JPH0694130B2 - 熱可塑性樹脂及び繊維を配合するための押出機装置及び方法 - Google Patents

熱可塑性樹脂及び繊維を配合するための押出機装置及び方法

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JPH0694130B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般的に熱可塑性樹脂に補強用繊維を押出配合
することに関する。特に、圧縮成形のような成形作業で
その後の使用に適する予成形物を作るための多段押出機
装置及び方法が開示される。
従来の技術 押出機で熱可塑性及び熱硬化性樹脂の両方に補強用繊維
を配合することは従来技術で知られている。しかしなが
ら、従来技術の配合装置及び方法はここに開示した特に
多段押出機系によって克服される問題及び不利益を呈す
る。
既知の従来技術の手順では、繊維及び樹脂は通常は固体
状態で配合用押出機中へ一緒に導入される。そのような
配合作業では、繊維は繊維に及ぼす押出機スクリューの
機械的作用と樹脂が溶融し始める時の高粘度状態の熱可
塑性樹脂の存在との両方のために非常に短い長さ、通常
は2.54mm（0.10インチ）より小さい長さに破壊される。
このため、繊維は熱可塑性樹脂が固体から液体状態へ最
初に変換される時に押出機中に存在する。機械的作業と
熱の複合作用によって固体から液体へ最初に変換される
時に、熱可塑性樹脂は樹脂が押出機中で繊維と相互混合
される時に繊維破壊に寄与する比較的高い粘度を有す
る。米国特許第4,422,992号はそのような配合用押出機
装置及び方法を開示している。その特許の開示によれ
ば、単一の二軸スクリュー押出機が重合体を最初に溶融
するため及び溶融した重合体に炭素繊維をブレンド又は
配合するために利用される。最初に開示された手順で
は、重合体及び補強用繊維は両方共に供給ホッパにおい
て押出機中へ一緒に導入される。この特許の第２の実施
例では、熱可塑性樹脂重合体はそれが溶融される第１の
押出機区域中へ導入され、そこからそれは第２の押出機
区域中へ給送され、そこで繊維が導入される。この手順
は繊維が配合用押出機中で熱可塑性樹脂入力点の下流で
導入される不利益を有する。このため、比較的冷温の繊
維が溶融した熱可塑性樹脂から熱を引出し、それにより
樹脂の粘度をあげる。その結果生じたやや高い粘度の熱
可塑性樹脂が押出加工中に繊維破壊に寄与する。この手
順は別の不利益を有する。樹脂を溶融するために望まし
いスクリュー速度は必ずしも樹脂及び繊維の配合に最も
有効であるスクリュー速度である必要はない。また、樹
脂及び繊維の相対的体積は所望の配合製品を得るために
厳密に制御されねばならないが、特別の幾何形状の単一
のスクリューで配合する時にそれら２つの成分の体積を
適正に調和させることは困難である。
本発明者の米国特許第Re.32,772号及び同第4,312,917号
は熱可塑性樹脂材料中に埋設された補強用繊維からなる
複合材料を作るための方法及び装置をそれぞれ開示して
いる。繊維強化複合材料は押出されたプラスチック樹脂
を静止ダイに通過させ、該ダイの中へ連続した長さの強
化用繊維が加熱された溶融熱可塑性樹脂の存在下で導入
される。連続した長さの繊維はダイを通して引張られ、
その中で繊維はローブを上を通過し且つ溶融した熱可塑
性樹脂を含浸し、繊維ストランドを連続的に且つ長手方
法に延在させて所定の形状を有する押出されたプラスチ
ック部材を成形する。押出されたプラスチック部材は成
形配合物として使用するために短いペレット寸法の長さ
に切断することができる。
米国特許第4,393,020号及び同第4,500,595号は繊維強化
熱可塑性複合材料を製造するための方法を開示する。し
かしながら、両特許は重合体−繊維複合材料を成形する
工程を実行するための在来式のバッチ加工を利用し、繊
維は溶融した熱可塑性樹脂の浴を通して引入れられ又は
該浴中に漬けられる。米国特許第4,393,020号では、繊
維が好ましくは樹脂−繊維複合材料中で一方向へ配向さ
れている方法が開示されており、両特許では、複合材料
は比較的長い繊維を有することができ且つ射出成形によ
るように最終製品を成形するために使用される。
圧縮成形は射出成形よりも若干の利益を有し、その１つ
はかなり長い補強用繊維を有する成形部品を作り能力で
ある。長い補強用繊維の存在は改善された機械的特性を
有するプラスチック部品を作る。圧縮成形で利用された
プラスチック原材料はシートからペレットへのばら荷成
形配合物（パテ状混合物）へ変化する。ばら荷成形の配
合物（BMC）及びペレット製品は通常は必ずしもそうで
はないが成形に先立って予成形物へ最初に変換される。
予成形物はシート又は「丸太」形式の部材のような所望
の形状であることができ、それは圧縮成形用金型中へ導
入される。成形配合物はガラス又は炭素のような補強用
繊維とプラスチック樹脂とを含む少なくとも２つの成分
から作られる。種々の充填剤及び添加剤並びに着色剤が
成形複合物で利用されることができる。プラスチック樹
脂は熱硬化性樹脂（固体物質を作るべく分子量を増すた
めに熱及び圧力を必要とする）、又は熱可塑性樹脂（溶
融のための熱及び凝固のための冷温を必要とする高分子
量の樹脂）のいずれかであることができる。大部分の圧
縮成形部品は今日では熱硬化性樹脂で作られる。熱可塑
性樹脂は圧縮成形加工で使用される時に熱硬化性樹脂よ
りも幾つかの重要な利益を有する。より速い成形サイク
ルと成形物品のより大きな靱性とはそのうちの２つの利
益である。熱可塑性樹脂は最近圧縮成形に適用されてい
る。原材料今供給者は圧縮成形のための熱可塑性製品を
シート及びペレットの２つの形で提供している。
熱硬化性ばら荷成形配合物（TS−BMC）はパテ状物質の
形である。製品は意図された応用に適する寸法のチャン
クに分割される。これは手で行われることができ又は正
しい寸法のチャンク（予成形物）を自動的に作る商業的
に入手可能な機械によって行われることができる。予成
形物は所望の温度まで加熱された開いた金型中へ置かれ
る。樹脂は溶融し、流動し、化学的に連鎖延長し且つ架
橋して固体になる。金型は開かれ且つ部品は除去され、
それによりサイクルは繰返される準備をする。金型は通
常はおよそ148〜176℃（300〜350°Ｆ）まで加熱され
る。熱硬化性ペレット、粒体、又は粉末は秤量され且つ
およそ同じ温度まで加熱された開いた金型中へ注入され
る。
前述の成形方法は熱硬化性樹脂製品による圧縮成形の固
有の不利益を示す。金型中で、樹脂は最初に溶融し、次
に流動し、且つ次に製品が金型温度で固体になる点まで
分子量を増加しなければならない。結果は長いサイクル
時間である。この長いサイクル時間は成形者及び末端使
用者の両方にコストをかける。この固有の不利益は成形
を特に魅力的な熱可塑性樹脂の使用をさせる。熱可塑性
樹脂は金型中で冷却されることだけを必要とし、生産性
のかなりの増大を生ずる。
熱可塑性シート成形配合物（TP−SMC）は意図された応
用に適する寸法に切断される。シートは炉中に置かれ、
樹脂は溶融され、且つ溶融したシートはおよそ37〜93℃
（100〜200°Ｆ）まで加熱された開いた金型中に配置さ
れる。この温度は熱可塑性樹脂の溶融点よりもかなり低
い。金型は迅速に閉じられ、樹脂を流動させ、金型キャ
ビティを満たす。金型の比較的冷たい温度は樹脂を迅速
に硬化させる。金型は開かれ且つ部品は除去されて金型
が再サイクルに入るのを可能にする。この方法に関する
２つの制限はシート製品のインコンシステンシーと複合
材料の配合を修正することに対する無能とを含む。
前述の制限は熱可塑性ばら荷成形配合物（TP−BMC）で
排除される。この製品はペレットの形で入手し得る。ペ
レットは、樹脂を溶融し、製品を一様に混合し、且つ正
確に計量された予成形物を作る商業的に入手可能な機械
へ給送される。この高温予成形物は次に金型中に配置さ
れ、プレスされ、冷却され、且つ除去される。部品対部
品のコンシステンシーは制御され、必要により複合材料
の配合を変える添加剤が添加され得る。このTP−BMC方
法は圧縮成形の最新の形である。それはTP−SMCの制限
を排除するが、それは幾つかの新しい方法困難性を生ず
る。
第一に、成形物品の高い物理的特性を生ずるために、長
い補強用繊維が存在しなければならない。これらの長い
繊維はTP−BMCペレットを典型的には25.4〜50.8mm（１
〜２インチ）の長さに切断することによって作られる。
これらの長いペレットは自動化された設備では特に良く
扱えない硬質で剛固な棒である。長いペレットが予成形
機へ入るので、それはしばしばそれが給送開口を通る時
に押出機スクリューによって切断され、それにより所望
の繊維長さを減らす。第二に、長いペレットは通常の乾
燥機で乾燥されることができない。非吸湿性である樹脂
だけがTP−BMC方法でこの時に成形されることができ
る。若干の吸湿性樹脂は圧縮成形で優れた完成部品を作
る。別の不利益は成形者によって購入された時に成形者
が長い繊維製品をペレット形に配合するコストを支払わ
なければならないことを及び成形ペレットの多数の熱履
歴が完成部品の物理的特性を低下させることである。
従来技術の圧縮成形技術と関連した前述の問題及び困難
はもし成形機が予成形物製造設備に連結された特別に設
計された設備で企業内で熱可塑性成形製品を配合するこ
とができるならば排除される。成形機によって企業内で
配合する概念は新しくない。しかしながら、手順は主と
して熱硬化性プラスチック、即ちTS−BMCの圧縮成形で
利用される。そのような配合は熱可塑性樹脂に不適当な
ミキサーで行われる。また、若干の熱可塑性樹脂射出成
形機は企業内で短い繊維ペレットを配合する。
従って、本発明は押出加工で熱可塑性樹脂に長い繊維
（長さ25.4mm（１インチ）又はそれ以上）を配合するた
めの装置及び方法に向けられる。成形機はこの手順を実
行し、その後高温混合物が予成形物製造設備中へ直接に
給送され且つそれから所望により圧縮成形用金型中へ直
接に給送される。
発明が解決しようとする課題及び課題を解決するための
手段 本発明はその第一の目的として熱可塑性樹脂中に無作為
に分散された不連続の長さの補強用繊維からなる所定の
寸法及び形状の計測された予成形物を作るように多段押
出機系で熱可塑性樹脂に補強用繊維を配合することを有
する。
別の目的は別個の繊維の構造的完全性が好ましくは25.4
mm（１インチ）又はそれ以上の長さで維持される補強用
繊維を有する熱可塑性樹脂の配合された混合物を提供す
ることである。
これらの基本的な目的は第１の樹脂押出機の及び第２の
配合用押出機を備える２つの分離した押出機を利用する
ことによって実現される。別個の所定の長さの強化用繊
維は適当な供給源から配合用押出機の第１の入口口部中
へ導入される。ペレット取扱装置によって樹脂押出機中
へ導入された熱可塑性樹脂ペレットは加熱され且つその
中で溶融され、且つ配合用押出機の第２の入口口部中へ
圧力で押入れられる。配合用押出機の動力スクリューの
作用は無作為に分散された別個の不連続の長さの補強用
繊維を中に有する熱可塑性樹脂を溶融塊を押出物として
作る。
特に有利な特徴として、加熱された熱可塑性樹脂を受取
るための配合用押出機の前記第２の入口口部は、配合用
押出機を通る繊維及び樹脂の流れの方向に関して補強用
繊維を導入する第１の入口口部から下流の場所で配合用
押出機の動力スクリューの長さに沿って配置される。そ
の結果として、繊維は溶融された熱可塑性樹脂と混合接
触状態に入る前に加熱され且つ配合用押出機の動力スク
リューによって機械的に加工される。これは熱可塑性樹
脂による繊維の侵入及び被覆を向上させ且つ接触の瞬間
に繊維の崩壊を減らし、そうであれば該崩壊はもし熱可
塑性樹脂がより粘度の高い状態であったならば起こる。
配合方法及び装置の別の利益ある観点は配合用押出機へ
の熱可塑性樹脂及び繊維の重量制御された供給にある。
前記ペレット取扱装置は熱可塑性樹脂ペレットを所定の
重量率で熱可塑性押出機中へ給送するように構成され且
つ配置された秤量及び搬送装置を備える。その上、補強
用繊維は繊維が配合用押出機中へ給送される重量率を注
意深く監視し且つ制御するために重量制御された供給源
から導入される。そのような供給源は好ましくは繊維が
引張られ且つ所望の別個の長さに切断される連続した繊
維ストランドのパッケージを備えることができる。熱可
塑性樹脂及び強化用繊維の重量制御された供給は好まし
くは樹脂ペレット及び強化用繊維の供給源と関連して利
用される減量装置によって行われることができる。原材
料給送系を注意深く制御することによって、熱可塑性樹
脂及び長い強化用繊維の配合された混合物の所望の重量
比がばらつきのない基準で得られる。
前記装置及び方法は好ましくは配合用押出機からの押出
物が予成形機中へ直接に給送される圧縮成形加工で利用
される。予成形機は圧縮成形機の成形用キャビティへ直
接に搬送されることができる所望の重量の圧縮成形予成
形物を作る。代替的に、配合用押出物は成形材料として
その後使用するに適するシートとして成形されることが
できる。
本発明のこれらの及び他の目的及び利益は同様な参照数
字が図面を通して同様な要素を表すために用いられてい
る添付図面と関連して以下の説明を読めば即座に明らか
になろう。
実施例 図面の第１図〜第３図を参照すると、参照数字１は熱可
塑性樹脂材料に強化用繊維を配合するための押出装置を
全体的に指示する。該装置は参照数字２で全体的に指示
された圧縮成形機と関連して利用されることができる。
以下で述べるように、押出装置から排出され且つ熱可塑
性樹脂と強化用繊維の混合物からなる溶融した押出物か
ら作られた予成形物は所望の寸法及び形状の物品を成形
するための成形機２へ搬送されることができる。
押出装置は以下で説明されるような特別の有利な様態で
流体流れ関係で一緒に連結された樹脂押出機４と配合用
押出機８とからなる。樹脂押出機は参照数字６で全体的
に指示された熱可塑性樹脂材料の供給源をそれへ連結し
て有し、参照数字10で指示された強化用繊維の供給源は
配合用押出機へ連結される。
樹脂押出機４は樹脂押出機４のバレル又はハウジング14
内に収容された細長い回転可能な機械的スクリュー12を
備える。スクリュー12は第３図に最良に示されるように
入口口部16と出口連結部18との間でバレル14を長さ方向
に貫通している。第３図に示したように、電気加熱器20
が押出機４のバレル14の周りに利用されることができ、
押出機スクリュー12の機械的作用によって与えられる熱
に加えて補助的な熱を提供し、入口口部16を通して押出
機バレル14中へ導入された熱可塑性樹脂ペレットを溶融
するための助けをする。
第１図に示したように、押出機４の動力スクリュー12は
モータ22によって駆動されることができ、その出力軸は
通常の様態でベルト駆動のような適当な動力伝達装置24
によってスクリュー12へ連結されることができる。
熱可塑性樹脂はドラム又は容器26から好ましくはペレッ
トの形で押出機４へ供給される。種々の熱可塑性樹脂材
料のどれかが利用されることができ、そのなかには例と
してポリプロピレン、ポリエチレン、種々のナイロン、
ポリカーボネート、スチレン、スチレンアクリロニトリ
ル、アクリロニトリルブタジェンスチレン、ポリスルホ
ン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、アセタ
ール樹脂、ポリエステル、デュポンのHYTREL商標のよう
なポリエステルエラストマー、及び種々の熱可塑性ゴム
が含まれる。真空ローダー30が真空供給管28を介して樹
脂ペレット容器26へ連結され且つ樹脂ペレットを容器26
から管28を通して引入れ且つペレットを熱可塑性樹脂乾
燥機32中へ搬送する作用をする。乾燥機32は通常の設計
のものであり、ペレットが樹脂押出機４中へ搬送される
前に熱可塑性樹脂ペレットを所望の程度まで乾燥する作
用をする。押出機４中へのペレットの最終的な搬送は例
えば図示したようにベルトの形であるフィーダーコンベ
ヤ36を介して行われ、該フィーダーコンベヤは減量給送
秤組立体34を備える。種々の形式のペレットコンベヤが
使用されることができ、オーガーを含む。前記ペレット
供給装置の全ては熱可塑性樹脂ペレットを供給ドラム26
から押出機４へ搬送するためのペレット取扱装置を備
え、ベルトコンベヤ36からの樹脂ペレットの排出は第１
図及び第２図に示したように最終の供給ホッパ38中へ向
けられる。ホッパ38の底排出端は押出機４の入口口部16
へ連結される。フィーダー／秤組立体34は熱可塑性樹脂
ペレットを所望の重量流率で樹脂押出機４中へ送出する
ように最初にプログラムされる。秤はコンピュータ制御
される。
樹脂押出機４は基礎板48上に取付けられ、その出口連結
部又は取付具18は第２図及び第３図に示したようにアダ
プタ導管40へ連結される。アダプタ導管40は樹脂押出機
４の排出端の出口連結部18と入口端部分8aで配合用押出
機８に設けられた入口取付具42との間で流体流れ連通状
態で連結される。アダプタ導管40内の内部流通路44は押
出機４の出口連結部18を通して排出された押出物を受取
るように配置される。入口取付具42内の同様の内部流通
路46はアダプタ導管40の流通路44と連通し且つ配合用押
出機８の入口端8aへの入口口部として作用する排出端46
aを有する。
補助加熱器20からの熱と結合された熱可塑性樹脂ペレッ
トに及ぼす樹脂押出機４の動力スクリュー12によって発
生された摩擦を含む機械的作用は押出機４のバレル14内
で熱可塑性樹脂ペレットを溶融する作用をする。このた
め、熱可塑性樹脂は流動状態で溶融した塊の形で押出機
４からその出口連結部18を通って去り、押出機スクリュ
ーのポンプ作用によってアダプタ導管40を通って入口口
部46aから配合用押出機８中へ搬送される。
配合用押出機８はバレル又はハウジング50を有し、その
中に細長い動力スクリュー52が収容されており、該動力
スクリュー52は入口端8aから押出機８の出口又は排出端
8bまで延在する。補助電気加熱器54が第３図に示したよ
うに配合用押出機８のハウジングを包囲する関係で利用
されることができる。
配合用押出機８は基礎パット又は板60上に支持され、そ
れは配合用押出機８の押出機スクリュー52へ回転動力を
与えるための駆動モータ56及び動力伝達装置58をも支え
る。樹脂押出機４におけるように、動力伝達装置58は図
示したようにハウジング内に収容され且つ駆動モータ56
の出力軸へ連結される。そのような動力伝達装置は通常
のベルト駆動を含む種々の形をとることができる。
配合用押出機８は入口端8aに第１の入口口部62を有し、
それは後述する理由で押出機８を通る材料流の方向に関
して溶融した樹脂の入口口部46aの上流に配置される。
補強用繊維の供給源10は第１の入口口部62へ連結され
る。補強用繊維の供給源は種々の形をとることができ
る。強化用繊維は好ましくは25.4mm（１インチ）を超え
る所定の長さの強化用繊維の別個の長さとして制御され
た率で配合用押出機８へ供給されることだけが必要であ
る。そのために、強化用繊維の供給源は好ましくは第１
図及び第２図に示したように一対の小出し容器又はパッ
ケージ内に保持された一対のロール64を備えることがで
きる。繊維供給ロール64及びそれらの容器66は第１図に
示した減量秤70の構成要素を成形する基礎板68上に配置
される。ローラ64から引出された連続した長さの強化用
繊維は連続した長さの繊維を供給ロール64から引張る作
用をする一対の摩擦ローラ74の間に案内される。切断ロ
ーラ76が複数個の切断刃78を設けている。これらの刃は
強化用繊維を別個の所定の長さに切断するように連続し
たストランドの繊維72を所定の間隔で切断する作用をす
る。分離した別個の長さの強化用繊維は給送オーガー84
を有する詰込フィーダー80のホッパ82中へ向けられる。
第１図及び第２図に示したように、給送オーガー84は歯
車減速ユニットを有する駆動モータ86によって駆動され
る。回転オーガー84は別個の長さの強化用繊維を第１の
入口口部62を通して配合用押出機８の入口端8a中へ詰込
又は押込給送する作用をする。
押出機４中への樹脂ペレットの導入のために利用された
減量秤34におけるように、減量秤70は強化用繊維を所望
の重量率で詰込フィーダー80を通して配合用押出機８の
入口口部62中へ給送することを可能にするようにコンピ
ュータプログラムされる。そのために、繊維給送ローラ
74の回転速度は減量秤70から受取った信号によって制御
される。このようにして、ローラ74は連続した繊維スト
ランド72を供給パッケージ66から所望の速度で引張って
刃78によって別個の長さに切断するように所定の速度で
回転する。重量給送信号を秤34及び70から受取り且つコ
ンベヤ36の速度並びに給送ローラ74の速度を調製する給
送制御信号を送出するためのコンピュータ75が第１図で
概略的に図示されている。コンピュータ75は押出物で樹
脂及び繊維の所定の配合、例えば重量で60％樹脂及び40
％繊維の配合を得るため並びに時間間隔当りグラム（ポ
ンド）で繊維及び樹脂の所望の全重量入力を制御するた
めに最初にプログラムされる。
配合用押出機８内で、溶融した熱可塑性樹脂及び別個の
長さの強化用繊維は均質の塊を作るために均質に混合さ
れ且つ配合される。無作為に分散された別個の不連続の
長さの強化用繊維を有する熱可塑性樹脂の溶融した塊は
動力スクリュー52の機械的作用によって配合用押出機８
のバレル50中で形成され且つスクリュー52によって押出
機８の排出端8bへ押出物として圧送される。配合用押出
機８から排出される溶融した押出物内の繊維は好ましく
は25.4mm（１インチ）よりも大きい長さを有し、それに
より該押出物から成形された物品に最大機械的強度の向
上を与える押出機８の出力端8bから排出された押出物は
好ましくは熱可塑性樹脂及び強化繊維の溶融した混合物
を成形機で予成形物として使用される所定の寸法及び形
状に成形するための予成形装置へ向けられることができ
る。
特別の利益及び利得は、溶融した熱可塑性樹脂を配合用
押出機８中へ導入するための入口口部46aを、強化用繊
維が受取られる第１の入口口部62から下流にある動力ス
クリュー52の長さに浴う場所に配置することによって得
られる。用語下流は配合用押出機８の入口端8aからその
出口端8bまで配合用押出機８を通る繊維及び溶融熱可塑
性樹脂の流れの方向を言う。熱可塑性樹脂及び予め切断
された長さの強化用繊維の溶融した塊のためのこの特別
の入口の配置の結果として、繊維は溶融した熱可塑性樹
脂と混合接触状態になる前に押出機８の入口端8aに沿っ
て動力スクリュー52によって加熱され且つ機械的に加工
される。その結果として、各長さの繊維のストランド又
は束を作る個々のフィラメントの侵入及び被覆は大きく
向上される。また、繊維は配合用押出機８の入口端に沿
って予め加熱されているので、繊維は加熱された熱可塑
性樹脂を冷却せず且つその粘度を増す。熱可塑性樹脂の
粘度が高くなるほど、接触の瞬間における強化用繊維の
崩壊及び破壊の傾向は大きくなる。熱可塑性樹脂が利用
される特別の熱可塑性樹脂に依存して概ね204℃及び371
℃（400°Ｆ及び700°Ｆ）の間の範囲であり得る高めら
れた温度において熱可塑性樹脂が溶融した塊として樹脂
押出機４から口部46aを通して配合用押出機８中へ導入
されることは注目されるべきである。
上に述べたように、配合用押出機８から排出された溶融
した熱可塑性樹脂及び別個の長さの強化用繊維の押出物
の混合物は予成形装置中へ向けられることができ、該装
置は第１図、第２図及び第３図で参照数字88によって全
体的に指示されている。
予成形装置は成形作業で所望される予成形物の特別の種
類及び形状に依存して種々の形をとり得る。もし概ね円
筒状の形状の丸太又はビレット形状にされた予成形物が
所望されるならば、バレル又はハウジング90からなり且
つ動力スクリュー92を有する押出予成形機が利用される
ことができる。そのような押出機はモータとスクリュー
92に回転動力並びに往復運動を与える動力伝達装置とを
備える駆動ユニット94を備えている。また、外部加熱器
96が予成形物押出機ハウジング90の外側の周りに利用さ
れることができる。先細になった内部通路100を形成し
たアダプタ取付具98は好ましくは溶融した熱可塑性樹脂
と長い切取られた強化用繊維との均質な混合物を予成形
物押出機ハウジング90の側部分102中へ押込むために利
用されることができる。アダプタ98は図示したように配
合用押出機８のバレル50の出口又は排出端8bと予成形物
押出機ハウジング90の側部分102との間に連結される。
押出機バレル90の排出端に、予成形室104が設けられ
る。好ましくは、押出機スクリュー92は回転するのみな
らず駆動構造を設けており、該駆動構造は該スクリュー
を第３図で方向をもった矢印によって指示したように押
出機バレル90の長さに沿って前後へ往復動させる。切断
ナイフ106が押出機106が押出機ハウジング90の排出端を
横切って設けられる。作動中、押出機スクリュー100の
回転運動はアダプタ取付具の内部通路92を通して受取ら
れた溶融した押出物を予成形室104中へ押込み、丸太又
はビレット形状にされた予成形物を切断ナイフ106に接
して成形する。切断ナイフ106は次に垂直方向へ持上げ
られ、且つ動力スクリュー92は予成形室104の方へ前方
へ往復動してビレット形状にされた予成形物をシャット
ル板108上へ押出す。ナイフ106は次に下方へ移動して予
成形物ビレットを所望の長さに切断するように作動され
る。スクリュー92の回転は室104内に圧力を発生させ、
それに応じてスクリュー92は次に後方へ往復動し、配合
用押出機８の排出端から別の溶融した予成形押出物の充
填を受取る。シャットル板108は第１図及び第２図に参
照数字109で全体的に示したコンベヤ装置上を横方向に
前後へ往復動するように構成されることができる。その
ような構成は成形機による直接の複合した動作のために
参照数字２によって指示された成形機と直接に関連した
状態で配合用装置及び予成形機を設けることが所望され
る場合に使用される。第１図及び第２図に全体的に示さ
れた成形機２は成形用キャビティ114内に受入れられる
ようになっている雄型成形ヘッド112を支える圧縮成形
プレス110からなる圧縮成形機である。圧縮成形プレス1
10は往復動動力シリンダ116によって案内棒118上で上下
方向に往復動される。
このため、シャットル板108上で予成形機88から受取ら
れた丸太又はビレット体からなる予成形物成形材料は金
型キャビティ114中へ堆積される。その後、成形プレス
は成形材料を所望の形状に圧縮するように作動される。
シャットル板108は次に第１図及び第２図に示した位置
までコンベヤ装置109上を横方向に逆に運搬され、別の
予成形された丸太又はビレット体を予成形機88の排出端
から受取る。コンベヤ装置109はローラ又はベルトコン
ベヤなどのような形式のコンベヤでもよい。
第４図に代替的な形の予成形装置が破断断面図で示され
ている。第４図に示した予成形装置は参照数字120で全
体的に指示されており、且つ細長いアキュムレータ／シ
リンダ122を備えるように図示されており、その中でピ
ストン124が往復動可能に装着されている。側口部128が
シリンダ122に設けられ、第１図〜第３図の実施例に関
して図示し且つ上述したものと同じ形状及び配置のアダ
プタ取付具98を受入れる。予成形室126が図示したよう
にピストン124とシリンダ122の排出端との間に設けられ
る。このため、別個の長さの強化用繊維を中に混合して
有する溶融した流動性の熱可塑性樹脂の押出物混合物は
配合用スクリュー52によって配合用押出機８の排出端8b
から押出されてアダプタ取付具98の先細の通路100を通
り且つ予成形室126中へ入る。室126内で、前記押出物は
切断ナイフ106に対して圧縮されて所望の円筒状の形状
の予成形物成形充填物を成形する。切断ナイフ106は第
１図、第２図及び第３図に関して上述したものと同じよ
うに作用し、ピストン124が前後に往復動するにつれて
予成形物を所望の長さに切断する。ピストン124の前進
運動は切断ナイフ106が持上げられた時に予成形物を排
出し、ナイフは次に下方へ移動されて予成形物を所望の
長さに切断する。
若干の場合には、配合用押出機８からの熱可塑性樹脂及
び強化用繊維の押出物をシートの形に成形することが望
ましいことがある。そのようなシート製品は熱可塑性シ
ート成形成形材料（TP−SMC）として圧縮成形のために
利用されることができた。これを行うために、予成形装
置又は設備は一対のカレンダーローラ130及び132を備
え、該カレンダーローラは所望の厚さのシートを造形す
るニップ134を形成するように所定の距離離間してい
る。回転可能に取付けられたローラ130及び132は第５図
に示したように配合用押出機８の排出端8bへ取付けられ
た特別のアダプタ取付具136に近接して配置される。
アダプタ取付具136は実際にシート成形ダイであり且つ
内部通路138を有し、該内部通路はその外方端において
所望の長さのスロットル139の形状に先細になってお
り、動力スクリュー52によって配合用押出機８の排出端
から押出された押出物からシートを成形することができ
る。そのようにして成形されたシートは参照数字140で
指示されている。往復動する切断ナイフ142がシートを
所望の長さに切断するためにローラ130及び132の間のニ
ップ134の出力側に図示したように取付けられる。シー
ト140を受取るための受取テーブル又は板144が配置さ
れ、該テーブルの後縁は切断ナイフ142の案内として作
用する。
当業者は成形用予成形物を作るように比較的長い強化用
繊維（長さが25.4mm（１インチ）以上である）を熱可塑
性樹脂に配合するためのここに開示された多段押出機装
置及び方法から特別の利益が生まれることを理解するで
あろう。熱可塑性樹脂を溶融状態で導入して異なる口部
を通して導入された強化用繊維と混合する配合用押出機
８と組合せて分離した熱可塑性樹脂押出機４を使用する
ことに関して上述した特別の利得に加えて、配合用押出
機８と組合せて分離した樹脂加熱及び溶融押出機４を使
用し、２つの押出機のスクリューを独立に駆動すること
は２つの押出機のスクリュー速度を互いに独立に制御す
ることを可能にする。配合用押出機スクリュー52の速度
は樹脂溶融押出機スクリュー12の速度と同じでなくても
よい。また、押出機４及び８はそれらの内径及び長さに
関して異なる寸法を有し、それにより最大出力速度にお
いて樹脂押出機４からの押出物は口部62を通して配合用
押出機８中へ導入された追加された繊維と一緒に配合用
押出機８の出力率に適合する。
重量測定用の重量秤として知られる減量秤34及び70は熱
可塑性樹脂ベレット及び切取られた繊維が延長された時
間の期間にわたって時分対時分の基準で一致して且つ正
確に供給される。原材料給送系６及び10は熱可塑性樹脂
及び強化用繊維の適正な配合を確率し且つ維持するよう
に系全体を作動させるために非常に重要である。押出物
が配合用押出機８で原材料の配合から成形された時、押
出物それ以上の配合は実行しがたい。
ここに開示した多段押出機装置及び方法は測定された予
成形物を必要とする成形作業に特別の作動効率とコスト
節減とをもたらす。成形者の原材料コストは成形者が予
め配合されたペレット又はシートのコストを支払う必要
がないのでかなり減少される。配合は成形加工と一体の
連続した作業として成形現場で起こる。また、系は非常
に融通性がある。強化用繊維の含有量は繊維給送系10の
最初にプログラムによって所望通りに変化されることが
できる。添加剤は押出に先立って熱可塑性樹脂系へ提供
されることができ、また種々の形の強化が単独で行われ
ることができ又は複合した強化がハイブリッドの複合材
料を成形するために行われることができる。また、この
系は強化用繊維材料の多数供給源に関して融通性を備え
る。成形者はガラス、炭素等の繊維供給パッケージ66で
所望される特別の繊維供給を備えることができる。吸湿
性繊維は樹脂供給系６に関して上述した乾燥機32を利用
して容易に取扱われ且つ乾燥されることができる。ま
た、系は熱可塑性樹脂材料及び強化用繊維を配合するた
め及び予成形物を成形者の手で作るための作業の総合的
制御を保つ。
種々の変更が特許請求の範囲で規定された本発明の精神
及び範囲から逸脱せずに熱可塑性樹脂に強化用繊維を配
合するための二段押出機系の構造及び動作に並びに予成
形物装置の寸法及び形状になされ得ることは予期され
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の垂直立面図であり、第２図は第
１図の装置の上面図であり、第３図は第２図の装置の部
分の一部断面破断上面図であり、第４図は第１図から第
３図の配合用押出機と組合せた予成形機の修正された形
の一部断面破断上面図であり、第５図は第１図から第３
図の配合用押出機と組合せて図示されたシート予成形機
の修正された形の破断側面図である。 １……押出装置、２……圧縮成形機、４……樹脂押出
機、６……熱可塑性樹脂材料供給源、８……配合用押出
機、8a……入口端部分、8b……排出端、10……強化用繊
維供給源、12……スクリュー、14,50,90……バレル又は
ハウジング、16,62……入口口部、18……出口連結部、2
0,54……電気加熱器、22,56,86……モータ、24,58……
動力伝達装置、26……ドラム又は容器、28……真空供給
管、30……真空ローダー、32……熱可塑性樹脂乾燥機、
34……減量給送秤組立体、36……給送コンベヤ、38,82
……ホッパ、40……アダプタ導管、42……入口取付具、
44,46……内部流通路、46a……入口端、48,68……基礎
板、52,92……動力スクリュー、60……基礎パッド又は
板、64……ロール、70……減量秤、72……強化用繊維、
74……摩擦ローラ、75……コンピュータ、76……切断ロ
ーラ、78……切断刃、80……詰込フィーダー、84……給
送オーガー、88……予成形装置、94……駆動ユニット、
96……外部加熱器、100……内部通路、104……予成形
室、106,142……切断ナイフ、108……シャットル板、10
9……コンベヤ装置、110……圧縮成形プレス、112……
雄型成形ヘッド、114……成形用キャビティ、116……動
力シリンダ、120……予成形装置、122……アキュムレー
タ／シリンダ、124……ピストン、130,132……カレンダ
ーローラ、134……ニップ、136……アダプタ取付具、13
8……内部通路、139……スロット、140……シート、144
……テーブル又は板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:06

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱可塑性樹脂に強化用繊維を配合するため
    の装置であって、 熱可塑性樹脂ペレットの供給源と、 熱可塑性樹脂ペレットを前記供給源から受取るための入
    口、出口、及び前記入口と前記出口との間に延在する細
    長い回転可能な押出スクリューを有する樹脂押出機と、 熱可塑性樹脂ペレットをその前記供給源から前記樹脂押
    出機入口中へ搬送するためのペレット取扱装置であっ
    て、それにより熱可塑性樹脂ペレットが前記樹脂押出機
    スクリューによって前記入口から前記出口へ機械的に圧
    送され且つそれにより加熱され且つ溶融されるペレット
    取扱装置と、 単一の連続したまっすぐなバレル及び入口端及び排出端
    の間でその中で延在する細長い動力スクリューを有する
    配合用押出機であって、該配合用押出機が前記入口端側
    に第１及び第２の入口口部を有し、該第２の入口口部が
    前記樹脂押出機の前記出口へ連結されて溶融した熱可塑
    性樹脂を前記細長い動力スクリューに沿った前記第１の
    入口口部から下流の位置で、前記樹脂押出機から受取る
    配合用押出機と、 前記配合用押出機の前記第１の入口口部中へ連結された
    所定の長さの補強用繊維の供給源と、 前記繊維を前記第１の入口口部へ給送するための装置と
    を備え、 それにより前記繊維が溶融した熱可塑性樹脂と混合接触
    状態に入る前に、前記動力スクリューによって前記バレ
    ル内で加圧状態で加熱且つ機械的に加工され、前記繊維
    と前記熱可塑性樹脂とが前記バレル内で混合され、所定
    の長さの補強用繊維がでたらめに分散した熱可塑性樹脂
    の溶融塊が前記配合用押出機中に形成され、前記動力ス
    クリューによって前記排出端から押出物として圧送され
    る装置。
  2. 【請求項２】回転可能な押出スクリューを中で延在させ
    て有する樹脂押出機と、細長い動力スクリューを入口端
    及び排出端の間で延在させて有する配合用押出機とを備
    えた装置で熱可塑性樹脂に強化用繊維を配合するための
    方法であって、該方法が、 前記押出スクリュー及び前記動力スクリューを所定の速
    度で回転駆動することと、 別個の長さの強化用繊維を前記配合用押出機中へその中
    の第１の場所において導入することと、 熱可塑性樹脂材料を前記樹脂押出機中へ方向付け且つ該
    樹脂材料を前記押出スクリューの回転作用によって加熱
    し且つ溶融して熱可塑性樹脂の流動性溶融塊を作ること
    と、 該溶融した熱可塑性樹脂を前記樹脂押出機から前記配合
    用押出機中へ前記第１の場所から下流のその中の第２の
    場所において給送すること、及び 前記動力スクリューの回転作用によって前記配合用押出
    機中で熱可塑性樹脂及び別個の長さの補強用繊維の均質
    の混合物を作ることと、 からなる方法。
  3. 【請求項３】前記補強用繊維が少なくとも3.2mm（1/8イ
    ンチ）の別個の長さで前記配合用押出機中へ導入される
    特許請求の範囲第２項に記載された方法。
  4. 【請求項４】前記配合用押出機の前記排出端からの熱可
    塑性樹脂及び繊維の前記混合物を溶融塊として予成形装
    置へ排出し且つ前記混合物を所定の寸法及び形状の予成
    形された塊に成形することを更に含む特許請求の範囲第
    ２項に記載された方法。
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