浸性を低下させてしまう。多
くの場合、繊維100重量部に対し、0.1〜1重量部
程度である。又本発明に用いる連続補強繊維が具備すべ
き重要な要件の一つは、撚りが少ないこと、できれば無
いことである。撚りは含浸不良をもたらし、避けねばな
らない。このため、何本かの繊維同志を合体させて製造
されるいわゆる合糸ロービングは、撚りを含みやすく適
していない。又、巻き出し時のボビンからの繊維の解除
についても撚りを生じにくい外側からの解除が望まし
い。内側解除の場合は、撚りを生じないような工夫が必
要である。
There are no particular restrictions on the diameter or the number of bundles of these fibers. Generally, the diameter is 4 to 20 μm and the number of bundles is about 1000 to 15000. They are,
It is selected in consideration of the impregnation property of the resin and the physical properties of the composite material. In the present invention, such tow (a bundle of a large number of monofilaments) is optimal, but other woven fabrics can also be used. However, in particular the use of one tow is the most preferred embodiment. The fiber is usually treated with a treating agent. The most important treatment agents are surface treatment agents and sizing agents. As the surface treatment agent, silane coupling agents for glass fibers are known, but various coupling agents are used. These chemically bond to the fiber surface and dramatically improve the chemical affinity with the matrix resin, thereby significantly improving the physical properties of the composite material. The types of them depend on the chemical structure of the resin used, and the throughput cannot be generally stated, but in general fiber 1
0.01 to 1 part by weight, preferably 0.05 to 1 part by weight
0.5 parts by weight. The sizing agent bundles a large number of fibers to improve the handleability thereof, and plays a very important role at the time of producing a composite material at a high speed, which is the gist of the present invention. That is, it is necessary to prevent the unwinding of the fiber from the creel at high speed and the damage of the fiber when the guide roll rubs. As the sizing agent, a polymer having compatibility with the matrix resin is usually used. What is important is the amount of adhesion, and if it is too small, the above fiber protection effect cannot be exhibited, and if it is too large, the impregnation property of the resin is reduced. In many cases, it is about 0.1 to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the fiber. Further, one of the important requirements that the continuous reinforcing fiber used in the present invention has is that the twisting is small, and if possible, it is not necessary. Twisting causes poor impregnation and must be avoided. For this reason, so-called compound yarn roving, which is produced by combining several fibers together, is not suitable because it easily contains twist. Also, when releasing the fibers from the bobbin when unwinding, it is desirable to release the fibers from the outside where twisting is less likely to occur. When releasing inside, it is necessary to devise so that twisting does not occur.

【0023】クリール、ガイドロール及び予熱処理装置
の位置関係に関しては、クリールとガイドロールとの距
離は出来るだけ長い方が好ましい。ボビン中央部と端部
とで送り出し時の繊維にかかる張力の差が小さくなり、
含浸ムラが生じにくくなる。又、糸道のブレが小さく、
安定性がよい。なお、ガイドロールと予熱処理装置との
距離については特に制約はない。
Regarding the positional relationship between the creel, the guide rolls and the preheat treatment device, it is preferable that the distance between the creel and the guide rolls is as long as possible. The difference in tension applied to the fiber at the time of delivery from the center and end of the bobbin is reduced,
Impregnation is less likely to occur. Also, the yarn path blurring is small,
Good stability. The distance between the guide roll and the preheat treatment device is not particularly limited.

【0024】次に予熱処理装置4を出た繊維は、押出機
5によって熱可塑性樹脂A6が供給されているクロスヘ
ッドダイ17に入り、それを通して引き抜かれる。押出
機は単軸押出機が最も一般的であるが、二軸押出機を使
用することも可能であり、含浸樹脂中に気泡を含まない
ようにするために脱気装置(ベント)を装備させること
も好ましい。得られる予備含浸物の組成を均一にするた
めには、樹脂の吐出変動を極力抑えることが必要であり
(特に高速生産の場合)、樹脂のフィードやスクリュー
への食い込み、送りなどに注意しなければならない。こ
のような点から、樹脂の形状及びその均一性やスクリュ
ー形状に配慮が必要となる。又、フィーダーの使用も考
えられる。
Next, the fiber exiting the preheat treatment apparatus 4 enters the crosshead die 17 to which the thermoplastic resin A6 is supplied by the extruder 5 and is drawn through it. The most common extruder is a single screw extruder, but it is also possible to use a twin screw extruder and equip a degassing device (vent) to prevent bubbles from being contained in the impregnated resin. Is also preferable. In order to make the composition of the obtained pre-impregnated material uniform, it is necessary to suppress the fluctuation of resin discharge as much as possible (especially in the case of high-speed production). I have to. From such a point, it is necessary to consider the shape of the resin, its uniformity, and the screw shape. It is also possible to use a feeder.

【0025】本発明で使用するクロスヘッドダイ は、
通常電線被覆成形に使用されるもの(プレッシャーダ
イ)と類似のタイプである。図2に示すように、押出機
から送られてくる溶融樹脂は、その流出量の均一化を図
るために設けられたマニホールド(樹脂溜り)8に入
り、矩形断面を呈する流路9を通って合流点10におい
て繊維と接触する。ガイダーチップ11は溶融樹脂のダ
イ後部からの洩れ防止と繊維をダイ中心に保持する役目
を果すものである。それは硬質の繊維と高速で接触する
ために材質の選択が重要であり、高硬度鋼などが好適で
ある。又ガイダーチップ部の間隙12(矩形断面)は使
用する繊維の直径や集束本数などに依存し、集束糸との
クリアランスで0.05〜0.1mm程度が必要であ
る。ただし、間隙はテーパー状になっていても差しつか
えない。間隙は狭すぎると糸切れが生じ、又広すぎると
樹脂洩れの原因となる。ガイダーチップ部の長さは、繊
維の保持ができる寸法があれば充分と言える。繊維と接
触した樹脂は、断面が矩形のスリット状ダイ部13にお
いて繊維間へ浸透する。本発明に使用するダイ部の形状
については、高速生産時に糸切れが発生するようなもの
は不適である。凸状障壁を有する波形のような複雑な曲
線形状の場合、樹脂の含浸性向上効果は期待できるが高
速での引き抜きは不可能である。抵抗の少ない単純な直
線状が望ましい。ただし、テーパー状になっていても差
しつかえない。溶融樹脂を含有しており、繊維自体と接
触するわけではないから、ダイ部の材質は普通鋼で充分
である。ダイ部の長さは、断面形状(間隙及び幅)、樹
脂粘度及び押出量、引取速度、圧力損失によって決定さ
れるが、高速引取を可能にするためにはダイを長くして
樹脂の繊維への浸透を図る必要がある。なお、間隙は、
使用する繊維の径、フィラメント数に依存する。しか
し、狭い間隙や長いダイは繊維にかかる張力が大きくな
り、糸切れしやすくなることも考慮せねばならない。
The crosshead die used in the present invention is
This type is similar to that normally used for wire coating molding (pressure die). As shown in FIG. 2, the molten resin sent from the extruder enters a manifold (resin reservoir) 8 provided to make the outflow amount uniform, and passes through a flow path 9 having a rectangular cross section. The fibers come into contact at the confluence 10. The guider chip 11 serves to prevent the molten resin from leaking from the rear part of the die and to hold the fiber at the center of the die. It is important to select the material because it comes into contact with hard fibers at high speed, and high hardness steel or the like is suitable. Further, the gap 12 (rectangular cross section) of the guider tip portion depends on the diameter of the fiber used and the number of bundles, and the clearance with the bundled yarn needs to be about 0.05 to 0.1 mm. However, even if the gap is tapered, it does not matter. If the gap is too narrow, yarn breakage will occur, and if it is too wide, resin leakage will occur. It can be said that the length of the guider tip portion is sufficient if it has a dimension capable of holding the fibers. The resin in contact with the fibers penetrates between the fibers in the slit-shaped die portion 13 having a rectangular cross section. Regarding the shape of the die portion used in the present invention, it is not suitable that the yarn breaks during high-speed production. In the case of a complicated curved shape such as a corrugated shape having a convex barrier, the effect of improving the impregnating property of the resin can be expected, but the high-speed extraction is impossible. A simple straight line with low resistance is desirable. However, it does not matter if it is tapered. Since the molten resin is contained and does not come into contact with the fiber itself, the material of the die portion is normally steel. The length of the die is determined by the cross-sectional shape (gap and width), resin viscosity and extrusion rate, take-up speed, and pressure loss. It is necessary to promote the penetration of The gap is
It depends on the diameter of the fiber used and the number of filaments. However, it must be taken into consideration that a narrow gap or a long die will increase the tension applied to the fiber and will easily break the yarn.

【0026】クロスヘッドダイ の温度は、使用する熱
可塑性樹脂Aの溶融温度以上でかつ熱分解温度以下とし
なければならない。例えばポリプロピレンの場合、15
0〜230℃好ましくは160〜200℃である。
The temperature of the crosshead die must be above the melting temperature of the thermoplastic resin A used and below the thermal decomposition temperature. For polypropylene, for example, 15
0 to 230 ° C, preferably 160 to 200 ° C.

【0027】本発明の熱可塑性樹脂Aは、(i)繊維へ
の含浸に優れている、(ii)繊維表面との濡れ性がよ
い、の二つの条件を満すものでなければならない。上記
(i)及び(ii)から、主鎖骨格又は側鎖に繊維表面
と化学的親和性のある極性基を有することが必要であ
る。極性基の種類及び量は使用する繊維の表面官能基の
状態(特に表面処理剤の種類及び量)に依存して決めら
れる。極性基の種類としては、カルボニル、酸、エステ
ル、OH、エーテル、エポキシ、ハロゲン、アミンなど
があげられる。又、上記(ii)からこれら樹脂の溶融
粘度は、含浸速度を決定づけるので非常に重要である。
本発明に述べるクロスヘッドダイ のダイ部でのせん断
速度は、樹脂押出量及びダイ形状によって変るが、概ね
10−1のオーダーである。本発明で使用する熱可
塑性樹脂Aは、前記せん断速度域における溶融粘度が1
〜20Pa(パスカル)・秒好ましくは5〜10Pa・
秒であることが望ましい。20Pa・秒より大きいと、
含浸性がよくない。又1Pa・秒より小さいと、最終的
に製造される複合材料の物性を低下させるので不適当で
ある。このような熱可塑性樹脂Aの例としては、変性ポ
リオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどの
ポリマーの低分子量物があげられる。なお、上記の変性
ポリオレフィンとしては、無水マレイン酸やイタコン酸
などの不飽和カルボン酸、2−ヒドロキシエチルメタク
リレートやグリシジルメタクリレートなどの不飽和カル
ボン酸エステルなどをグラフトしたポリオレフィンがよ
く知られており、アミノシランカップリング剤などで処
理されたガラス繊維に対して効果的であることも公知で
ある。
The thermoplastic resin A of the present invention must satisfy the following two conditions: (i) excellent impregnation into fibers and (ii) good wettability with the fiber surface. From the above (i) and (ii), it is necessary to have a polar group having chemical affinity with the fiber surface in the main chain skeleton or the side chain. The type and amount of the polar group are determined depending on the state of the surface functional group of the fiber used (particularly the type and amount of the surface treatment agent). Examples of the polar group include carbonyl, acid, ester, OH, ether, epoxy, halogen and amine. Further, from the above (ii), the melt viscosity of these resins is very important because it determines the impregnation rate.
The shear rate at the die portion of the crosshead die described in the present invention is generally on the order of 10 2 sec -1 , though it varies depending on the resin extrusion amount and die shape. The thermoplastic resin A used in the present invention has a melt viscosity of 1 in the shear rate range.
-20 Pa (Pascal) · sec, preferably 5-10 Pa ·
Seconds are preferred. If it is larger than 20 Pa · sec,
Impregnating property is not good. On the other hand, if it is less than 1 Pa · sec, the physical properties of the finally produced composite material are deteriorated, which is unsuitable. Examples of such thermoplastic resin A include low molecular weight polymers such as modified polyolefin, polyamide, polyester, polyphenylene sulfide, and polyether ether ketone. As the modified polyolefin, a polyolefin grafted with an unsaturated carboxylic acid such as maleic anhydride or itaconic acid or an unsaturated carboxylic acid ester such as 2-hydroxyethyl methacrylate or glycidyl methacrylate is well known, and aminosilane It is also known to be effective for glass fibers treated with a coupling agent or the like.

【0028】熱可塑性樹脂Aは、使用する繊維(特に表
面特性)及び後述する熱可塑性樹脂Bとの組み合わせに
よって選定される。熱可塑件樹脂Aの使用に際し、その
特性を損ねない程度において各種の添加剤(例えば酸化
防止剤)、可塑剤、滑剤、充填剤などを添加してもよ
い。
The thermoplastic resin A is selected according to the combination of the fiber used (particularly the surface characteristics) and the thermoplastic resin B described later. When using the thermoplastic resin A, various additives (for example, antioxidants), plasticizers, lubricants, fillers, etc. may be added to the extent that the characteristics thereof are not impaired.

【0029】クロスヘッドダイ において熱可塑性樹脂
Aを付着した連続補強繊維は、その溶融する温度におい
て、繊維方向に垂直に置かれた円柱状の自由回転する少
なくとも二個以上のローラー14に巻き掛けて引き取ら
れ、予備含浸物15を与える。この場合、全体の生産速
度の点からクロスヘッドダイ を出た繊維は、その間に
含まれている樹脂が固化しない溶融した状熊で前記ロー
ラーに到達するのが好ましい。従って、クロスヘッドダ
イ とローラーとの間の距離は短いのが好ましい。
At the melting temperature, the continuous reinforcing fibers to which the thermoplastic resin A has been attached in the crosshead die are wound around at least two or more cylindrical freely rotating rollers 14 placed perpendicular to the fiber direction. Taken off to give the pre-impregnate 15. In this case, it is preferable that the fibers exiting the crosshead die reach the rollers in the form of a molten bear in which the resin contained therein does not solidify in view of the overall production speed. Therefore, a short distance between the crosshead die and the rollers is preferred.

【0030】本発明で用いるローラーは、前記熱可塑性
樹脂Aを繊維に含浸させるための装置であり、特に重要
である。ローラーに巻き掛けて引き取ることによって、
繊維に張力がかかり、付着している樹脂が含浸する。含
浸を行うには、樹脂は溶融状態にあることが必須条件で
ある。そのためには、ヒーターや熱媒循環などによって
ローラー自体を加熱する方法、熱風や赤外線などによっ
て加熱された槽の中にローラーを置く方法などにより、
熱可塑性樹脂Aを溶融させることができる。温度は、使
用する熱可塑性樹脂Aの溶融する温度以上であり、高い
程粘席低下に伴う含浸速度の上昇が期待できるので好ま
しいが、熱分解に注意することが必要である。例えばポ
リプロピレンの場合150〜200℃好ましくは150
〜180℃である。このため、不活性ガス雰囲気中にロ
ーラーを設置することも推奨できる。
The roller used in the present invention is an apparatus for impregnating fibers with the thermoplastic resin A, and is particularly important. By wrapping around the roller and taking it up,
The fiber is under tension and is impregnated with the attached resin. In order to carry out the impregnation, it is an essential condition that the resin is in a molten state. For that purpose, by heating the roller itself with a heater or heating medium circulation, or by placing the roller in a tank heated by hot air or infrared rays,
The thermoplastic resin A can be melted. The temperature is equal to or higher than the melting temperature of the thermoplastic resin A to be used, and the higher the temperature is, the higher the impregnation rate can be expected due to the decrease in stickiness, which is preferable. For example, in the case of polypropylene, 150 to 200 ° C, preferably 150
~ 180 ° C. Therefore, it is also recommended to install the roller in an inert gas atmosphere.

【0031】上記のローラを使用して、繊維に樹脂を含
浸させる工程において、その含浸性を支配する因子とし
てあげられるものの中でローラーに関係するものは、回
転(固定、自由回転のいづれか)、形状、表面摩擦係
数、個数、繊維との接触角などである。本発明の目的で
ある速い生産速度と良好な含浸性を得るために、これら
因子の選択は極めて重要である。まず回転及び形状に関
しては、自由回転する円柱型であることが必須条件であ
る。固定ローラーや回転楕円体状の凸面形状をしたロー
ラーなどが含浸性向上の点から知られているが、高速時
には糸切れや毛羽立ちが生じやすく不適当である。又表
面摩擦係数をできるだけ小さくすることも要求され、耐
熱性も考慮してローラーの材質を選択しなければならな
い。なお、摩擦は表面のみの問題であるから、金属にセ
ラミックやテフロンなどのコーティングやハードクロム
メッキなどを施すような方法でも差しつかえない。次
に、径、個数及び接触角であるが、これらはコスト/パ
ーフォーマンスの点から、ベストのものを選定しなけれ
ばならない(ただし個数については、雄鮒に張力をかけ
るためには、最低二個は必要である)。一般に、径が大
きく、個数が多く、接触角が大きい(即ち、ローラー間
距離が小さい)程繊維にかかる張力は大きくなり、含浸
性は向上するが、反面糸切れも生じやすくなる。この傾
向は、高速引き取りになる程著しく現われる。ローラー
の配置に関しては、図3に示すように、それらの回転軸
が同一直線上にあってもあるいはなくてもいづれでもよ
く、図に示すようにローラー間の距離を変えることによ
って繊維との接触角を制御することができる。前記ロー
ラーによって繊維に樹脂が含浸した予備含浸物が製造さ
れるが、本発明の予備含浸物中に占める繊維の割合は最
高80体積%まで可能であり、好ましくは60〜75体
積%である。又熱塑性樹脂Aの割合は最低20体積%ま
で可能であるが、好ましくは25〜40体積%である。
繊維割合が80体積%を超えると、未含浸部分が多くな
り好ましくない。又、その値が60体積%より小さい即
ち熱可塑性樹脂Aの割合が40体積%より多いと、最終
的に製造される複合材料中に低分子量樹脂である熱可塑
性樹脂Aが多く存在することになって物性上不都合とな
る。
In the step of impregnating fibers with a resin using the above roller, among the factors that control the impregnating property, those related to the roller are rotation (fixed or free rotation), Shape, surface friction coefficient, number, contact angle with fiber, etc. The selection of these factors is extremely important in order to obtain the high production rate and good impregnability which is the object of the present invention. First, regarding rotation and shape, it is an essential condition that it is a freely rotating columnar type. Fixed rollers and rollers having a spheroidal convex shape are known from the viewpoint of improving the impregnation property, but they are unsuitable because at the time of high speed, yarn breakage or fluffing easily occurs. It is also required to make the surface friction coefficient as small as possible, and the material of the roller must be selected in consideration of heat resistance. Since friction is only a problem on the surface, a method of coating a metal with ceramics, Teflon, or hard chrome may be used. Next, regarding the diameter, number, and contact angle, these must be selected from the best in terms of cost / performance (however, for the number, in order to tension the male salmon, at least two must be selected). Pieces are required). Generally, the larger the diameter, the larger the number, and the larger the contact angle (that is, the smaller the distance between the rollers), the larger the tension applied to the fiber and the better the impregnation property, but the more easily the yarn breaks. This tendency becomes more remarkable as the collection speed increases. Regarding the arrangement of the rollers, as shown in FIG. 3, their rotation axes may or may not be on the same straight line, and contact with the fibers by changing the distance between the rollers as shown in the figure. The corners can be controlled. The roller produces a pre-impregnated material in which fibers are impregnated with a resin, and the proportion of fibers in the pre-impregnated material of the present invention can be up to 80% by volume, preferably 60 to 75% by volume. The ratio of the thermoplastic resin A can be at least 20% by volume, but is preferably 25 to 40% by volume.
When the fiber ratio exceeds 80% by volume, the unimpregnated portion increases, which is not preferable. Further, when the value is less than 60% by volume, that is, the ratio of the thermoplastic resin A is more than 40% by volume, a large amount of the thermoplastic resin A which is a low molecular weight resin is present in the finally produced composite material. Becomes inconvenient in terms of physical properties.

【0032】本発明に述べる被覆工程とは、上記含浸工
程で得られた予備含浸物を、クロスヘッドダイ を使用
してその周囲に熱可塑性樹脂Bを被覆することによっ
て、最終製品である熱可塑性複合材料を製造する工程で
ある。
The coating step described in the present invention is to coat the pre-impregnated product obtained in the above-mentioned impregnation step with a thermoplastic resin B around it using a crosshead die to obtain a thermoplastic resin as a final product. This is a process of manufacturing a composite material.

【0033】前記予備含浸物15は、その中に含浸され
ている熱可塑性樹脂Aが溶融している状態でクロスヘッ
ドダイ16の中に導入される。クロスヘッドダイへは、
押出機17によって熱可塑性樹脂B18が供給されてい
る。ここで使用される押出機に関しては特別の制限はな
いが、被覆を均一に行うため、安定した吐出特性を有し
ているものが望ましい。
The pre-impregnated material 15 is introduced into the crosshead die 16 in a state where the thermoplastic resin A impregnated therein is molten. To the crosshead die,
The extruder 17 is supplying the thermoplastic resin B18. There is no particular limitation on the extruder used here, but it is desirable that the extruder has stable discharge characteristics in order to coat uniformly.

【0034】クロスヘッドダイの構造は、基本的には前
記の含浸工程で用いるクロスヘッドダイの構造と同じで
ある。前に述べたように前者はスリット状であるが、こ
こで使用するクロスヘッドダイの形状は最終製品の形状
に依存して任意である。最も多いものは、スリット及び
円形である。又予備含浸物には樹脂が含浸されているの
で、ガイダーチップ部の材質は通常の普通鋼で充分であ
る。ガイダーチップ部の間隙に関しては、含浸工程での
クロスヘッドダイの場合と同程度のクリアランスでよい
が(間隙はテーパー状でも差しつかえない)、長さに関
しては予備含浸物中の樹脂の溶融状態を保持できる長さ
が要る。予備含浸物は、ダイ部においてその周囲に熱可
塑性樹脂Bが被覆される。ダイ部は、含浸工程のクロス
ヘッドダイと同様単純な直線上が好ましく、高速被覆を
可能にする。(ただし、テーパー状になっていても差し
つかえない。)ダイ部の長さは、高速生産のためには長
くして、被覆を均一に行うことが必要である。又、ダイ
部の断面サイズに関しては、所望する最終製品のサイズ
によって決まる。例えばストランドの製造には直径1〜
3mmの円形が、テーブの製造には幅3〜30mm、厚
み100〜500μmのスリットが、そしてシートの製
造には幅200〜1000mm、厚み100〜500μ
mのスリットが代表例として記載できる。なお、ダイの
形状は繊維の張力に影響を与えることを考慮する必要が
ある。
The structure of the crosshead die is basically the same as the structure of the crosshead die used in the impregnation step. As described above, the former is slit-shaped, but the shape of the crosshead die used here is arbitrary depending on the shape of the final product. The most common ones are slits and circles. Further, since the pre-impregnated material is impregnated with resin, the material of the guider tip portion is normally ordinary steel. Regarding the gap of the guider tip part, the same clearance as in the case of the crosshead die in the impregnation process is sufficient (the gap may be tapered), but regarding the length, the molten state of the resin in the pre-impregnated material A length that can be held is required. The pre-impregnated material is coated with the thermoplastic resin B around the die portion. The die part is preferably on a simple straight line as in the crosshead die in the impregnation step, which enables high-speed coating. (However, it does not matter if it has a tapered shape.) For high-speed production, it is necessary to increase the length of the die part and to perform coating uniformly. Further, the cross-sectional size of the die portion is determined by the desired final product size. For example, for the production of strands,
A circle of 3 mm has a width of 3 to 30 mm and a slit of 100 to 500 μm in the production of a tape, and a width of 200 to 1000 mm and a thickness of 100 to 500 μ in the production of a sheet.
A slit of m can be described as a representative example. It is necessary to consider that the shape of the die affects the tension of the fiber.

【0035】クロスヘッドダイ の温度は、使用する
熱可塑性樹脂Bの溶融温度以上でかつその熱分解温度以
下としなければならない。更に後にも述ベるように、前
記熱可塑性樹脂Aは、ここに言う熱可塑性樹脂Bに比べ
て低い温度で溶融することが要求され、上記クロスヘッ
ドダイの温度では必然的に熱可塑性樹脂Aは溶融状態に
ある。例えば熱可塑性樹脂Bとしてポリプロピレンを使
用する場合、180〜250℃好ましくは200〜23
0℃の範囲である。
The temperature of the crosshead die must be above the melting temperature of the thermoplastic resin B used and below its thermal decomposition temperature. Further, as will be described later, the thermoplastic resin A is required to melt at a lower temperature than the thermoplastic resin B referred to here, and the thermoplastic resin A is inevitably produced at the temperature of the crosshead die. Is in a molten state. For example, when polypropylene is used as the thermoplastic resin B, 180 to 250 ° C., preferably 200 to 23
It is in the range of 0 ° C.

【0036】本発明記載の熱可塑性樹脂Bには、一般に
よく知られている熱可塑性樹脂が含まれる。ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、
ポリメチルメタクリレート、ナイロン6やナイロン66
などのポリアミド、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などのポリエステル、ポリカー
ボネート、ポリフェニレンオキサイド、ポリアセター
ル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニ
レンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、液晶
芳香族ポリエステル、ポリイミドなど及びそれらの共重
合体、変性体そして前記の二種以上のブレンド物を例示
できる。これら熱可塑性樹脂Bの選択に際しては、使用
する熱可塑性樹脂Aとの関係即ち、(i)熱可塑性樹脂
Aとは溶融状態において相溶性を有する、(ii)熱可
塑性樹脂Aに比ベ、高い温度で溶融する、(iii)同
一温度及び同一せん断速度において、熱可塑性樹脂Aよ
りも高いせん断粘度を有する、を満たさねばならない。
このような組み合わせを示せば、低分子量変性ポリプロ
ピレン(A)/ポリプロピレン(B)、低分子量ポリア
ミド(A)/ポリアミド(B)などである。熱可塑性樹
脂Bは熱可塑性樹脂Aと比較して高い溶融粘度を有し、
10−1のせん断速度において一般に10〜10
Pa・秒程度の値を示す。熱可塑性樹脂Bの使用に際
して、公知の添加剤、改質剤、充填剤などを添加するこ
とは差しつかえない。
The thermoplastic resin B according to the present invention includes generally well known thermoplastic resins. Polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyvinyl chloride,
Polymethylmethacrylate, nylon 6 and nylon 66
Polyamide such as, polyester such as polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate, polycarbonate, polyphenylene oxide, polyacetal, polysulfone, polyether sulfone, polyphenylene sulfide, polyether ether ketone, liquid crystal aromatic polyester, polyimide and their copolymers, modified Examples include the body and blends of two or more of the above. In selecting these thermoplastic resins B, the relationship with the thermoplastic resin A to be used, that is, (i) compatibility with the thermoplastic resin A in a molten state, (ii) higher than that of the thermoplastic resin A It must melt at temperature, (iii) have a higher shear viscosity than thermoplastic resin A at the same temperature and the same shear rate.
Examples of such a combination include low molecular weight modified polypropylene (A) / polypropylene (B), low molecular weight polyamide (A) / polyamide (B), and the like. The thermoplastic resin B has a higher melt viscosity than the thermoplastic resin A,
Generally 10 2 to 10 at a shear rate of 10 2 sec -1
The value is about 3 Pa · sec. When using the thermoplastic resin B, known additives, modifiers, fillers and the like may be added.

【0037】熱可塑性樹脂Aと熱可塑性樹脂Bとが合体
して最終製品である複合材料のマトリクスを形成するわ
けであるから、これら両者の割合は非常に重要である。
本発明では、これら両者の合計中に占める熱可塑性樹脂
Bの割合は、50〜95体積%好ましくは70〜90体
積%である。もし、この割合が50体積%より少ないと
複合材料の物性(例えば繊維と直角方向の強度、衝撃強
度、熱変形温度など)に悪影響を及ぼし、好ましくな
い。又90体積%より多い場合は、繊維への含浸性や繊
維/樹脂界面の接着性が悪く、良好な複合材料を得るこ
とが困難である。本発明においては、クロスヘッドダイ
による被覆の後、その際製品中に導入されやすい気泡を
完全に除去するために、脱泡操作を実施することも可能
である。脱泡方法としては種々あるが、本発明の主旨で
ある高速生産性を阻害しないような方法であることが必
要である。このようなことから例えば、熱可塑性樹脂B
の溶融する温度において、繊維方向に垂直に置かれた円
柱状の自由回転する少なくとも二個以上のローラーに巻
き掛ける方法などが有効であり、好適である。なお、ロ
ーラーや樹脂の加熱方法などについては、前記含浸工程
で使用するものと同様のものや方法が使用できる。又脱
泡操作は、被覆した樹脂が固化しないうちに行うのが望
ましく、そのためクロスヘッドダイと脱泡装置とはでき
るだけ近接している方が好ましい。
Since the thermoplastic resin A and the thermoplastic resin B are united to form the matrix of the composite material as the final product, the ratio of these two is very important.
In the present invention, the proportion of the thermoplastic resin B in the total of these two is 50 to 95% by volume, preferably 70 to 90% by volume. If this ratio is less than 50% by volume, the physical properties of the composite material (for example, strength in the direction perpendicular to the fiber, impact strength, heat distortion temperature, etc.) are adversely affected, which is not preferable. On the other hand, when the content is more than 90% by volume, the impregnation property to the fiber and the adhesive property at the fiber / resin interface are poor and it is difficult to obtain a good composite material. In the present invention, after the coating with the crosshead die, it is also possible to carry out a defoaming operation in order to completely remove the bubbles which are easily introduced into the product at that time. There are various defoaming methods, but it is necessary to use a method that does not impair the high-speed productivity, which is the gist of the present invention. From this, for example, the thermoplastic resin B
At the melting temperature of, the method of winding around at least two or more cylindrical free-rotating rollers placed perpendicular to the fiber direction is effective and preferable. Regarding the method for heating the roller and the resin, the same method and method as those used in the impregnation step can be used. The defoaming operation is preferably performed before the coated resin is solidified, and therefore it is preferable that the crosshead die and the defoaming device are as close to each other as possible.

【0038】クロスヘッドダイ によって予備含浸物
に熱可塑性樹脂Bの被覆がなされた後、それは冷却装置
19で冷却される。冷却は公知の方法例えば水中を通す
方法、表面が固化温度以下に設定されたロールやプレー
トなどに接触させる方法、冷風を吹きつける方法などが
用いられ、冷却効率の高い方法が好適である。
After the pre-impregnated material is coated with the thermoplastic resin B by the crosshead die, it is cooled in the cooling device 19. For cooling, a known method such as a method of passing water, a method of contacting with a roll or plate whose surface is set at a solidification temperature or lower, a method of blowing cold air, etc. are used, and a method having high cooling efficiency is preferable.

【0039】本発明によって製造される熱可塑性複合材
料は、引取装置20によって一定速度で引き取られ、製
造される。引取装置としては、ニップロールやキャタピ
ラーベルトなど公知のものが使用できるが、高速引取に
対応可能であることを必要とする。本発明の最大の特長
である引取速度換言すれば牛産速度は、少なくとも20
m/分以上の速度が可能である。
The thermoplastic composite material produced according to the present invention is drawn and produced by the take-up device 20 at a constant speed. As the take-up device, a known device such as a nip roll or a caterpillar belt can be used, but it needs to be able to handle high-speed take-up. The maximum feature of the present invention is the take-up speed, in other words, the cattle production speed is at least 20.
Speeds of m / min and above are possible.

【0040】引取速度は、使用する繊維や樹脂、複合材
料の組成に依存する。要は含浸速度が早く、かつ繊維の
損傷や切断が少ない場合ほど高速で引き取ることができ
る。又、複合材料の形状にも引取速度は影響される。例
えば多数のボビンを使用する広幅シートの製造は、一本
のトウを使用するトウ・プリプレグの製造に比ベ、その
引き取りは低速にならざるをえない。しかし、このよう
な場合でも本発明に例えば、従来行われている方法より
もずっと速い速度で複合材料を製造できるのである。
The take-up speed depends on the composition of the fiber, resin and composite material used. In short, the higher the impregnation speed and the less the fiber is damaged or cut, the faster the fiber can be taken. The take-up speed is also affected by the shape of the composite material. For example, the production of a wide sheet using a large number of bobbins requires a slow take-up speed as compared with the production of a tow prepreg using a single tow. However, even in such a case, the present invention can produce a composite material at a much higher speed than, for example, the conventional method.

【0041】本発明の熱可塑性複合材料の製造方法とし
ては、以上述ベたような含浸工程と被覆工程とを連続一
貫して行う方法(いわゆるオン・ライン方式)の他、こ
れら二工程を分離して行う方法(いわゆるオフ・ライン
方式)を採用することは勿論可能である。即ちオフ・ラ
イン方式では、含浸工程で製造される前記の予備含浸物
を一旦冷却して巻き取り、次にこの巻き取った予備含浸
物をクリールにセットして送り出し、クロスヘッドダイ
を使用して被覆工程を行うことによって、最終目的
の熱可塑性複合材料を製造するのである。上記の冷却の
方法や装置に関しては、前述した被覆工程後の冷却の場
合と同様である。又送り出しに関しては、張力を制御し
て均一な被覆を可能にするようにしなければいけない。
なお、オフ・ライン方式での含浸工程の生産速度につい
ては、前記のオン・ライン方式の生産速度と同じ速度で
行うことができる。一方被覆工程は、少なくとも含浸工
程と同一かあるいはそれ以上の速度で実施可能である。
本発明によって製造される熱可塑性複合材料は上記のよ
うに、連続補強繊維、熱可塑性樹脂A及び熱可塑性樹脂
Bの三成分から構成される。それらの使用割合に関して
は、全体の中で連続補強繊維が15〜65体積%好まし
くは20〜60体積%、熱可塑性樹脂Aと熱可塑性樹脂
Bとを併せた樹脂成分の合計が35〜85体積%好まし
くは40〜80体積%である。連続補強繊維の割合が1
5体積%より少ないと、熱可塑性複合材料の物性が低く
構造材料としての実用的価値が少ない。又この割合が6
5体積%より多い場合は、含浸状態の良好なものが得ら
れにくく好ましくない。なお、熱可塑性樹脂Aと熱可塑
性樹脂Bとの比率については前記のように、両者の合計
量に占める熱可塑性樹脂Bの割合が50〜95体積%好
ましくは70〜90体積%である。
As the method for producing the thermoplastic composite material of the present invention, in addition to the method of continuously performing the impregnation step and the coating step as described above (so-called on-line system), these two steps are separated. It is, of course, possible to adopt the method (so-called off-line method) which is performed by the above method. That is, in the off-line method, the pre-impregnated material produced in the impregnation step is once cooled and wound, then the wound pre-impregnated material is set on a creel and sent out, and a crosshead die is used. By carrying out the coating step, the final thermoplastic composite material is produced. The above-described cooling method and apparatus are the same as those in the case of cooling after the above-mentioned coating step. For delivery, the tension must be controlled to allow uniform coverage.
The production rate of the impregnation process in the off-line system can be the same as the production rate in the on-line system. On the other hand, the coating step can be performed at least at the same speed as or higher than the impregnation step.
As described above, the thermoplastic composite material produced by the present invention is composed of the continuous reinforcing fiber, the thermoplastic resin A, and the thermoplastic resin B. Regarding the usage ratio, the continuous reinforcing fibers are 15 to 65% by volume, preferably 20 to 60% by volume, and the total of the resin components of the thermoplastic resin A and the thermoplastic resin B is 35 to 85% by volume. %, Preferably 40 to 80% by volume. The ratio of continuous reinforcing fibers is 1
When it is less than 5% by volume, the thermoplastic composite material has low physical properties and has little practical value as a structural material. This ratio is 6
If it is more than 5% by volume, it is difficult to obtain a good impregnated state, which is not preferable. Regarding the ratio between the thermoplastic resin A and the thermoplastic resin B, as described above, the ratio of the thermoplastic resin B to the total amount of both is 50 to 95% by volume, preferably 70 to 90% by volume.

【0042】本発明によって製造される熱可塑性複合材
料21は、最終的に巻取装置22で巻き取られる任意の
断面形状をした連続長尺製品であるが、最も一般的には
ストランド、テープ、シートなどである。ストランドと
しては最大径が1〜3mm程度の形状が、又テープとし
ては幅3〜30mm、厚み100〜500μm、シート
としては幅200〜1000mm、厚み100〜500
μm程度の形状が代表的なものである。
The thermoplastic composite material 21 produced by the present invention is a continuous long product having an arbitrary cross-sectional shape which is finally wound up by the winding device 22, but most commonly, a strand, a tape, For example, a sheet. The strand has a maximum diameter of about 1 to 3 mm, the tape has a width of 3 to 30 mm and a thickness of 100 to 500 μm, and the sheet has a width of 200 to 1000 mm and a thickness of 100 to 500.
A typical shape is about μm.

【0043】本発明によって製造される熱可塑性複合材
料は、公知の各種成形法を用いて、各種成形品を提供す
ることができる。例えばストランド状のものは、これら
を適当な長さ(2〜50mm程度)に切断してペレット
状とし、射出成形、押出成形、プレス成形などにより成
形される。直接引抜成形やフィラメントワインディング
法によって成形品を製造することもできる。又織物、編
物、組ひもなどに加工した後に成形してもよい。テープ
状で特に広幅のものは、積層した後プレスやオートクレ
ーブなどで成形できる。又幅の狭いテープは、ストラン
ドと同様引抜成形やテープワインディング法を採用可能
であり、織物、編物、組ひもなどのテキスタイル加工を
行った後成形することも好適である。シート状のものは
通常積層した後、各種のシート成形法(例えば、オート
クレーブ、ホットプレス、スタンピング、ダイアフラム
など)を利用できる。温度、圧力、時間などの成形条件
は、使用する熱可塑性材料(樹脂、繊維、組成、形状な
ど)や採用する成形方法によって変るので一概には言え
ないが、繊維の切断、配列の乱れ、ボイド、樹脂の劣化
などがない上で良好な繊維分散状態を得るよう最適条件
を選択すべきである。又特にマトリクス樹脂が結晶性の
場合は、冷却条件がその物性に著しい影響を与えるので
注意を要する。
The thermoplastic composite material produced by the present invention can be provided as various molded articles by using various known molding methods. For example, a strand is cut into a suitable length (about 2 to 50 mm) into a pellet, which is then molded by injection molding, extrusion molding, press molding, or the like. Molded articles can also be manufactured by direct pultrusion or filament winding methods. Alternatively, it may be formed after being processed into a woven fabric, a knitted fabric, a braid, or the like. Tape-shaped ones, especially wide ones, can be formed by pressing or autoclaving after laminating. Further, the tape having a narrow width can be formed by the drawing method or the tape winding method as in the case of the strand, and it is also preferable that the tape is formed after textile processing such as woven fabric, knitted fabric and braid. After being laminated, sheet-like materials can be used by various sheet forming methods (eg, autoclave, hot press, stamping, diaphragm, etc.). Molding conditions such as temperature, pressure, time, etc. vary depending on the thermoplastic material (resin, fiber, composition, shape, etc.) used and the molding method used, so it cannot be said unequivocally, but fiber cutting, disorder of arrangement, voids The optimum conditions should be selected so as to obtain a good fiber dispersion state without deterioration of the resin. In particular, if the matrix resin is crystalline, the cooling conditions have a significant effect on its physical properties, so care must be taken.

【0044】[0044]

【実施例】以下実施例及び比較例をあげて、本発明の内
容を詳細に説明する。ここに述べるすべての例を通じて
行われた評価方法について記述する。
EXAMPLES The contents of the present invention will be described in detail below with reference to examples and comparative examples. This section describes the evaluation method used in all the examples described here.

【0045】(1)熱可塑性樹脂Aの溶融粘度(定常剪
断粘度) レオメトリクス社製ダイナミックスペクトロメーターR
DSIIを使用し、円錐/円板型レオメーター(直径2
5mm、円錐角0.099ラジアン、間隙49μm)に
よって、窒素雰囲気下において測定した。
(1) Melt viscosity of thermoplastic resin A (steady shear viscosity) Dynamic spectrometer R manufactured by Rheometrics
Using DSII, cone / disk rheometer (diameter 2
5 mm, cone angle 0.099 radian, gap 49 μm) in a nitrogen atmosphere.

【0046】(2)熱可塑性複合材料の性状 形状の均一性 幅測定装置((株)キーエンス製レイスケールRS15
10)を使用し、製造される熱可塑性複合材料の幅(断
面の最長部分の長さ)を連続的に測定した。 樹脂の含浸状態 熱可塑性複合材料を長さ1cm程度にカットしたものを
不飽和ポリエステル樹脂で包埋し、断面を研磨機(日本
地科学社製システム試料研磨機L−1000)を用いて
精密研磨後、走査型電子顕微鏡で観察した。 繊維の分散状態 に同じ。 組成(繊維含有率) 1)ガラス繊維の場合 樹脂を加熱分解させて求めた。 2)炭素繊維/ナイロンの場合 樹脂を濃硫酸で分解させて求めた。
(2) Properties of thermoplastic composite material Uniformity of shape Width measuring device (Rayscale RS15 manufactured by Keyence Corporation)
10) was used to continuously measure the width (length of the longest section of the cross section) of the thermoplastic composite material produced. Resin impregnation state A thermoplastic composite material cut into a length of about 1 cm is embedded in unsaturated polyester resin, and its cross section is precisely polished using a polishing machine (system sample polishing machine L-1000 manufactured by Japan Geoscience Co., Ltd.). Then, it was observed with a scanning electron microscope. Same as fiber dispersion. Composition (fiber content) 1) In the case of glass fiber It was obtained by heating and decomposing the resin. 2) In the case of carbon fiber / nylon It was obtained by decomposing the resin with concentrated sulfuric acid.

【0047】(3)成形品(一方向積層材)の性状 外観(ボイド、繊維配列) 肉眼観察により評価した。 組成(繊維含有率) (2)−に同じ。 0°曲げ特性 インストロン社製万能材料試験機モデル1185を使用
し、ASTM D790に従って行った(三点曲げ)。 層間せん断強度 と同じ装置を使用し、ASTM D2344に従って
行った。
(3) Properties of molded product (unidirectionally laminated material) Appearance (voids, fiber arrangement) Evaluation was conducted by visual observation. Composition (fiber content) Same as (2)-. 0 ° Bending Property Using Universal Material Testing Machine Model 1185 manufactured by Instron Co., Ltd., it was performed according to ASTM D790 (three-point bending). The same equipment as for interlaminar shear strength was used and was performed according to ASTM D2344.

【0048】実施例1 180℃において20mm単軸押出機を用いて低分子量
無水マレイン酸変性ポリプロピレン(三洋化成製、商品
名ユーメックス1001、数平均分子量15,000、
酸価26mgKOH/g、軟化点154℃、溶融粘度
(10−1のせん断速度、180℃)7.5Pa・
秒)をクロスヘッドダイ(ダイ部幅6mm、間隙0.4
mm)に供給した(押出量5g/分)。このクロスヘッ
ドダイに予め150℃で加熱処理された一本のガラス繊
維トウ(日本電気硝子製、繊維径17μm、1150テ
ックス、アミノシラン処理)を導入し、引き抜いた。次
いで、これを表面をテフロンコーティングした自由回転
するステンレス製のローラー(直径33mm,長さ16
cm)12本を交互に段違いに配置した(接触角70
°)熱風オープン(155℃)中に導き、ローラーに巻
き掛けて引き取り、予備含浸物を得た。更に、この予備
含浸物を、20ミリ単軸押出機に取り付けたクロスヘッ
ドダイ(ダイ部幅8mm、間隙0.4mm)に導き、2
30℃においてポリプロピレン(宇部興産製UBEポリ
プロJ130G、MFI(メルトフローインデックス)
30)をその周囲に被覆した(押出量30g/分)。そ
して冷却ロール(表面温度15℃)により固化させ、引
き取りロールで引き取った後巻き取り、幅7mm、厚み
0.35mmのテープ状の熱可塑性複合材料を製造し
た。なお、引取速度は30m/分で行った。この複合材
料の評価結果を表1に示す。更にこのテープ状熱可塑性
複合材料を、ドラムワインディング法(テープワインデ
ィング法)によってホットブラスターを用いて加熱(2
50℃)させながらドラム(径400mm)に巻き取り
(周速3m/分)、幅350mm、長さ1260mm、
厚み0.4mmの一方向シートを作成した。このシート
から160mm×160mmの正方形状に切り出し、そ
れらの5プライを同一方向に重ねてプレス成形によって
170℃、1MPaで1分間加圧し、更に加圧したまま
で20℃の水を金型へ導入して冷却固化させ、一方向積
層板(厚み1.6mm)を成形した。この成形品の評価
結果を表2に示す。
Example 1 Low molecular weight maleic anhydride-modified polypropylene (manufactured by Sanyo Kasei Co., Ltd., trade name Umex 1001, number average molecular weight 15,000, using a 20 mm single screw extruder at 180 ° C.)
(Shear rate of 10 2 sec -1, 180 ° C.) acid value 26 mg KOH / g, a softening point of 154 ° C., a melt viscosity 7.5 Pa ·
Second) crosshead die (die width 6 mm, gap 0.4
mm) (extrusion rate 5 g / min). One glass fiber tow (manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., fiber diameter 17 μm, 1150 tex, aminosilane treatment) preheated at 150 ° C. was introduced into this crosshead die and pulled out. Next, this is a freely rotating stainless steel roller with a surface coated with Teflon (diameter: 33 mm, length: 16 mm).
(cm) 12 pieces are alternately arranged in different steps (contact angle 70
°) It was introduced into hot air open (155 ° C), wound around a roller and taken out to obtain a pre-impregnated material. Further, the pre-impregnated product is guided to a crosshead die (die width 8 mm, gap 0.4 mm) attached to a 20 mm single screw extruder, and 2
Polypropylene at 30 ° C (UBE PolyPro J130G, MFI (melt flow index) manufactured by Ube Industries, Ltd.)
30) was coated around it (extrusion rate 30 g / min). Then, the tape-shaped thermoplastic composite material having a width of 7 mm and a thickness of 0.35 mm was manufactured by solidifying with a cooling roll (surface temperature 15 ° C.), winding with a take-up roll, and winding. The take-up speed was 30 m / min. The evaluation results of this composite material are shown in Table 1. Further, this tape-shaped thermoplastic composite material is heated by a drum blasting method (tape winding method) using a hot blaster (2
Winding on a drum (diameter 400 mm) (peripheral speed 3 m / min) while keeping it at 50 ° C., width 350 mm, length 1260 mm,
A unidirectional sheet having a thickness of 0.4 mm was created. This sheet was cut into a 160 mm × 160 mm square shape, and 5 plies thereof were stacked in the same direction and pressed at 170 ° C. and 1 MPa for 1 minute by press molding, and then water at 20 ° C. was introduced into the mold while being pressed. Then, it was cooled and solidified to form a unidirectional laminated plate (thickness: 1.6 mm). The evaluation results of this molded product are shown in Table 2.

【0049】[0049]

【表1】 [Table 1]

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】実施例2 実施例1において、熱可塑性樹脂A及び熱可塑性樹脂B
の押出量をそれぞれ5g/分及び30g/分から引取速
度を30m/分から50m/分に変えた以外は全く同様
に行って得られた結果を表1に示す。
Example 2 In Example 1, the thermoplastic resin A and the thermoplastic resin B were used.
Table 1 shows the results obtained by exactly the same method except that the take-up speed was changed from 30 m / min to 50 m / min from the extrusion rates of 5 g / min and 30 g / min, respectively.

【0052】実施例3及び実施例4 実施例1において、熱可塑性樹脂Bをポリプロピレンか
らそれぞれ無水マレイン酸変性ポリプロピレン(宇部興
産製UBEポリプロTX283、無水マレイン酸グラフ
ト率0.2%、MFI35)及び2−ヒドロキシエチル
メタクリレート(HEMA)変性ポリプロピレン(宇部
興産製UBEポリプロMH4、HEMAグラフト率0.
5%、MFI85)に変えた以外は全く同様にして行っ
て得られた結果を表1及び表2に示す。
Example 3 and Example 4 In Example 1, the thermoplastic resin B was changed from polypropylene to maleic anhydride modified polypropylene (UBE Polypro TX283 manufactured by Ube Industries, maleic anhydride graft ratio 0.2%, MFI 35) and 2 respectively. -Hydroxyethylmethacrylate (HEMA) modified polypropylene (UBE Polypro MH4 manufactured by Ube Industries, HEMA graft ratio 0.
Table 1 and Table 2 show the results obtained in exactly the same manner except that 5%, MFI85) was used.

【0053】実施例5及び実施例6 実施例1において、ポリプロピレンの押出量を30g/
分からそれぞれ20g/分及び10g/分に変えた以外
は全く同様にして行って得られた結果を表1及び表2に
示す。
Example 5 and Example 6 In Example 1, the polypropylene extrusion rate was 30 g /
Tables 1 and 2 show the results obtained in exactly the same manner except that the amounts were changed to 20 g / min and 10 g / min, respectively.

【0054】実施例7 実施例1において、クロスヘッドダイ のダイ部断面
形状をスリットから円形(直径2mm)に変えた以外は
全く同様にして行って得られた結果を表1に示す。
Example 7 Table 1 shows the results obtained in exactly the same manner as in Example 1 except that the cross-sectional shape of the crosshead die was changed from a slit to a circle (diameter 2 mm).

【0055】実施例8 実施例2において、クロスヘッドダイ のダイ部断面
形状をスリットから円形(直径2mm)に変えた以外は
全く同様にして行って得られた結果を表1に示す。
Example 8 Table 1 shows the results obtained in exactly the same manner as in Example 2, except that the cross-sectional shape of the crosshead die was changed from a slit to a circle (diameter 2 mm).

【0056】実施例9 実施例1において、予備含浸物を冷却ロール(表面温度
15°)で固化させ、一旦ボビンに巻き取った(幅6m
m、厚み0.3mm)。そして上記ボビンをクリールに
セットして送り出し、以下実施例1と同様に20ミリ単
軸押出機に取り付けたクロスヘッドグイに導き、ポリプ
ロピレンを被覆させて熱可塑性複合材料を製造した(幅
7mm、厚み0.35mm)。この時の引取速度は30
m/分で行った。更に、実施例1と全く同様にして成形
品を作り、評価した。結果を表1及び表2に示す。
Example 9 In Example 1, the pre-impregnated material was solidified with a cooling roll (surface temperature: 15 °) and once wound on a bobbin (width 6 m).
m, thickness 0.3 mm). Then, the bobbin was set on a creel and sent out, and then guided to a crosshead gui attached to a 20 mm single screw extruder in the same manner as in Example 1 and coated with polypropylene to produce a thermoplastic composite material (width 7 mm, thickness). 0.35 mm). The take-up speed at this time is 30
m / min. Further, a molded product was prepared and evaluated in exactly the same manner as in Example 1. The results are shown in Tables 1 and 2.

【0057】比較例1 実施例1において、ローラーを使用しなかった以外は全
く同様にして行って得られた結果を表1及び表2に示
す。
Comparative Example 1 Tables 1 and 2 show the results obtained in the same manner as in Example 1 except that the roller was not used.

【0058】比較例2 実施例1において、ローラーの自由回転を停止した以外
は全く同様にして行って得られた結果を表1に示す。
Comparative Example 2 Table 1 shows the results obtained in exactly the same manner as in Example 1, except that the free rotation of the roller was stopped.

【0059】比較例3 ブレンダーを使用して、実施例1と同じ配合割合から成
る低分子量無水マレイン酸変性ポリプロピレンとポリプ
ロピレンとのドライブレンド物を調製した。実施例1に
おいて、このブレンド物(溶融粘度(10−1のせ
ん断速度、230℃)98Pa・秒)を低分子量無水マ
レイン酸変性ポリプロピレンの代わりに使用し、押出機
の温度を180℃から230℃、ガラス繊維の予熱温度
を150℃から200℃、熱風オーブンの温度を155
℃から200℃とした以外は全く同様にして予備含浸物
を得た(なお、被覆工程は行わなかった)。更に、実施
例1と同様にして成形品を作成した。複合材料及び成形
品の評価結果を表1及び表2に示す。
Comparative Example 3 Using a blender, a dry blend of a low molecular weight maleic anhydride modified polypropylene and a polypropylene having the same blending ratio as in Example 1 was prepared. In Example 1, from this blend (shear rate melt viscosity (10 2 sec -1, 230 ℃) 98Pa · s) was used instead of low molecular weight polypropylene modified with maleic anhydride, 180 ° C. The temperature of the extruder 230 ° C, glass fiber preheat temperature 150 ° C to 200 ° C, hot air oven temperature 155
A pre-impregnated material was obtained in exactly the same manner except that the temperature was changed from 0 ° C to 200 ° C (the coating step was not performed). Further, a molded product was prepared in the same manner as in Example 1. The evaluation results of the composite material and the molded product are shown in Tables 1 and 2.

【0060】比較例4 実施例1において、低分子量無水マレイン酸変性ポリプ
ロピレンによる含浸のみを行い(押出量35g/分)、
ポリプロピレンによる被覆を行わなかった以外は全く同
様にして実施して得られた結果を表1及び表2に示す。
Comparative Example 4 In Example 1, only impregnation with a low molecular weight maleic anhydride-modified polypropylene was carried out (extrusion amount 35 g / min),
Tables 1 and 2 show the results obtained by carrying out in exactly the same manner except that the coating with polypropylene was not carried out.

【0061】実施例10 260℃において20mm単軸押出機を用いて、低分子
量ナイロン6(数平均分子量3,955、溶融粘度(1
−1のせん断速度、260℃)15Pa・秒)を
実施例7で使用したクロスヘッドダイに供給した。この
クロスヘッドダイに予め230℃で加熱処理された一本
のガラス繊維トウ(実施例7で使用したものと同じ)を
導入し、引き抜いた。次いでこれを実施例1で使用した
含浸ローラーを内蔵した熱風オーブン(230℃)中に
導き、同様にして予備含浸物を得た。更にこの予備含浸
物を実施例7で使用したクロスヘッドダイに導き、26
0℃においてナイロン6(宇部興産製UBEナイロン1
013B、相対粘度2.6)をその周囲に被覆した。以
下実施例7と全く同様にしてストランド状の熱可塑性複
合材料を製造した。この複合材料の評価結果を表1に示
す。
Example 10 Using a 20 mm single screw extruder at 260 ° C., low molecular weight nylon 6 (number average molecular weight 3,955, melt viscosity (1
0 of 2 sec -1 shear rate, was fed to the crosshead die was used at 260 ° C.) 15 Pa · sec) Example 7. A piece of glass fiber tow (the same as that used in Example 7) which had been preheated at 230 ° C. was introduced into this crosshead die and pulled out. Then, this was introduced into a hot air oven (230 ° C.) incorporating the impregnating roller used in Example 1, and a pre-impregnated material was obtained in the same manner. Further, this pre-impregnated material was introduced into the crosshead die used in Example 7 to obtain 26
Nylon 6 at 0 ° C (UBE nylon 1 made by Ube Industries)
013B, relative viscosity 2.6) was coated around it. Thereafter, a strand-shaped thermoplastic composite material was produced in exactly the same manner as in Example 7. The evaluation results of this composite material are shown in Table 1.

【0062】実施例11 実施例10において、低分子量ナイロン6及びナイロン
6の押出量をそれぞれ5g/分から10g/分及び30
g/分から26g/分へと変更し、ガラス繊維トウに変
えて炭素繊維(東レ製、トレカT300、繊維径7μ
m、800テックス)を使用した以外は全く同様にして
行って得られた結果を表1に示す。
Example 11 In Example 10, the extrusion rates of low molecular weight nylon 6 and nylon 6 were 5 g / min to 10 g / min and 30 respectively.
Changed from g / min to 26 g / min and changed to glass fiber tow to replace carbon fiber (Toray, trading card T300, fiber diameter 7μ
m, 800 tex) is used, and the results obtained in exactly the same manner are shown in Table 1.

【0063】これらの例において見られるように、ロー
ラーを使用しない場合(比較例1)、ローラーの自由回
転を停止させた場合(比較例2)、熱可塑性樹脂Aとし
て高粘度樹脂を使用した場合(比較例3)、熱可塑性樹
脂Bによる被覆を行わなかった場合(比較例4)は、い
づれも良好な性状を有する熱可塑性複合材料あるいはそ
れらから得られる成形品を提供できない。
As seen in these examples, when the roller is not used (Comparative Example 1), when the free rotation of the roller is stopped (Comparative Example 2), and when the high-viscosity resin is used as the thermoplastic resin A (Comparative Example 3), when the coating with the thermoplastic resin B is not carried out (Comparative Example 4), it is not possible to provide a thermoplastic composite material having good properties or a molded article obtained from them.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上の実施例及び比較例からも明らかな
ように、本発明に従えば良好な樹脂含浸状態を呈する熱
可塑性複合材料をしかも高速で生産できる。これは、従
来技術では不可能であった。この結果本発明によって製
造される熱可塑性複合材料は、安価で優れた物性を有す
るために、特にコスト/パーフォーマンスを重視する自
動車材料をはじめとして、電気・電子材料、建築材料、
航空機材料などとして実用に供することができる。
As is apparent from the above examples and comparative examples, according to the present invention, a thermoplastic composite material exhibiting a good resin impregnation state can be produced at high speed. This was not possible with the prior art. As a result, the thermoplastic composite material produced by the present invention is inexpensive and has excellent physical properties, and therefore, particularly for automobile materials, which attach great importance to cost / performance, electrical / electronic materials, building materials,
It can be put to practical use as an aircraft material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の製造方法に関係する製造装置のフロー
チャートの一例である。
FIG. 1 is an example of a flowchart of a manufacturing apparatus related to a manufacturing method of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……クリール 2……連続補強繊維 3……ガイドロール 4……予熱装置 5……押出機 6……熱可塑性樹脂A 7……クロスヘッドダイ 14…ローラー 15…予備含浸物 16…クロスヘッドダイ 17…押出機 18…熱可塑性樹脂B 19…冷却装置 20…引取装置 21…熱可塑性複合材料 22…巻取装置 1 ... Creel 2 ... Continuous reinforcing fiber 3 ... Guide roll 4 ... Preheating device 5 ... Extruder 6 ... Thermoplastic resin A 7 ... Crosshead die 14 ... Roller 15 ... Pre-impregnated material 16 ... Crosshead Die 17 ... Extruder 18 ... Thermoplastic resin B 19 ... Cooling device 20 ... Take-up device 21 ... Thermoplastic composite material 22 ... Winding device

【図2】本発明に使用するクロスヘッドダイ の構造
(横断面)の一例を示すものである。
FIG. 2 shows an example of a structure (cross section) of a crosshead die used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8……マニホールド 9……樹脂流路 10…樹脂/繊維合流点 11…ガイダーチップ 12…ガイダーチップ間隙 13…ダイ部 8 ... Manifold 9 ... Resin flow path 10 ... Resin / fiber confluence point 11 ... Guider chip 12 ... Guider chip gap 13 ... Die part

【図3】本発明に使用するローラーの配置図の一例を示
すものであり、(A)はローラーが交互段違いにある場
合を表わす図、(B)はローラーの回転軸が同一直線上
にある場合を表わす図である(ただし、ローラーはすベ
て同一形状)。
FIG. 3 is a diagram showing an example of a layout of rollers used in the present invention, (A) showing a case where the rollers are alternately staggered, and (B) showing a rotation axis of the rollers on the same straight line. It is a figure showing a case (however, all the rollers have the same shape).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

D……ローラー直径 1……ローラー間の水平距離 h……ローラー間の垂直方向の距離 θ……ローラーと繊維との接触角 D …… Roller diameter 1 …… Horizontal distance between rollers h …… Vertical distance between rollers θ …… Contact angle between roller and fiber

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 押出機によって、10−1でのせん
断粘度が1〜20パスカル・秒であり、かつ、主鎖骨格
又は側鎖に繊維表面の官能基と化学的親和性のある極性
基を有する熱可塑性樹脂(以下、「熱可塑性樹脂A」と
いう)が供給されているダイ部が直線状を呈するクロス
ヘッドダイを通して連続補強繊維を引き抜いた後、前記
熱可塑性樹脂Aの溶融する温度において、繊維方向に垂
直に置かれた円柱状の自由回転する少なくとも二個以上
のローラーに巻き掛けて引き取って予備含浸物を製造
し、更にダイ部が直線状を呈するクロスヘッドダイを使
用して前記予備含浸物の周囲を、熱可塑性樹脂Aよりも
高温で溶融し、同一温度及び同一せん断速度において熱
可翅性樹脂Aよりも高いせん断粘度を有するものであ
り、かつ、熱可塑性樹脂Aとは溶融状態において相溶性
がある熱可塑性樹脂(以下、「熱可塑性樹脂B」とい
う)で被覆することによって製造され、少なくとも20
m/分以上の速度で引き取ることを特徴とする熱可塑性
複合材料の製造方法。
1. An extruder having a shear viscosity at 10 2 sec −1 of 1 to 20 Pascal · sec, and a polar skeleton or a side chain having a chemical affinity with a functional group on the fiber surface. The temperature at which the thermoplastic resin A melts after the continuous reinforcing fiber is pulled out through a crosshead die in which a die part to which a thermoplastic resin having a base (hereinafter referred to as "thermoplastic resin A") is supplied is linear. In order to produce a pre-impregnated product by winding it around at least two or more freely rotating cylindrical rollers placed perpendicular to the fiber direction, and further using a crosshead die in which the die part has a linear shape. The pre-impregnated material is melted at a temperature higher than that of the thermoplastic resin A, and has a higher shear viscosity than that of the thermoplastic resin A at the same temperature and the same shear rate, and the thermoplastic resin A thermoplastic resin (hereinafter, referred to as "thermoplastic resin B") which is compatible in the molten state is prepared by coating with at least 20
A method for producing a thermoplastic composite material, characterized in that the thermoplastic composite material is collected at a speed of m / min or more.
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