JPH07251437A

JPH07251437A - 長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法およびその製造装置

Info

Publication number: JPH07251437A
Application number: JP6044098A
Authority: JP
Inventors: Hideho Tanaka; 秀穂田中; Kunio Watanabe; 邦夫渡辺; Toshitaka Uchimura; 寿孝内村
Original assignee: Ube Industries Ltd
Current assignee: Ube Corp
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1995-10-03

Abstract

(57)【要約】【目的】直線状を呈するダイ形状のクロスヘッドダイ
を取り付けた押出機を用いて、連続補強繊維に熱可塑性
樹脂を付着させ、これを凸状ローラーおよび凹状ローラ
ーに巻き掛け、引張ることによって、繊維の開繊、熱可
塑性樹脂の含浸および繊維の集束を行い、次いで、含浸
物を賦型ダイに通して賦型後、冷却するに際し、凸状ロ
ーラーの最大中心部半径とその個数と含浸物中の繊維の
体積分率との間に特定の関係を有する凸状ローラーと、
繊維支持面が曲線状を呈する凹状ローラーとを用いるこ
とによる長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法および
その装置。【効果】本発明によれば、良好な含浸状態を有する長
繊維強化熱可塑性複合材料が低コストで安定的に生産で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長繊維強化熱可塑性複
合材料の製造方法およびその製造装置に関するものであ
る。さらに詳しくは、繊維への樹脂の良好な含浸状態を
呈する長繊維強化熱可塑性複合材料を安定的に製造する
製造方法およびその製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術およびその問題点】長繊維強化熱可塑性複
合材料の製造においては、マトリクス樹脂である熱可塑
性樹脂の粘度が高いために、強化繊維への樹脂の含浸の
しにくさや高温・高圧を要する成形など弱点を有してお
り、強化繊維への樹脂の含浸は困難であることが知られ
ている。このために、熱可塑性樹脂をパウダー状あるい
は繊維状にして、繊維間に該樹脂を導入する方法が従来
知られているが、気泡が抜けにくく、またコストがかか
るなどの問題がある。

【０００３】そこで、コスト的に有利な溶融引抜法が広
く実施されている。しかし、溶融引抜法では、高粘度の
熱可塑性樹脂を含浸させる必要があるために、種々の工
夫が求められる。特に、開繊は、著しい効果が現れるの
で主要な技術となっている。中でも、凸状流路を有する
ダイ（米国特許第３９９３７２６号明細書、米国特許第
４３１２９１７号明細書、米国特許第４４３９３８７号
明細書、米国特許第４５８８５３８号明細書、特開昭６
３−２６４３２６号公報、特開平５−１７７６３３号公
報など参照）や、凸状表面のローラー（米国特許第４７
２８３８７号明細書、特開平１−２０８１１８号公報、
特開平３−１０４９７６号公報など参照）を用いて繊維
間隙を広げ、溶融樹脂を含浸させる方法が提案されてい
る。しかし、第１の凸状流路を有するダイを用いる方法
では、繊維がダイ壁面で擦れ、ケバ立ちやすいという問
題がある。一方、凸状表面のローラーを用いる第２の方
法では、凸状ローラーの半径や個数の最適な設計が困難
であり、熱可塑性樹脂の含浸と補強繊維の切断防止の両
立ができない。このように、従来の方法は、いずれも品
質と操業性とが両立した方法ではなかった。

【０００４】そこで、この問題を解決する方法として、
特開平６−３１８２１号公報には、回転ローラーを用い
て、連続補強繊維に熱可塑性樹脂Ａを、該熱可塑性樹脂
Ａの溶融する温度において含浸させて予備含浸物を製造
し、次いで、クロスヘッドダイを使用して前記予備含浸
物の周囲を、前記熱可塑性樹脂Ａよりも高温で溶融し、
かつ、前記熱可塑性樹脂Ａとは溶融状態において相溶性
がある熱可塑性樹脂Ｂで被覆することによって製造し、
少なくとも２０ｍ／分以上の速度で引き取る熱可塑性複
合材料の製造方法が開示されている。この方法の特徴
は、高速生産時の連続補強繊維の切断やケバ立ちを防止
するために、熱可塑性樹脂Ａ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２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ことにある。

【０００５】しかしながら、前記熱可塑性樹脂Ａの前記
連続補強繊維への含浸性向上の点からは、前述したよう
に、凸状表面を有する回転ローラーを用いて前記連続補
強繊維を開繊させる方が好ましい。従って、凸状表面の
ローラーを用いて繊維間隙を広げ、溶融熱可塑性樹脂を
含浸させる方法において、前述したような従来技術にお
ける問題点を解決する方法が求められていたのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、連続
補強繊維への熱可塑性樹脂の含浸が十分に行われ、連続
補強繊維の切断がなく、安定して長繊維強化熱可塑性複
合材料の製造が行える製造方法およびその装置を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造方法について鋭意検討した結
果、特定のダイを用いて繊維を引き抜いた後に、特定の
ローラーによって張力下で開繊および樹脂の含浸を行っ
た後、開繊した繊維を特定のローラーによって集束させ
ることによって、前記の従来技術の問題点を克服できる
ことを見つけ、本発明に到ったものである。

【０００８】すなわち、本発明の第１の課題は、直線状
を呈するダイ形状のクロスヘッドダイを取り付けた押出
機を用いて、連続補強繊維に熱可塑性樹脂Ａを付着さ
せ、これを該熱可塑性樹脂Ａの溶融温度以上の温度にお
いて、凸状表面を有する回転ローラーに巻き掛けて、引
張ることによって繊維を開繊し、前記熱可塑性樹脂Ａを
繊維間隙に含浸させた後に、凹状表面を有する回転ロー
ラーに巻き掛けて、開繊した繊維を集束させ、次いでこ
れを、賦型ダイを通過させて賦型し、続いて冷却するこ
とによって長繊維強化複合材料を製造するに際し、
（１）前記の凸状表面を有する回転ローラーの最大中心
部半径をＲ、その個数をＮおよび前記熱可塑性樹脂Ａと
前記連続補強繊維との合計体積中に占める前記連続補強
繊維の繊維体積分率をＶｆとした時に、これらＲ、Ｎお
よびＶｆが前記数式（Ｉ）（ただし、ａおよびｂは、そ
れぞれ３．０３６≦ａ≦３．０９８および−２．１１２
≦ｂ≦−１．４９２の範囲を満たす数値である。）を満
たすこと、および、（２）前記の凹状表面を有する回転
ローラーにおいては、前記連続補強繊維を支持する面が
曲線状であることを特徴とする長繊維強化熱可塑性複合
材料の製造方法を提供することである。

【０００９】本発明の第２の課題は、上記本発明の第１
課題において冷却を行う前に、第２の押出機に取り付け
たクロスヘッドダイを用いて、前記熱可塑性樹脂Ａと同
一および／または異なる熱可塑性樹脂Ｂを被覆するとと
もに賦型することを特徴とする、長繊維強化熱可塑性複
合材料の製造方法を提供することである。

【００１０】さらに、本発明の第３の課題は、前記連続
補強繊維に前記熱可塑性樹脂Ａを付着させ、凸状表面を
有する回転ローラーを用いて前記熱可塑性樹脂Ａを含浸
させた後、該含浸物を賦型し、冷却する装置において、
（ａ）前記連続補強繊維の送出張力を一定に調整する機
構を有する繊維送出部と、（ｂ）融点以上に加熱された
前記熱可塑性樹脂Ａを前記連続補強繊維に付着させるた
めの押出機と、直線状を呈するダイ形状のクロスヘッド
ダイとからなる樹脂供給部と、（ｃ）凸状表面を有する
回転ローラーおよび凹状表面を有する回転ローラーの複
数本を有し、前記熱可塑性樹脂Ａの融点以上に雰囲気温
度を保つことができる加熱機能を有する含浸部と、
（ｄ）前記熱可塑性樹脂Ａの融点以上に保たれ、最終的
に得られる長繊維強化熱可塑性複合材料の断面を規定す
る賦型部と、（ｅ）該長繊維強化熱可塑性複合材料を冷
却し、引き取りを行う引取部とからなるか、あるいはさ
らに、前記含浸部の後に、前記含浸物に対して、融点以
上に加熱された熱可塑性樹脂Ｂを被覆および賦型する、
押出機とクロスヘッドダイとからなる樹脂被覆賦型部を
有することを特徴とする、長繊維強化熱可塑性複合材料
の製造装置を提供することである。

【００１１】以下に、本発明の長繊維強化熱可塑性複合
材料の製造方法およびその製造装置を詳しく説明する。
本発明の長繊維強化熱可塑性複合材料の製造工程は、回
転ローラーを使用して、連続補強繊維に熱可塑性樹脂を
含浸させる含浸工程と、該含浸工程で得られた含浸物を
賦型ダイを通過させて賦型し、最終目的製品である長繊
維強化複合材料を製造する賦型工程とからなる。

【００１２】すなわち、含浸工程は、押出機によって後
述する極性基含有熱可塑性樹脂Ａ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
強繊維を引き抜いて、該連続補強繊維に前記熱可塑性樹
脂Ａを付着させた後、これを前記熱可塑性樹脂Ａの溶融
温度以上の温度で、凸状表面を有する回転ローラーに巻
き掛けて、引張ることによって前記連続補強繊維を開繊
し、前記熱可塑性樹脂Ａを繊維間隙に含浸させ、次いで
凹状表面を有する回転ローラーに巻き掛けて、開繊した
前記連続補強繊維を集束させて含浸物を製造する工程で
ある。一方、賦型工程は、前記含浸工程で製造された含
浸物を前記熱可塑性樹脂Ａの溶融温度以上の温度で、賦
型ダイを通過させて賦型するか、あるいは、押出機によ
って後述する熱可塑性樹脂Ｂ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前記賦型ダイの代わ
りに用いて、前記熱可塑性樹脂Ｂの溶融温度以上の温度
において、前記含浸物を通過させ、前記含浸物の周囲を
被覆するとともに賦型し、引き続き冷却・引き取りを行
うことによって長繊維強化熱可塑性複合材料を製造する
工程である。

【００１３】そこで、本発明の長繊維強化熱可塑性複合
材料の製造方法における上記含浸工程および賦型工程に
ついて、添付図面を参照しながら、さらに詳しく説明す
る。図１は、本発明の長繊維強化熱可塑性複合材料の製
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。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１には、送り出される繊維の張力が
制御できるような機能を有していることが要求される。
特に、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。また、ガイドロール３
は、クリール１から供給される繊維を予熱処理装置４へ
導入するためのものであり、ケバ立ちが起こらないよう
な工夫がいる。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）に対する配慮が必要である。また、回転抵抗が少
なく自由回転が可能なローラーや、駆動回転が好まし
い。予熱処理は、繊維に付着した水分などの揮発性物質
の除去およ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
の沸点およ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（溶融温度や熱
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
プロピレン樹脂の場合で１２０〜２３０℃、好ましくは
１４０〜２００℃である。ガラス繊維／ポリプロピレン
樹脂の組み合わせの場合、予熱処理温度が１２０℃より
低くなると、上述した予熱処理の目的の達成が十分期待
できないし、２３０℃より高くなると、繊維の処理剤の
熱分解が起こりやすくなるのでいずれの場合も好ましく
ない。また、予熱処理時間は、処理温度や繊維の種類
（熱伝導率）によっても異なるが１０秒〜１分程度であ
る。１０秒未満では、上述の予熱処理の目的が十分達成
されないし、１分以上予熱処理を行っても、予熱処理の
効果の向上は望めない。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（窒素ガスな
ど）雰囲気で行うのがよい。

【００１４】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
どの金属繊維などが含まれる。なお、上記のうちの二種
以上の組み合わせも差し支えない。

【００１５】そして本発明においては、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１０００〜１５０
００本程度である。これらは、樹脂の含浸性および複合
材料の物性との兼ね合いから選択されるべきである。本
発明では、このようなトウ（モノフィラメントを多数集
束したもの）が最適であるが、この他、織物も使用でき
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、例えば、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、その他、チタネート系カ
ップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、クロム
系カップリング剤、ホウ素系カップリング剤など、各種
カップリング剤が使用され得る。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
しく改良するものである。本発明の方法において使用す
る表面処理剤の種類は、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、一般的には、繊維１
００重量部に対し、０．０１〜１重量部、好ましくは
０．０５〜０．５重量部である。０．０１重量部未満で
は、繊維に対する表面処理剤の化学的親和力が十分では
なく、複合材料の物性改良効果も十分期待できない。ま
た、１重量部を越える場合は、表面処理剤の添加量を増
加しても、複合材料の物性改良効果はほとんど向上しな
い。一方、集束剤は、多数の繊維を束ねてその取扱性を
向上させるものである。すなわち、クリール１からの繊
維の巻き出しやガイドロール３での摩擦時の繊維の損傷
を防止するものである。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、また、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。

【００１６】また、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
ばないことである。撚りは含浸不良をもたらし、避けな
ければならない。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。また、巻き出し時のボビンか
らの繊維の解舒についても、撚りを生じにくい外側から
の解舒が望ましい。内側解舒の場合は、撚りを生じない
ような工夫が必要である。

【００１７】そして、クリール１、ガイドロール３およ
び予熱処理装置４の位置関係に関しては、クリール１と
ガイドロール３との距離はできるだけ長い方が望まし
い。その方がボビン中央部と端部とで送出時の繊維にか
かる張力の差が小さくなり、含浸ムラが生じにくくな
る。また、糸道のブレが小さく、安定性がよい。なお、
ガイドロール３と予熱処理装置４との距離については、
特に制約はない。

【００１８】次に、図１において、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７に入り、それを通して引き
抜かれる。押出機５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。得られる連続補強繊
維２と熱可塑性樹脂Ａ６とからなる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、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、樹脂の形状およびその均一性やスクリュー形状に配
慮が必要となる。また、本発明においては、フィーダー
の使用も考えられる。

【００１９】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。その構造（横断面）の一例を示
す図２に示されるように、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、矩形断面を呈する樹
脂流路９を通って、樹脂／繊維合流点１０において繊維
と接触する。ダイインレット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
果たすものである。このダイインレット１１は、硬質の
繊維と接触するために適した材質の選択が必要であり、
高硬度鋼などが好適である。また、ダイインレット部の
間隙部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支えない。間隙は、狭すぎる
と糸切れが生じ、また広すぎると樹脂洩れの原因とな
る。ダイインレット部の長さは、繊維の保持ができる寸
法があれば十分といえる。前記樹脂／繊維合流点１０に
おいて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、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、反面、糸切れが生じやすい。従って、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支えない。このダイ部内を通過する
繊維は、溶融樹脂を含有しており、ダイ部は繊維自体と
接触するわけではないから、ダイ部の材質は、普通鋼で
十分である。ダイ部の長さは、断面形状（間隙および
幅）、樹脂粘度および押出量、引取速度および圧力損失
によって決定されるが、可能な限りダイを長くして、樹
脂の繊維への浸透を図る必要がある。なお、間隙は、使
用する繊維の径やフィラメント数に依存する。しかし、
狭いダイや長いダイは、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しておかなければな
らない。

【００２０】クロスヘッドダイ７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
しなくてはならない。例えば、ポリプロピレンの場合、
１８０〜２５０℃、好ましくは２００〜２３０℃であ
る。クロスヘッドダイ７の温度が１８０℃より低いと、
ポリプロピレンの溶融が十分ではなく、２５０℃より高
いと、ポリプロピレンの熱分解が起こる可能性が高くな
るので好ましくない。なお、ポリプロピレンを完全に溶
融し、かつ、熱分解の防止を確実なものにするために
は、クロスヘッドダイ７の温度は、上述の好ましい範囲
に維持すべきである。

【００２１】本発明で用いられる熱可塑性樹脂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、の二つの条件を満たすものでなければな
らない。前記（ｉ）および（ii）の条件から、主鎖骨格
または側鎖に、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。極性基の種類および量は、使
用する繊維の表面官能基の状態（特に、表面処理剤の種
類および量）に依存して決められるべきである。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、アミンなどが挙げられ
る。そして、本発明で使用する熱可塑性樹脂Ａとして
は、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、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、ポリフェニレンエーテル、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、およ
びそれらの共重合体や変性体、そしてこれらの二種以上
のブレンド物を具体的に例示することができる。なお、
上記のポリエチレンやポリプロピレンの変性方法として
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
グラフトする方法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。

【００２２】本発明の製造方法においては、熱可塑性樹
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。また、上記変性体には、
それぞれの未変性物を配合することは、もちろん可能で
ある。

【００２３】図１に示すように、クロスヘッドダイ７に
おいて熱可塑性樹脂Ａ６を付着した連続補強繊維２は、
熱可塑性樹脂Ａ６が溶融する温度において、繊維方向に
垂直に置かれた凸状表面を有する回転ローラー１４に巻
き掛け、引張られることによって開繊され、樹脂が繊維
間隙に含浸する。その後に、凹状表面を有する回転ロー
ラーに巻き掛けられ、開繊した繊維は、集束される。こ
の場合、クロスヘッドダイを通過した繊維は、その間に
含まれている樹脂が固化しない、溶融した状態で前記ロ
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ことが望ましい。

【００２４】本発明で用いる上記のローラーは、溶融し
た前記熱可塑性樹脂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張るこ
とによって、繊維に張力がかかり、付着している樹脂が
含浸するのである。この時繊維が開繊している方が含浸
はよく、そのためには、ローラー形状は凸状表面が好ま
しい。しかも、適切な最大中心部半径と個数を持たなく
てはならない。すなわち、ローラーの最大中心部半径Ｒ
とその個数Ｎとは、熱可塑性樹脂Ａと連続補強繊維との
合計体積中に占める連続補強繊維の繊維体積分率をＶｆ
とすれば、前記数式（Ｉ）、つまり、

【００２５】

【数２】（ただし、ａおよびｂは、それぞれ３．０３６≦ａ≦
３．０９８および−２．１１２≦ｂ≦−１．４９２の範
囲を満たす数値である。）

【００２６】で表される関係式を満たすことが必要であ
り、このことが本発明の大きな特徴となっている。最大
中心部半径が小さすぎたり、個数が少なすぎて、前記数
式（Ｉ）で示される関係式が満足されない場合は、熱可
塑性樹脂Ａの連続補強繊維への含浸が不十分である。一
方、最大中心部半径が大きすぎたり、個数が多すぎて、
前記数式（Ｉ）で示される関係式が満足されない場合
は、連続補強繊維の切断が生じやすいので好ましくな
い。なお、凸状表面を有する回転ローラー、つまり、凸
状ローラーは、１個使用してもよくまた２個以上直列に
連続して用いてもよい。

【００２７】ところで、凸状ローラーを使用する場合の
問題は、糸道の不安定性である。これを解決するために
は、凸状ローラーの後に、凹状表面を有する回転ローラ
ー、つまり、凹状ローラーを用いて糸道を安定させるこ
とが必要である。凹状ローラーの代わりに円柱状ローラ
ーを用いた場合は、糸道が不安定になり、凸状ローラー
から連続補強繊維が滑落し、成形を行うことができな
い。従って、凹状ローラーの支持面の形状は、直線状で
はなく曲線状が好ましい。すなわち、本発明の製造方法
では、凸状ローラーの後に繊維を支持する面の形状が曲
線状である凹状ローラーを用いて、前記凸状ローラーを
使用する場合の問題点である糸道の不安定性を解決して
おり、このことが、本発明のもう１つの特徴となってい
る。なお、本発明の製造方法においては、上記凸状ロー
ラー／凹状ローラーの組み合せを複数個繰り返してもよ
い。また、複数本の補強繊維を引き揃え、テープやシー
トを製造する場合には、補強繊維の本数と同数の凸状ロ
ーラー／凹状ローラーの組み合わせを繊維方向に対し垂
直に並べ、製造を行うことができる。

【００２８】本発明において、樹脂の繊維への含浸を行
うには、樹脂は溶融状態にあることが必要である。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、熱風や赤外線放射方式などによって
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の溶融温度以上であり、高いほど粘
度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、熱分解を考慮する必要がある。例えば、ポリプロピ
レンの場合２００〜２８０℃、好ましくは２３０〜２７
０℃である。２００℃未満では、ポリプロピレンの溶融
が不十分なため、ポリプロピレンが繊維に含浸しにく
く、２８０℃を越える場合は、ポリプロピレンの粘度低
下に伴う含浸速度の上昇のメリットよりも、ポリプロピ
レンの熱分解のデメリットが大きくなるので、いずれも
好ましくない。この含浸速度の上昇と樹脂の熱分解の程
度との兼ね合いのため、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。

【００２９】上記の凸状ローラーおよび凹状ローラーを
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挙げられるものの中で、ロ
ーラーに関係するものは、前記の最大中心部半径と個数
のほかに、回転（固定、自由回転、強制回転のいずれ
か）、表面摩擦係数、繊維との接触角などである。樹脂
の繊維への良好な含浸を得るために、これらの因子は極
めて重要である。まず、回転に関しては、自由回転、あ
るいは、強制回転が必須条件である。固定ローラーは、
糸切れやケバ立ちが生じやすく不適当である。また、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支えない。一方、
凸状ローラーおよび凹状ローラーの配置に関しては、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
いずれでもよく、それら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。一般
に、ローラーの最大中心部半径が大きく、個数が多く、
接触角が大きい（すなわち、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、樹脂の繊維への含浸
性は向上するが、反面糸切れも生じやすくなる。そこ
で、ローラーの最大中心部半径、個数および接触角につ
いては、前記数式（Ｉ）を満足させるとともに、ローラ
ー間の距離を調整した上で、コスト／パフォーマンスの
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、繊維に張力をかけるためには、最低
２個は必要である）。

【００３０】本発明においては、前記ローラーによって
繊維に樹脂が含浸した含浸物が製造されるが、本発明の
含浸物中に占める繊維の割合は、前述のようにして選定
される前記ローラーの最大中心部半径とその個数によっ
て前記数式（Ｉ）によって決まるものであり、最高８０
体積％まで可能であり、好ましくは６０〜７５体積％で
ある。また、熱可塑性樹脂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。また、その値が６０体積％より小
さい、すなわち熱可塑性樹脂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。

【００３１】次に、本発明の製造方法における賦型工程
について説明する。本発明に述べる賦型工程とは、上述
の含浸工程で得られた含浸物を賦型ダイを使用して最終
製品である長繊維強化熱可塑性複合材料を製造する工程
である。図１において、含浸槽で熱可塑性樹脂Ａが含浸
した連続補強繊維、すなわち含浸物１５は、賦型ダイ１
６ａに導入され、引き抜かれることによってダイリップ
の断面形状に賦型される。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のであ
る。例えば、ストランドの製造には直径１〜３ｍｍの円
形が、テープの製造には幅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１００〜５００μｍ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。

【００３２】賦型ダイ１６ａの温度は、前述のクロスヘ
ッドダイ７の温度と同様、使用する熱可塑性樹脂Ａの溶
融温度以上で、かつ、その熱分解温度以下でなければな
らない。例えば、熱可塑性樹脂Ａ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
〜２３０℃の範囲である。前述のクロスヘッドダイ７の
場合と同様に、賦型ダイ１６ａの温度が１８０℃より低
いと、ポリプロピレンの溶融が十分ではなく、２５０℃
より高いと、ポリプロピレンの熱分解が起こる可能性が
高くなるので好ましくない。なお、ポリプロプレンの溶
融を十分に行う一方、その熱分解の防止を確実なものに
するためには、賦型ダイ１６ａの温度を上述の好ましい
範囲に維持する方が望ましい。

【００３３】本発明では、長繊維強化熱可塑性複合材料
の製造方法に関係する製造装置のフローチャートの別の
一例を示す図３に示すように、賦型ダイの代わりにクロ
スヘッドダイを用いて、後述する熱可塑性樹脂Ｂを前記
含浸物の周囲に付着し、その後に賦型を行うこともでき
る。図３において、前記含浸物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１６ｂの中に導入されることが重要である。ク
ロスヘッドダイ１６ｂ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１７に関しては、特別な制限はないが、熱可塑性樹
脂Ｂ１８による前記含浸物１５の被覆を均一に行うため
に、安定した吐出特性を有しているものが好ましい。

【００３４】クロスヘッドダイ１６ｂ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７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。最も多いのは、スリッ
トおよび円形である。また、連続補強繊維には樹脂が含
浸されているので、ダイインレット部の材質は、通常の
普通鋼で十分である。ダイインレット部の間隙に関して
は、含浸工程でのクロスヘッドダイ７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支
えない）、長さに関しては、連続補強繊維中の熱可塑性
樹脂Ａの溶融状態を保持できる長さが要る。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７と同様単
純な直線状が好ましい（ただし、テーパー状になってい
ても差し支えない）。また、ダイ部の断面サイズは、所
望する最終製品のサイズによって決まるものである。例
えば、ストランドの製造には直径１〜３ｍｍの円形が、
テープの製造には幅３〜３０ｍｍ、厚み１００〜５００
μｍのスリットが、そして、シートの製造には幅２００
〜１０００ｍｍ、厚み１００〜５００μｍ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。

【００３５】クロスヘッドダイ１６ｂ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
温度以下でなければならない。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２００〜２３０℃の範囲である。クロス
ヘッドダイ１６ｂの温度が１８０℃より低い場合、また
２５０℃より高い場合は、前述した好ましくない現象が
発現する恐れがある。

【００３６】本発明で使用する熱可塑性樹脂Ｂとして
は、前記熱可塑性樹脂Ａの場合と同様、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、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、ポリフェニレンエーテル、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、およびそれらの共重合体
や変性体、そしてこれらの二種以上のブレンド物を具体
的に例示できる。ポリエチレンやポリプロピレンの変性
方法としては、前記熱可塑性樹脂Ａの場合と同様であ
る。そして、これら熱可塑性樹脂Ｂは、使用する熱可塑
性樹脂Ａと同一のもの、および／または異なるもののい
ずれでもよい。ただし、熱可塑性樹脂Ｂの溶融温度は、
熱可塑性樹脂Ａの溶融温度以上であるべきである。な
お、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支えない。

【００３７】本発明の製造方法においては、以上述べた
ような含浸あるいは含浸／被覆に続いて賦型がなされた
後、図１または図３に示される冷却装置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、冷風
を吹きつける方法、冷却ロールを用いる方法などを用い
て行われるが、冷却効率の高い方法が好適である。

【００３８】次に、本発明の製造方法によって製造され
る熱可塑性複合材料は、図１または図３に示される引取
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され得る。

【００３９】本発明によって製造される熱可塑性複合材
料２１は、最終的に図１または図３に示される巻取装置
２２で巻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、テープおよびシ
ートなどである。ストランドとしては、最大径が１〜３
ｍｍ程度の形状が、また、テープとしては、幅３〜３０
ｍｍ、厚み１００〜５００μｍ、シートとしては、幅２
００〜１０００ｍｍ、厚み１００〜５００μｍ程度の形
状が代表的なものである。そして、本発明の製造方法に
よって製造される熱可塑性複合材料は、上記のように、
連続補強繊維と熱可塑性樹脂（熱可塑性樹脂Ａ単独もし
くは熱可塑性樹脂Ａと熱可塑性樹脂Ｂの両者）から構成
されるものである。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％である。連続補強繊維の割合が１５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、また、この割合が
６５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。また、熱可塑性樹脂Ａと熱可
塑性樹脂Ｂが異なる場合は、物性などを考慮して熱可塑
性樹脂Ａと熱可塑性樹脂Ｂの比率を任意に変えることが
できる。

【００４０】以上のようにして、本発明の製造方法の賦
型工程によって製造される長繊維強化熱可塑性複合材料
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、射出成形法、押出成形法、プレス成形法などに
よって成形され得る。また、直接、引抜成形法やフィラ
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。あるいは、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するこ
とができる。また、幅の狭いテープは、ストランドと同
様引抜成形法やテープワインディング法を採用すること
が可能であり、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、オートクレーブ成形、ホットプレス成形、スタンピ
ング成形、ダイアフラム成形など）を利用できる。温
度、圧力、時間などの成形条件は、使用する材料（樹
脂、繊維、組成、形状など）や採用する成形法によって
変わ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。また、
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。

【００４１】次に、本発明の製造方法を実施する製造装
置の詳細を、添付図面に示した代表的実施例を用いて説
明する。図４（ａ）は、本発明の製造装置の一実施態様
を示す概略側面図、図４（ｂ）は、その平面図、図５
（ａ）は、回転ローラーに連続補強繊維が巻き掛けられ
た含浸槽の側面詳細図、図５（ｂ）は、その平面図であ
る。また、図６（ａ）は、含浸の後に熱可塑性樹脂Ｂを
付着賦型する場合の製造装置の一実施態様を示す概略側
面図、図６（ｂ）は、その平面図、図７（ａ）は長繊維
強化熱可塑性複合材料が巻き取られる巻取装置の平面詳
細図、そして、図７（ｂ）はその側面図である。図４お
よび図６に示すように、本発明の製造方法を実施するた
めの製造装置は、繊維送出部と樹脂供給部と含浸部と賦
型部または樹脂供給賦型部と引取部とからなる。以下、
これら各部について、図４を主に参照しながら説明す
る。

【００４２】繊維送出部は、架台に取り付けられた複数
のクリールにセットされたボビン２３に巻かれた連続補
強繊維を送り出し、所定の温度に予熱するものであり、
送出部と予熱部とからなる。クリールは、軸２４に固定
され、その軸は、軸受に回転可能に取り付けられてい
る。繊維の送出は、かかるボビン２３が回転可能である
ために、引取部の駆動により連続補強繊維が引っ張られ
ることにより行われる。軸には、ボビン２３から繊維が
送り出される張力を調節するための張力調整機２５が取
り付けられている。この調整機２５によって、送出張力
を調整することができる。この調整は、ボビン２３毎の
各連続補強繊維の張力が同じ値になるようにしなくては
ならない。ボビン２３から送り出された連続補強繊維
は、ガイドロール３で予熱部、クロスヘッドダイ内、含
浸槽などと同じ高さにそろえられる。このガイドロール
３は、円柱状で繊維の破損を防ぐために自由回転が可能
であり、表面はテフロン処理が施されている。

【００４３】ガイドロール３で同じ高さにそろえられた
連続補強繊維は、繊維送出部の予熱部で予熱される。予
熱部は、予熱処理装置、すなわち予熱槽４とその内部に
固定された赤外線式ヒーターからなる。予熱槽４は、ガ
イドロール３で同じ高さにそろえられた連続補強繊維が
入ってくるための入り口と予熱された連続補強繊維が出
ていく出口を有している。この入り口から予熱槽４に入
った連続補強繊維は、赤外線放射式ヒーターによって所
定温度に加熱され、予熱槽４の出口より外部に出た後、
クロスヘッドダイ７に供給される。予熱槽４の壁は、予
熱槽４の内部温度を一定に保つために、ガラスマットが
保温材としてその内部に充填されている。

【００４４】樹脂供給部は、融点以上に加熱された熱可
塑性樹脂Ａを連続補強繊維に付着させるための押出機５
と直線状を呈するダイ形状のクロスヘッドダイ７からな
る。クロスヘッドダイ７の詳細は、図２に示す通りであ
る。ダイの加熱は、埋め込みヒーターあるいは板ヒータ
ーによって行われる。前述したように、図２において、
押出機５（図４に示す）から送られてくる溶融樹脂は、
マニホールド（樹脂溜り）８に入り、矩形断面を呈する
樹脂流路９を通って、樹脂／繊維合流点１０において繊
維と接触する。熱可塑性樹脂Ａは、連続補強繊維の移動
にともないダイ壁面との間のせん断により連続補強繊維
の表面に付着される。連続補強繊維は、ダイインレット
部の間隙部１２を通過することにより糸道が安定に保持
される。

【００４５】クロスヘッドダイ７において、表面に溶融
状態の熱可塑性樹脂Ａが付着された連続補強繊維は、図
４の含浸槽２６からなる含浸部に供給され、樹脂の含浸
が行われる。図５において、含浸槽は、凸状表面を有す
る回転ローラー１４および凹状表面を有する回転ローラ
ー２７の複数本と、これらのローラーを支持する架台２
８とを有し、さらに該熱可塑性樹脂Ａの融点以上に雰囲
気温度を保つことができる加熱機能（図示されていな
い）を有する。凸状ローラー１４の最大中心部半径Ｒと
その個数Ｎとは、熱可塑性樹脂Ａと連続補強繊維との合
計体積中に占める連続補強繊維の繊維体積含有率をＶｆ
とすれば、前述の数式（Ｉ）（ただし、ａおよびｂは、
それぞれ、３．０３６≦ａ≦３．０９８および−２．１
１２≦ｂ≦−１．４９２の範囲を満たす数値である）の
関係にある。架台にはローラー支持脚２９が取り付けら
れており、その先端には、ローラーの軸を受ける回転自
由な軸受が具備されている。このため、各ローラーは、
補強繊維が引き取られると、自由回転することができ
る。熱風発生装置３０で樹脂の溶融温度以上に加熱され
た空気は、ダクト３１を通して含浸槽底部に開けられた
穴３２を介して含浸槽内に送り込まれる。含浸槽の壁に
は、含浸槽の内部温度を一定に保つために、ガラスマッ
トが保温材としてその内部に充填されている。前記樹脂
供給部にて表面に溶融状態の熱可塑性樹脂Ａを付着され
た連続補強繊維は、熱可塑性樹脂Ａの融点以上の温度に
保たれた雰囲気の含浸槽に入り、まず、円柱状ローラー
３３に巻き掛けられた後、凸状ローラー１４に巻き掛け
られる。このローラー１４では、繊維の開繊が行われ
る。その後、凹状ローラー２７に巻き掛けられ集束され
た後に、再び、凸状ローラー１４に巻き掛けられ、再度
含浸が行われ、凹状ローラー２７に巻き掛けられる。そ
の後、円柱状ローラー３３に巻き掛けられ、含浸槽から
出た後、賦型部に供給される。

【００４６】樹脂の含浸が行われた連続補強繊維は、図
４に示す賦型部、つまり賦型ダイ１６ａにおいて、賦型
が行われる。賦型部は、所望の製品形状を有したダイリ
ップをもつダイである。本例では、ダイリップの形状
は、スリット状である。含浸槽で樹脂が含浸した連続補
強繊維は、ダイ入り口よりダイ内に導入され、ダイリッ
プを通過することによって賦型される。ダイは、板ヒー
ターによって加熱され、熱可塑性樹脂Ａの溶融温度以上
に保たれている。

【００４７】熱可塑性樹脂Ａの含浸が行われた連続補強
繊維の周囲に熱可塑性樹脂Ｂを付着コーティングする場
合は、図６に示すように、前記賦型部の代わりに樹脂供
給賦型部を設ける。この樹脂供給賦型部は、融点以上に
加熱された熱可塑性樹脂Ｂを熱可塑性樹脂Ａが含浸され
た連続補強繊維に被覆するために、押出機１７と、所望
の製品形状を呈するダイリップを有するクロスヘッドダ
イ１６ｂとを有している。クロスヘッドダイ１６ｂの詳
細は、図２に示す通りである。ダイの加熱は、板ヒータ
ーによって行われる。図２において、押出機１７から送
られてくる溶融熱可塑性樹脂Ｂは、マニホールド（樹脂
溜り）８に入り、矩形断面を呈する樹脂流路９を通っ
て、樹脂／繊維合流点１０において繊維と接触する。熱
可塑性樹脂Ａが含浸された連続補強繊維は、その移動に
伴い、ダイ壁面とのせん断により、熱可塑性樹脂Ｂが表
面にコーティングされ、同時に賦型される。本例では、
ダイリップの形状は、スリット状である。

【００４８】上述のようにして、図４に示す賦型部１６
ａあるいは図６に示す樹脂供給賦型部において賦型され
た連続補強繊維は、図４に示す引取部で冷却され、引き
取られる。引取部は、冷却部と引取部と巻取部からな
る。冷却ロール３４および３５は中空で、温調機（図示
されていない）などで所定の温度に調節された冷媒
（水、エチレングリコールなど）が、中空の軸と回転可
能な液体注入器（図示されていない）を経て注入され
る。軸は、回転自由な軸受によって支持されており、賦
型ダイ１６ａあるいはクロスヘッドダイ１６ｂで賦型さ
れた、溶融樹脂が含浸した連続補強繊維が巻き掛けら
れ、引き取られると、自由に回転することができる。溶
融樹脂が付着した連続補強繊維は、賦型ダイ１６ａある
いはクロスヘッドダイ１６ｂで所定の大きさのテープに
賦型された後、第１の冷却ロール３４で、接触した面の
樹脂（この場合、下面）が冷却固化し、第２の冷却ロー
ル３５で、反対側の面が該冷却ロールと接触し、冷却固
化する。溶融した樹脂の冷却固化によって得られた最終
製品の長繊維強化熱可塑性複合材料は、ガイドロール３
６に巻き掛けられ、引取部へ向かう。ガイドロール３６
は、自由回転が可能で、摩耗の少ない材質を選択する
か、あるいは表面コーティングが好ましい。本例では、
ジルコニア製のガイドロールを使用している。

【００４９】冷却部を出た最終製品の長繊維強化熱可塑
性複合材料は、引取部、つまり引取装置において、引取
ロール３７に巻き掛けられ、ニップロール３８で引取ロ
ール３７に把持され、モーター３９の駆動によって引き
取られる。ニップロール３８は、圧縮空気によって長繊
維強化熱可塑性複合材料を巻取ロールに押し付け、これ
を把持する。長繊維強化熱可塑性複合材料とニップロー
ル３８との間の滑りを防ぐために、本例では、ニップロ
ール３８としてゴム製のロールを使用している。引取装
置によって引き取られた長繊維強化熱可塑性複合材料
は、次の巻取部で巻取装置２２によって巻き取られる。

【００５０】巻取装置２２の詳細を示す図７において、
巻取装置２２は、モーター４０により長繊維強化熱可塑
性複合材料をボビンに巻き取りながら、モーター４１に
より長繊維強化熱可塑性複合材料の垂直方向に往復運動
を行うことによって、綾掛けを行いながら、長繊維強化
熱可塑性複合材料を巻き取るのである。

【００５１】

【実施例】次に、実施例および比較例をあげて、本発明
の内容を詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限
定するものではない。以下の実施例および比較例を通じ
て行われた評価方法は、次の通りである。

【００５２】（１）含浸状態得られた長繊維強化熱可塑性複合材料の含浸状態の肉眼
観察を行った。

【００５３】（２）糸切れの有無クロスヘッドダイ出口でのケバ立ちや凸状ローラーに付
着したケバの肉眼観察を行った。

【００５４】（３）含浸部での含浸物の組成（繊維体積
分率：Ｖｆ）ＪＩＳＫ７０５２に従って求め、下記数式（II）によ
って算出した。

【００５５】

【数３】

【００５６】（４）長繊維強化熱可塑性複合材料の組成
（繊維体積分率：ｖｆ）ＪＩＳＫ７０５２に従って求め、下記数式（III ）に
よって算出した。

【００５７】

【数４】

【００５８】（５）ボイド率ＡＳＴＭＤ２７３４に従って求めた。

【００５９】実施例１２３０℃において、３０ｍｍ単軸押出機を用いて、無水
マレイン酸変性ポリプロピレン〔宇部興産（株）製、商
品名：ＵＢＥポリプロＴＸ２８３、無水マレイン酸グラ
フト率（１７８５ｃｍ^-1および８４０ｃｍ^-1での赤外吸
収スペクトルの吸光度比より算出。以下において同
じ）：０．２重量％、メントフローインデックス（以下
「ＭＦＩ」と略記。メルトインデクサーを使用し、ＡＳ
ＴＭＤ１２３８に従って、２３０℃において測定。以
下において同じ）：３５ｇ／１０分〕をクロスヘッドダ
イ（ダイ部幅：６ｍｍ、間隙：０．６ｍｍ）に押出量６
２ｇ／分にて供給した。そして、このクロスヘッドダイ
に、あらかじめ２００℃で加熱処理した一本のガラス繊
維トウ〔日本電気硝子（株）製、繊維径（ＪＩＳＲ３
４２０に従い、光学顕微鏡を使用して測定。以下におい
て同じ）：１７μｍ、繊維の番手（ＪＩＳＲ３４２０
に従い、トウ１０ｍの重さを測定して算出。以下におい
て同じ）：２３００テックス、アミノシランカップリン
グ剤で表面処理されたもの〕を導入し、引き抜いた。

【００６０】次いで、これを含浸槽（２７０℃に保持）
に導き、図８のように配置された直径３０ｍｍの円柱状
ローラー３本、最大中心部半径５０ｍｍの凸状ローラー
１本および最小中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する
凹状ローラー１本に巻き掛けて引張り、ガラス繊維トウ
への無水マレイン酸変性ポリプロピレンの含浸を行っ
た。さらに、これを賦型ダイ（ダイ部幅：８ｍｍ、間
隙：１．２ｍｍ）に通して賦型を行い、冷却ロール（表
面温度：１５℃）を用いて固化させ、引取装置で引き取
り、さらに巻取装置で巻き取り、幅８ｍｍ、厚み０．４
ｍｍ（幅はスチール製物指しを用い、そして厚みはデジ
タルマイクロメーターを用いて測定。以下において同
じ）のテープ状の長繊維強化熱可塑性複合材料を製造し
た。引取速度は、２０ｍ／分であった。得られた長繊維
強化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６１】実施例２単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて５８ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径３０ｍｍの凸状ローラー２本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー１
本を用いて、図１０に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６２】実施例３単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて２６ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径５０ｍｍの凸状ローラー２本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー１
本を用いて、図１１に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６３】実施例４単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて２３ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径３０ｍｍの凸状ローラー４本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー２
本を用いて、図１２に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６４】実施例５単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて１３ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径７０ｍｍの凸状ローラー３本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー２
本を用いて、図１３に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６５】実施例６単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて１２ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径６０ｍｍの凸状ローラー５本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー３
本を用いて、図１４に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６６】比較例１単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて５５ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径３０ｍｍの凸状ローラー１本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー１
本を用いて、図１５に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６７】比較例２単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて６３ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径３０ｍｍの凸状ローラー３本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー２
本を用いて、図１６に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６８】比較例３単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて２７ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径２０ｍｍの凸状ローラー２本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー１
本を用いて、図１７に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００６９】比較例４単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて２６ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径５０ｍｍの凸状ローラー４本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー２
本を用いて、図１８に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００７０】比較例５単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて１２ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー３
本、最大中心部半径２０ｍｍの凸状ローラー４本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー２
本を用いて、図１９に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００７１】比較例６単軸押出機からの押出量を、実施例１の６２ｇ／分に変
えて１３ｇ／分としたこと、さらに、図８に示す実施例
１のローラー構成を、直径３０ｍｍの円柱状ローラー１
本、最大中心部半径７０ｍｍの凸状ローラー６本、最小
中心部半径３０ｍｍの曲線形状を有する凹状ローラー３
本を用いて、図２０に示すようなローラー構成に変えた
こと以外は、実施例１と同じ方法でテープ状の長繊維強
化熱可塑性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強
化熱可塑性複合材料の評価結果を表１および図９に示
す。

【００７２】実施例７実施例６における３０ｍｍ単軸押出機において、賦型ダ
イの代わりにクロスヘッドダイ（ダイ部幅：８ｍｍ、間
隙：１．２ｍｍ）を取り付けたものを用い、該クロスヘ
ッドダイに、熱可塑性樹脂Ｂとしてポリプロピレン〔熱
可塑性樹脂Ａ（実施例１の無水マレイン酸変性ポリプロ
ピレン）と同じく宇部興産（株）製、商品名：ＵＢＥポ
リプロＴＸ２８３、無水マレイン酸グラフト率：０．２
重量％、ＭＦＩ：３５ｇ／１０分〕を導き、２３０℃に
おいて、熱可塑性樹脂Ａを含浸したガラス繊維トウの周
囲に被覆した。この際の熱可塑性樹脂Ｂの押出量は８ｇ
／分であった。そして、この他は、実施例６と同じ方法
でテープ状の長繊維強化熱可塑性複合材料の製造を行っ
た。得られた長繊維強化熱可塑性複合材料の評価結果を
表１に示す。

【００７３】実施例８熱可塑性樹脂Ｂを、実施例７のポリプロピレン〔宇部興
産（株）製、商品名：ＵＢＥポリプロＴＸ２８３、無水
マレイン酸グラフト率：０．２重量％、ＭＦＩ：３５ｇ
／１０分〕に変えて、粘度の高いポリプロピレン〔宇部
興産（株）製、商品名：ＵＢＥポリプロＪ３１２ＨＡ
（未変性）、ＭＦＩ：１２ｇ／１０分〕としたこと以外
は、実施例７と同じ方法でテープ状の長繊維強化熱可塑
性複合材料の製造を行った。得られた長繊維強化熱可塑
性複合材料の評価結果を表１に示す。

【００７４】実施例９２６０℃において、３０ｍｍ単軸押出機を用いて、ナイ
ロン６〔宇部興産（株）製、商品名：ＵＢＥナイロン１
０１３Ｂ、相対粘度（樹脂を９８％硫酸に、１ｇ／ｌの
濃度で溶解し、２５℃においてＪＩＳＫ６８１０に従
って測定）：２．６〕をクロスヘッドダイ（ダイ部幅：
６ｍｍ、間隙：０．６ｍｍ）に押出量２２ｇ／分にて供
給した。そして、このクロスヘッドダイに、あらかじめ
２００℃で加熱処理した一本のガラス繊維トウ〔日本電
気硝子（株）製、繊維径：１７μｍ、繊維の番手：２３
００テックス、アミノシランカップリング剤で表面処理
されたもの〕を導入し、引き抜いた。

【００７５】次いで、これを熱風オーブン（２８０℃に
保持）に導き、図１２のように配置された直径３０ｍｍ
の円柱状ローラー３本、最大中心部半径３０ｍｍの凸状
ローラー４本および最小中心部半径３０ｍｍの曲線形状
を有する凹状ローラー２本に巻き掛けて引き抜き、ガラ
ス繊維トウへのナイロン６の含浸を行った。さらに、こ
れを賦型ダイ（ダイ部幅：８ｍｍ、間隙：０．８ｍｍ）
に通して賦型を行い、冷却ロール（表面温度：１５℃）
を用いて固化させ、引取装置で引き取り、さらに巻取装
置で巻き取り、幅８ｍｍ、厚み０．３ｍｍのテープ状の
長繊維強化熱可塑性複合材料を製造した。引取速度は２
０ｍ／分であった。得られた長繊維強化熱可塑性複合材
料の評価結果を表１に示す。

【００７６】実施例１０実施例２の賦型ダイ（ダイ部幅：８ｍｍ、間隙：１．２
ｍｍ）に変えて、直径３ｍｍ、ダイ長さ１００ｍｍの円
形状賦型ダイを用いたこと、および、冷却ロールの代わ
りに冷却水槽を用いたこと以外は、実施例２と同じ方法
で、ストランド状長繊維強化熱可塑性複合材料を製造し
た。得られた長繊維強化熱可塑性複合材料の評価結果を
表１に示す。

【００７７】比較例７実施例２の凹状ローラーの代わりに、強化繊維支持部が
直線形状の凹状ローラーを用いたこと以外は、実施例２
と同じ方法で、テープ状の長繊維強化熱可塑性複合材料
の製造を行った。得られた長繊維強化熱可塑性複合材料
の評価結果を表１に示す。

【００７８】

【表１】

【００７９】

【発明の効果】本発明の製造方法および製造装置によれ
ば、良好な含浸状態を有する熱可塑性複合材料が低コス
トで安定的に生産できる。また、本発明によって製造さ
れる熱可塑性複合材料は、優れた物性を有するため、コ
スト／パ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、土木建築材料などとして実用に
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方
法に関係する製造装置のフローチャートの一例を示す図
である。

【図２】本発明に使用するクロスヘッドダイの構造（横
断面）の一例を示す図である。

【図３】本発明の長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方
法に関係する製造装置のフローチャートの別の一例を示
す図である。

【図４】本発明に使用する製造装置の一実施態様を示す
概略図であり、（ａ）は該製造装置の側面図、（ｂ）は
該製造装置の平面図である。

【図５】本発明に使用する含浸槽の詳細の一例を示す図
であり、（ａ）はその側面図、そして（ｂ）はその平面
図である。

【図６】含浸槽の後に熱可塑性樹脂Ｂを付着含浸する場
合の、本発明に使用する製造装置の一実施態様を示す概
略図であり、（ａ）はその側面図、そして（ｂ）はその
平面図である。

【図７】本発明に使用する巻取装置の一例を示す詳細図
であり、（ａ）はその平面図、そして（ｂ）はその側面
図である。

【図８】本発明の実施例１に使用された含浸槽における
ローラーの構成図である。

【図９】本発明の実施例および比較例において、結果と
して得られる長繊維強化熱可塑性複合材料の繊維体積分
率Ｖｆと、凸状ローラーの最大中心部半径Ｒと、その個
数Ｎとの関係を表したグラフである。

【図１０】本発明の実施例２に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１１】本発明の実施例３に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１２】本発明の実施例４に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１３】本発明の実施例５に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１４】本発明の実施例６に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１５】本発明の比較例１に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１６】本発明の比較例２に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１７】本発明の比較例３に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１８】本発明の比較例４に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図１９】本発明の比較例５に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【図２０】本発明の比較例６に使用された含浸槽におけ
るローラーの構成図である。

【符号の説明】

１クリール２連続補強繊維３ガイドロール４予熱処理装置５押出機６熱可塑性樹脂Ａ７クロスヘッドダイ８マニホールド９樹脂流路１０樹脂／繊維合流点１１ダイインレット１２ダイインレット部の間隙部１３ダイ部１４凸状表面を有する回転ローラー１５含浸物１６ａ賦型ダイ１６ｂクロスヘッドダイ１７押出機１８熱可塑性樹脂Ｂ１９冷却装置２０引取装置２１長繊維強化熱可塑性複合材料２２巻取装置２３ボビン２４ボビン固定軸２５張力調整機２６含浸槽２７凹状表面を有する回転ローラー２８ローラー支持架台２９ローラー支持脚３０熱風発生装置３１ダクト３２含浸槽底部に開けられた穴（熱風吹出口）３３円柱状ローラー３４冷却ロール３５冷却ロール３６ガイドロール３７引取ロール３８ニップロール３９引取用モーター４０巻取用モーター４１往復運動用モーター

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 105:08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直線状を呈するダイ形状のクロスヘッド
ダイを取り付けた押出機を用いて、連続補強繊維に第１
の熱可塑性樹脂（以下、「熱可塑性樹脂Ａ」という）を
付着させ、これを該熱可塑性樹脂Ａの溶融温度以上の温
度において、凸状表面を有する回転ローラーに巻き掛け
て、引張ることによって繊維を開繊し、前記熱可塑性樹
脂Ａを繊維間隙に含浸させた後に、凹状表面を有する回
転ローラーに巻き掛けて、開繊した繊維を集束させ、次
いでこれを、賦型ダイを通過させて賦型し、続いて冷却
することによって長繊維強化複合材料を製造するに際
し、（１）前記の凸状表面を有する回転ローラーの最大
中心部半径をＲ、その個数をＮおよび前記熱可塑性樹脂
Ａと前記連続補強繊維との合計体積中に占める前記連続
補強繊維の繊維体積分率をＶｆとした時に、これらＲ、
ＮおよびＶｆが下記数式（Ｉ）【数１】（ただし、ａおよびｂは、それぞれ３．０３６≦ａ≦
３．０９８および−２．１１２≦ｂ≦−１．４９２の範
囲を満たす数値である。）を満たすこと、および、
（２）前記の凹状表面を有する回転ローラーにおいて
は、前記連続補強繊維を支持する面が曲線状であること
を特徴とする長繊維強化熱可塑性複合材料の製造方法。
【請求項２】前記連続補強繊維に前記熱可塑性樹脂Ａ
を含浸させた含浸物を賦型し、続いて冷却するに際し
て、該冷却を行う前に、第２の押出機に取り付けたクロ
スヘッドダイを用いて、前記熱可塑性樹脂Ａと同一およ
び／または異なる第２の熱可塑性樹脂（以下、「熱可塑
性樹脂Ｂ」という）を被覆するとともに賦型することを
特徴とする、請求項１に記載の長繊維強化熱可塑性複合
材料の製造方法。
【請求項３】連続補強繊維に熱可塑性樹脂Ａを付着さ
せ、凸状表面を有する回転ローラーを用いて該熱可塑性
樹脂Ａを含浸させた後、該含浸物を賦型し、冷却する装
置において、（ａ）連続補強繊維の送出張力を一定に調
整する機構を有する繊維送出部と、（ｂ）融点以上に加
熱された熱可塑性樹脂Ａを連続補強繊維に付着させるた
めの押出機と、直線状を呈するダイ形状のクロスヘッド
ダイとからなる樹脂供給部と、（ｃ）凸状表面を有する
回転ローラーおよび凹状表面を有する回転ローラーの複
数本を有し、前記熱可塑性樹脂Ａの融点以上に雰囲気温
度を保つことができる加熱機能を有する含浸部と、
（ｄ）前記熱可塑性樹脂Ａの融点以上に保たれ、最終的
に得られる長繊維強化熱可塑性複合材料の断面を規定す
る賦型部と、（ｅ）該長繊維強化熱可塑性複合材料を冷
却し、引き取りを行う引取部とからなることを特徴とす
る、長繊維強化熱可塑性複合材料の製造装置。
【請求項４】前記含浸部の後に、前記含浸物に対し
て、融点以上に加熱された熱可塑性樹脂Ｂを被覆および
賦型する、押出機とクロスヘッドダイとからなる樹脂被
覆賦型部を有することを特徴とする、請求項３に記載の
長繊維強化熱可塑性複合材料の製造装置。