JPH08142120A - 長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融
混練しても繊維の損傷を最小限に押さえることができ、
かつその繊維を樹脂中に良好に分散させることができ、
強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂を成形する射出成形
装置を提供する。 【構成】 軸線方向に一定断面を有するブレード９，10
を備えた２個の２次元形状ロータ11, 12が加熱されたロ
ータ室１内に互いに平行に配置され、前記２個の２次元
形状ロータ11, 12を内向き方向に回転させることによっ
て長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを可塑化する可塑化
部１と、該可塑化部１からの長繊維強化熱可塑性樹脂ペ
レットの溶融樹脂を導入して射出する射出成形部15とか
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、比較的長さの長い（ 3
mm〜25.4mm程度）ガラス等の繊維により強化されたペレ
ット状熱可塑性樹脂材料を用いる射出成形装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、樹脂の強度を向上するため、
ガラス等の繊維を混入して強化した繊維強化樹脂が用い
られており、更にペレット化して運送を容易にし、ま
た、溶融、押出し成形を容易にするため、熱可塑性樹脂
を用い、これに繊維を混入し、強化してなる繊維強化熱
可塑性樹脂が用いられるようになっており、主として自
動車、家電、ＯＡ用部品、土木・建築資材用部品を射出
成形する際に用いられている。

【０００３】このような繊維強化熱可塑性樹脂を射出成
形する装置としては各種のものが提案されている。図３
は、例えば特公昭46−2909号公報に開示されたスクリュ
型射出成形機の一部破断側面図であって、これを同図に
基づいて説明すると、マシンべース31上にはタイロッド
32で４隅を連結された固定プラテン33とシリンダプラテ
ン34とが立設されており、タイロッド32には、可動プラ
テン35が固定プラテン33に対する遠近方向へ進退自在に
支持されている。固定プラテン33の外側には、図示しな
い固定金型が装着されており、内側には、加熱シリンダ
36が先端のノズル37をノズル孔に嵌合させて装着されて
いる。38は、加熱シリンダ36を加熱するヒータである。
可動プラテン35の中心部には、外筒39が先端部を加熱シ
リンダ36と進退自在に嵌合させて固定されており、その
周面にはヒータ40が装着されている。一方、シリンダプ
ラテン34には、射出シリンダ41のシリンダ42が一体形成
されており、このシリンダ41の内孔には、可動プラテン
35に固定された有底円筒状の射出ラム43が進退自在に嵌
合されている。44は、射出シリンダ41の端面に固定され
た低速可変の油圧モータであって、その回転軸45は、射
出ラム43の軸孔に回転自在に嵌合されており、この回転
軸45の先端連結部には、射出ラム43に摺動自在に指示さ
れた円筒状の開閉ラム46が回転方向へのみ一体となって
摺動自在に嵌合されている。開閉ラム46には、回転軸45
と同一軸心のスクリュ47が回転方向へのみ一体となって
摺動自在に嵌合されており、このスクリュ47は、外筒39
に進退自在に嵌合されている。そして、スクリュ47の先
端頭部47a と外筒39の端面とには、互いに対向する漏斗
状の傾斜面が形成されている。48は、開閉ラム46と可動
プラテン35との間に介装されたスラストベアリングであ
って、49は、外筒39に固定されてこの外筒39とスクリュ
47との間へ樹脂を供給するホッパである。また、50は、
射出ラム43と開閉ラム46との間の空間部へ圧油を送入す
るポートであり、51は、射出シリンダ41へ圧油を送入す
るポートである。

【０００４】以上のように構成された射出成形機の動作
を説明する。油圧モータ44を回転させ、射出ラム43内に
ポート50から圧油を供給して開閉ラム46を前進限まで移
動させてスクリュ47の先端頭部47a を外筒39の先端面か
ら離した状態にし、ホッパ49からスクリュ47の周囲へ樹
脂を供給すると、この樹脂は、スクリュ47の回転により
その溝内を前進しながら混練され、外筒39の先端面とス
クリュ頭部47a との間に形成された傾斜状のすき間ｔか
ら加熱シリンダ36内に送り込まれて所定量だけ蓄積され
る。この蓄積樹脂の圧力によって外筒39及びこれと一体
の可動プラテン35を介して射出ラム43が後退する。そし
て、ポート50から射出ラム43内の油圧を抜くとともに、
ポート51へ圧油を送入すると、射出ラム43が前進し、可
動プラテン35と外筒39とを介しスクリュ47が前進して、
加熱シリンダ36内の樹脂がノズル37から金型内へ射出さ
れる。この場合、ポート50から油圧を抜いているので、
開閉ラム46はフリーの状態になり、スクリュ47の先端頭
部47a は外筒39に対して相対的に後退することになる。
従って、先ず最初に外筒39が前進してその先端のすき間
ｔが閉じてから射出が開始されるので、樹脂が逆流しな
い。

【０００５】以上、スクリュ型射出成形機の一例を示し
てその構成と動作とを説明したが、このようなスクリュ
型の射出成形機においては、成形材料の種類によって次
のような問題点があった。すなわち、比較的長さの長い
（ 3mm〜25.4mm程度）ガラス繊維を含む成形材料の機械
的性質は、成形品中のガラス繊維の状態との相関性が大
きく、繊維長が長くて、均一に分布した方が機械的強度
が向上するが、これに対して上記スクリュ型射出成形機
においては、樹脂がスクリュ47で送られるときに混練さ
れるためせん断を受け、材料中のガラス繊維が折損し長
い繊維の割合が少なくなり、強度が大幅に低下する。

【０００６】その対策として、例えば図４に示すよう
な、２軸混練機とアキュムレータを装備し、プランジャ
式射出機で射出成形することも提案されている。すなわ
ち、スクリュを２本並設してなる２軸混練機50に対し、
バレル51から熱可塑性樹脂を供給し、バレル52からはガ
ラス繊維を供給して、スクリュを互い反対方向に同速度
で回転させる。各原料はニーディングディスク部で混練
し、ベント53から脱気した後アキュムレータ54に供給
し、ロータリバルブ55を開放した後ピストン55を油圧で
押下し、プランジャ56により射出シリンダ57に供給す
る。射出シリンダ内の繊維混入樹脂は、ロータリバルブ
58の開放とシリンダ59の作動によってプランジャ60を前
進させ、この樹脂をノズル61から金型内に射出するもの
である。

【０００７】この射出成形装置においては、可塑化装置
として２軸混練機を用い、複合材を造粒工程を経ずに直
接射出成形するものであるため、造粒工程での繊維の折
損等を防止することができる。

【０００８】しかしながら、この射出成形装置において
は、造粒工程での繊維の折損等は防止できるものの、２
軸混練機に供給されるガラス繊維は、２本のスクリュ間
で大きな剪断力を受けるため、２軸混練機を出た後の樹
脂中の繊維長は 1mm以下になってしまい、市販の短繊維
ペレットを用いた場合と何ら変わるところがなくなって
しまう。したがって、原材料をペレット化して搬送を簡
単にするということができないにもかかわらず、繊維の
折損等の面であまり効果がない。しかもペレットの繊維
長が、 3〜25.4mm程度の長繊維ペレットの成形には対応
することができない。

【０００９】ゴムおよび熱可塑性樹脂のマスターバッチ
（カーボン粒子や各種繊維との混練）に際し、より強力
な混練作用を必要とする場合には、例えば図５に示すよ
うな、いわゆるバンバリタイプの混練機を用い、バッチ
式に処理することも行われている。すなわち、ホッパ65
に投入したペレットを、ウエイトシリンダー66によりガ
イドされて自重で降下するフローチングウエイト67によ
り、一定圧でその下方の２軸スクリュロータ68に押し込
む。２軸スクリュロータ68を収納するチャンバ69は加熱
されており、内部の樹脂は溶融温度近傍に加熱される。

【００１０】２軸スクリュロータ68は、図６に示すよう
に２本の平行するスクリュロータ70, 71を平行に、かつ
相互のロータブレード72, 73が接触しない程度に離間さ
せて配置している。各ロータブレード72, 73は、ロータ
の軸線方向にねじれてスクリュ状をなしており、かつ軸
線方向に沿って長翼、短翼と呼ばれる位相の異なる翼が
配置され３次元的な形状をなしている。この２個のスク
リュロータ70, 71を相互に左右逆向きに配置するととも
に、互いに反対方向に回転させることによって前記フロ
ーチングウエイト67で押下されるペレットを加熱しつつ
混練し、図５中、上方から下方に向けて排出している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のバッチ式のバン
バリタイプ混練機においては、繊維が良好に分散され溶
融された樹脂を得ることができ、その混練の度合、すな
わち、樹脂に与える剪断作用の強弱は、ロータの３次元
的な形状の特性によって、回転による円周方向の材料の
移動に対しては、ブレード相互の食い込み角やランドの
幅を変化させることにより、また軸方向の材料の移動に
対しては、ブレードの捩り角や長翼と短翼の比を変える
ことによって調節することができる特性を備えている。

【００１２】しかしながら、この２つの剪断作用がより
強力になればなる程、樹脂の剪断作用による溶融が効率
的に行われると共に繊維の分散が良くなる反面、繊維の
折損が大きくなってしまう欠点を有する。そのため長繊
維ペレット用の溶融装置として、強化繊維が良分散の溶
融樹脂が得られても、混練機内で長繊維が細断されてし
まい、このままの装置では、長繊維ペレット用の溶融装
置として用いることができなかった。

【００１３】したがって、本発明は、ペレット状の長繊
維強化熱可塑性樹脂を溶融混練しても繊維の損傷を最小
限に押さえることができ、かつその繊維を樹脂中に良好
に分散させることができ、強度の高い長繊維強化熱可塑
性樹脂を成形する射出成形装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形装
置は、軸線方向に一定断面を有するブレードを備えた２
個の２次元形状ロータが加熱されたロータ室内に互いに
平行に配置され、前記２個の２次元形状ロータを回転さ
せることによって長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを可
塑化する可塑化部と、該可塑化部からの長繊維強化熱可
塑性樹脂ペレットの溶融樹脂を導入して射出する射出成
形部とからなるものである。

【００１５】そして、上記の長繊維強化熱可塑性樹脂用
射出成形装置においては、ロータ室の室壁及び２次元形
状ロータ内にヒータを有するものであってもよし、また
はロータ室内に加熱された不活性ガスが導入されるよう
に構成されてあってもよい。

【００１６】

【作用】本発明は、上記のように構成したので、ロータ
室内に導入される長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットは、
その内部で加熱されるとともに、２個のロータの回転に
よる混合作用により溶融して可塑化部より射出成形部に
押し出される。この時、ロータ室内の樹脂は、ロータが
軸線方向に一定断面を有するブレードを備えた２次元形
状をなすので、従来の３次元形状とは異なり、軸線方向
に移動することがなく、混練による混合作用が残ったま
まで剪断作用が低減され、樹脂中に混入する繊維の折損
を最小限に押さえることができる。そして、この後、溶
融樹脂は可塑化部より射出成形部の例えば射出シリンダ
に押し出され、射出シリンダの樹脂は、プランジャによ
って金型内に射出される。したがって、ペレットは、繊
維長を保持したまま解繊されつつ樹脂が溶融されるの
で、強度の高い繊維強化熱可塑性樹脂を成形することが
できる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図面に沿って説明する。図
１に示すように、断面繭形をなすロータ室１を有するロ
ータハウジング２は、その中央上部にペレットの供給口
３を有し、中央下部には溶融樹脂の出口４を有する。供
給口３は、その上方においてホッパ５と連通し、ホッパ
５に投下される長繊維強化熱可塑性樹脂をシリンダ室１
内に供給する。

【００１８】ロータハウジング２には軸線方向に多数の
ヒータ６を内蔵しており、 200℃以上に加熱可能となっ
ている。ロータ室１内には、図２に示すように、２本の
平行な軸７，８に、ブレード９，10を突設したロータ1
1, 12を回転自在に支持しており、各ロータ11, 12はそ
の軸７，８を図示されない駆動装置により、図中矢印の
ように互いに内向き方向に回転される。

【００１９】各ロータ11, 12は各々図１に示す断面形状
を有し、この断面形状をロータの軸線方向にそのまま延
長して、図２に示すような２次元形状のロータ形状を有
している。また、各ロータ11, 12の内部にはヒータ13,
14を内蔵し、ロータ11, 12を200℃以上に加熱可能とな
っている。なお、本実施例では最も好ましい例としてロ
ータ11, 12の内部にヒータ13, 14を内蔵した例とした
が、ヒータ13, 14は無くてもよく、この場合、可塑化時
間が僅かに多くなると共に、繊維の折損も僅かに増加す
ることになる。

【００２０】ロータハウジング２の出口４には射出シリ
ンダ15の導入口16に連通する連通路17が接続され、導入
口16と連通路17間には、図示されない駆動装置により作
動される開閉弁18を備えている。射出シリンダ15の内部
のシリンダ室20内にはプランジャ21を有し、このプラン
ジャ21は油圧シリンダ22により進退可能となっている。
射出シリンダ15の先端には、金型に連通するノズル23を
有すると共に、その外周にはヒータ19を有し、シリンダ
室20内の樹脂を溶融状態に維持している。

【００２１】上記装置において、ホッパ５から投入され
る長繊維を混入した熱可塑性樹脂のペレットは、供給口
３からロータ室１の中央に供給される。このペレット
は、ヒータ６により加熱されたロータハウジング２及び
ヒータ13, 14により加熱されたロータ11, 12により加熱
され、また、ロータ11, 12の回転による剪断力の低減さ
れた混合作用を受けて発熱し溶融して可塑化する。

【００２２】このようにして可塑化した長繊維混入溶融
樹脂は、ロータ11, 12の回転によって出口４側に押し出
されるが、この時ロータ室１内の溶融樹脂は、ロータ1
1, 12が共にその軸線方向に一定断面形状をなす２次元
形状となっているので、ロータ11, 12の回転によっても
軸線方向に移動することがなく、出口４側に押し出さ
れ、軸線方向への移動による剪断作用を受けることがな
い。

【００２３】ロータ11, 12の回転時には開閉弁18は開放
しており、溶融樹脂はシリンダ室20内に導入され、プラ
ンジヤ21を後退させ、所定量導入されると開閉弁18を閉
じるとともに、ロータ11, 12の回転を停止する。このシ
リンダ室20内に樹脂を導入する際、油圧シリンダ22に背
圧を付与しておき、導入樹脂に圧力を与え、樹脂の計量
精度を向上することもできる。シリンダ室20内に導入さ
れた樹脂は、油圧シリンダ22の作動によってプランジャ
21が前進する時、ノズル23から金型内に射出される。以
降、同様の作動をバッチ式に繰り返し成形作業が継続さ
れる。

【００２４】上記装置において、繊維含有率40重量％、
繊維長12.7mmの長繊維ペレットを可塑化部に供給し、可
塑化溶融後、射出成形機により 200mm× 200mm× 2mmの
成形品を作成した。この時のロータ回転数は30ｒｐｍと
した時、可塑化にかかった時間は40秒であり、出来上が
り成形品の繊維長分布を測定した結果、平均繊維長は6.
2mmとなり、従来の射出成形での結果（平均繊維長3.07m
m）と比較し、ほぼ倍の非常に繊維長の長い成形品を得
ることができた。また、この時の成形品の衝撃強度はノ
ッチ付きアゾット強度で55ｋＪ／ｍ² であった。

【００２５】一方、上記成形装置において、可塑化部の
ロータ室内に加熱した窒素ガス等の不活性ガスをケーシ
ングを通して供給しても良い。その際には、ペレットの
溶融時に更に加熱力を増大することができるので、例え
ばナイロン樹脂等、高温で可塑化する樹脂も本装置で成
形することができるほか、通常の熱可塑性樹脂において
も短時間で可塑化できるので成形速度が向上し、繊維が
折損し易い可塑化部を通過する速度が速くなるので、繊
維の折損を最小限に留めることができる。

【００２６】上記のロータ室内に加熱不活性ガスを供給
した装置において、前記実施例と同様、繊維含有率40重
量％、繊維長12.7mmの長繊維強化熱可塑性樹脂のペレッ
トを供給し、可塑化溶融後、射出成形機により 200mm×
200mm× 2mmの成形品を作成した。この時のロータ回転
数は30ｒｐｍとした時、可塑化にかかった時間は30秒に
短縮された。また、出来上がり成形品の繊維長分布を測
定した結果、平均繊維長は 7.5mmとなり、従来の射出成
形での結果と比較しても、また前記実施例のものと比較
しても繊維長の長い成形品を得ることができた。また、
この時の成形品の衝撃強度は、ノッチ付きアゾット強度
で65ｋＪ／ｍ² であった。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成し作用する
ので、ペレット状の長繊維強化熱可塑性樹脂を溶融混練
しても、ロータ室内で、樹脂はロータの軸線方向への移
動がなくなるため繊維の折損を最小限に押さえることが
でき、かつその繊維を樹脂中に良好に分散させることが
でき、強度の高い長繊維強化熱可塑性樹脂を成形するこ
とができる。

【００２８】また、ロータ室内に加熱された不活性ガス
を導入する際には、ロータ室内をより高温にすることが
でき、可塑化温度の高い樹脂も可塑化することができる
ほか、通常の熱可塑性樹脂の可塑化時においても可塑化
に要する時間が減少し、繊維の折損し易い可塑化部を短
時間で通過させることができるので繊維の折損をより少
なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の断面図である。

【図２】図１のロータ部分の斜視図である。

【図３】従来例の断面図である。

【図４】他の従来例の断面図である。

【図５】更に他の従来例の断面図である。

【図６】図５のロータ部分の正面図である。

【符号の説明】

１：ロータ室 ２：ロータリハウジング
３：供給口 ４：出口 ５：ホッパ
６：ヒータ ７，８：軸 ９, 10：ブレード 1
1, 12：ロータ 13, 14：ヒータ 15：射出シリンダ 1
6：導入孔 17：連通路 18：開閉弁 1
9：ヒータ 20：シリンダ室 21：プランジャ 2
2：油圧シリンダ 23：ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線方向に一定断面を有するブレードを備
   えた２個の２次元形状ロータが加熱されたロータ室内に
   互いに平行に配置され、前記２個の２次元形状ロータを
   回転させることによって長繊維強化熱可塑性樹脂ペレッ
   トを可塑化する可塑化部と、該可塑化部からの長繊維強
   化熱可塑性樹脂ペレットの溶融樹脂を導入して射出する
   射出成形部とからなることを特徴とする長繊維強化熱可
   塑性樹脂用射出成形装置。
2. 【請求項２】ロータ室の室壁及び２次元形状ロータ内に
   ヒータを有する請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂
   用射出成形装置。
3. 【請求項３】ロータ室内に加熱された不活性ガスを導入
   する請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂用射出成形
   装置。