JPH081667A - 粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混合物の加熱方法、成形方法及び加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱可塑性樹脂と補強用繊維からなる繊維強化
複合材料成形体の製造方法として好適な粉・粒状熱可塑
性樹脂−補強用繊維系混合物の加熱方法及び加熱装置で
あって、中間材料である予備成形体を製造することな
く、直接繊維強化複合材料成形体を製造する方法及び装
置を提供する。 【構成】 粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混合物
を供給する投入口が上部に形成された加熱容器に、上記
混合物を下方に送給する搬送手段を内設すると共に、上
記混合物を内部から加熱する高温ガスの供給手段と、上
記混合物を前記加熱容器の外部から加熱する加熱手段と
を備えてなる粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混合
物の加熱装置を用いて、粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用
繊維の混合物の内部間隙に高温ガスを作用させることに
より上記混合物を内部から加熱し、次に上記混合物を外
部から加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉・粒状熱可塑性樹脂と
補強用繊維の混合物の加熱方法、成形方法及び加熱装置
に関し、詳細には熱可塑性樹脂と補強用繊維からなる繊
維強化複合材料成形体の製造方法として好適な粉・粒状
熱可塑性樹脂−補強用繊維系混合物の加熱方法及び加熱
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂中に補強用繊維が均一に分
散された繊維強化複合材料成形体は、曲げ強度及び耐衝
撃性等において優れた性能を有しており、例えば自動車
部品では外板材として、或はその他の用途としては容器
やパネル材等として各種用途に用いられている。尚この
繊維強化複合材料成形体を製造するにあたっては、まず
上記熱可塑性樹脂と補強用繊維の混合物をシート状又は
塊状に成形した予備成形体が製造され、該予備成形体を
保存及び運搬（以下単にハンドリングと言うことがあ
る）し、最終的な製品形状に成形するに当たっては、上
記予備成形体を所定の温度に加熱して溶融状態とし、得
られた溶融材料のエアー抜きを目的として加圧した後、
所定量ずつ切り出された溶融体を加圧成形装置へ供給
し、加圧成形して最終製品である繊維強化複合材料成形
体を製造するという方法が採用されている。

【０００３】この様に従来の方法では、最終製品を得る
までにまずシート状又は塊状の予備成形体を製造してハ
ンドリングし、更にこの予備成形体を加熱して成形する
という必要があり、従って上記予備成形体を製造する為
の特別な装置を備えなければならない。また上記予備成
形体を溶融する際にも特別の加熱装置を必要とすること
から、上記予備成形体を中間材料として製造することな
く、直接、繊維強化複合材料成形体を製造することので
きる方法の開発が要望されていた。

【０００４】なお従来の射出成形装置に粉・粒状熱可塑
性樹脂と補強用繊維を投入して繊維強化複合材料成形体
を得る方法も提案されているが、この方法では溶融材料
がキャビティー内に高速で射出されたり、スクリューで
混練しながら押し出される際に上記補強用繊維が破損し
てしまい、そのようにして得られた繊維強化複合材料成
形体においては、本来有すると期待された曲げ強度や耐
衝撃性を発揮しないという問題を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に着
目してなされたものであって、粉・粒状熱可塑性樹脂及
び補強用繊維からなる混合物を、中間生成物である上記
予備成形体に成形することなく、前記混合物を加熱して
溶融材料としそのまま最終の繊維強化複合材料成形体を
製造することのできる繊維強化複合材料の加熱方法及び
その装置を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成した本発
明に係る加熱方法とは、粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用
繊維の混合物の内部間隙に高温ガスを作用させることに
より内部から加熱し、次に上記混合物を外部から加熱す
ることを要旨とするものである。

【０００７】また上記目的を達成した本発明に係る加熱
装置とは、粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混合物
を供給する投入口が上部に形成された加熱容器に、上記
混合物を下方に送給する搬送手段を内設すると共に、上
記混合物を内部から加熱する高温ガスの供給手段と、上
記混合物を前記加熱容器の外部から加熱する加熱手段と
を備えてなることを要旨とする。なお本発明に係る加熱
装置の上記加熱容器としては逆円錐形のものを採用し、
上記搬送手段としてはスクリューコンベアを用いること
が推奨される。

【０００８】更に本発明に係る粉・粒状熱可塑性樹脂と
補強用繊維の成形方法とは、粉・粒状熱可塑性樹脂と補
強用繊維を気流中で混合する第１工程と、第１工程で得
られた混合物を請求項１記載の加熱方法で加熱して溶融
させる第２工程と、第２工程で得られた溶融材料を計量
して切り出す第３工程と、第３工程で得られた溶融体を
成形する第４工程からなるものである。

【０００９】

【作用】本発明に係る加熱方法によれば、粉・粒状熱可
塑性樹脂及び補強用繊維の混合物を搬送しながら内・外
より効率よく加熱して溶融材料を製造することができる
ので、予備成形体を製造することなく繊維強化複合材料
成形体の製造が可能である。

【００１０】また本発明に係る加熱装置において、加熱
容器に逆円錐形のものを採用し、上記加熱容器に内設さ
れる搬送手段としてスクリューコンベアを用いることに
より、上記混合物を加熱すると共に、空隙率が高く嵩張
った上記混合物からのエアー抜きも達成できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に示した実施例にもとづいて本発
明を詳細に説明する。図１は、本発明の加熱方法に使用
する加熱装置の一実施例を示す概略構成図である。材料
加熱装置２０は、混合物投入口２１ａを介して材料混合
装置１０に連設される上ぶた２１と、逆円錐形の加熱容
器２２を有する。上記上ぶた２１の中心部にはモーター
２３が設けられ、このモータ２３の回転軸に固定された
回転軸３０は、加熱容器２２内を軸方向に貫通してい
る。該回転軸３０の外周面には螺旋状のスクリュー翼３
１が一体的に形成されており、前記材料混合装置１０か
ら落下供給される混合物は、上記回転軸３０が回転する
ことにより下方に搬送される。尚スクリュー翼３１は加
熱容器２２の内壁に近接するよう、翼の径が徐々に小さ
く形成されている。すなわち、上記混合物が嵩張った綿
状を呈している状態（加熱容器２２上方）ではスクリュ
ー翼３１の径を大きくし、上記混合物が溶融して体積が
小さくなる下側の径は小さくなっている。なおスクリュ
ー翼３１の縮径比率あるいは混合物の投入量を調整する
ことにより、上記スクリュー翼３１の下方端における１
ピッチ分または２ピッチ分の位置では、溶融材料を加圧
気味に搬送してエアー抜きを十分に行う様にしてもよ
い。

【００１２】また前記回転軸３０は図２に示す様に２重
構造となっており、外筒３２と軸芯３３の間に形成され
る隙間を加熱ガスが通過できる様に構成されている。し
たがって図１に示す様に上記加熱ガスは回転軸３０の上
部に設けられた加熱ガス導入口２５より回転軸３０内部
に導入され、軸芯３３に沿って下降し、上記外筒３２に
穿設された加熱ガス供給口３４より回転軸３０外に放出
される。それにより材料混合手段１０から供給され加熱
容器２２内に充填された混合物の内部間隙を通過して該
混合物を加熱することができる。上記混合物を加熱して
温度降下した加熱ガスは加熱ガス排出口２６より加熱容
器２２の外部に排出され、図示しない加熱装置により再
度高温ガスとされ加熱ガス吸入口２５へ帰還される様に
なっている。本発明は上記加熱ガスの種類を限定するも
のではなく、希ガスやＮ₂ 等の不活性な高温ガスを用い
ればよいが、加熱空気や廃ガス等を用いても良い。

【００１３】更に上記加熱容器２２の上方側の外壁面に
は温度調節装置２７ａ，２７ｂ，２７ｃが配設され、前
記混合物が加熱容器２２の内周面に付着することを防止
する。上記温度調節装置は加熱容器内の混合物の温度に
応じて適宜選択すればよいが、例えば温度調節装置２７
ａは水冷式、２７ｂや２７ｃはオイル式の温度調節装置
で構成することができる。

【００１４】また本発明に係る材料加熱装置において
は、上記加熱容器２２の下方側Ｂ₂ では混合物の空隙率
が低く内部から加熱ガスを作用させることは難しいの
で、加熱容器２２の下方端の外周面にバンドヒーター等
の加熱手段２８ａ，２８ｂを配設して、外部より溶融材
料を加熱する。

【００１５】尚本発明は、粉・粒状熱可塑性樹脂と補強
用繊維を混合する材料混合手段を限定するものではな
く、従来の材料混合装置を用いればよく、図１に示す様
な気流混合装置１０が例示できる。該気流混合装置１０
は、円筒状の混合容器１３の上部に熱可塑性樹脂用ホッ
パー１１と補強用繊維用ホッパー１２が配設されてお
り、上記混合容器１３の下部に配設されたガス供給口１
８から、圧縮空気等のガスを導入して上記補強用繊維Ｃ
を解繊した後、熱可塑性樹脂Ｒと補強用繊維Ｃを混合す
るものである。尚前記熱可塑性樹脂用ホッパー１１及び
前記補強用繊維用ホッパー１２は定量ずつ供給できるも
のが望ましく、また１台のホッパーを用いて上記熱可塑
性樹脂及び補強用繊維を予め所定量ずつ配合した混合物
を供給してもよい。また上記混合容器１３の底面には円
周方向に開閉自在なシャッター１５が配設されており、
材料混合時には上記シャッター１５は閉じると共に、前
記材料混合装置２０が受け入れ可能となるまでシャッタ
ー１５を閉じて待機し、受け入れの際には上記シャッタ
ー１５を開き混合物を落下させる様になっている。

【００１６】尚上記材料混合装置１０は上記混合物を連
続して供給できることが望ましいが、前記材料混合装置
１０のようにバッチ式である場合には、２台以上を並設
することによって、次工程の材料加熱装置２０において
混合物の加熱を効率的に行うことが可能となる。

【００１７】さらに本発明は、上記材料加熱装置２０で
得られる溶融材料を成形するにあたっては、例えば図３
に示す様な従来の装置と組み合わせればよい。即ち押出
装置４０及び加圧成形装置５０を用いる方法であって、
前記材料加熱装置２０の溶融材料排出口２９を上記押出
装置４０の溶融材料供給口４５に連結する。該押出装置
４０には筒状押出容器４１の一方端に加圧シリンダ４２
が配設されると共に、他端に押出リップ部４３が形成さ
れている。前記材料加熱装置２０から供給された溶融材
料Ｍは、上記加圧シリンダ４２によって前記筒状押出容
器４１内で加圧され、上記押出リップ部４３より吐出さ
れる。所定量吐出された溶融材料Ｍは、上記押出リップ
部４３の開口位置に隣設された切断機４４により切り出
され、加圧成形装置５０の上下金型５１，５２の間に供
給されて、最終的な繊維強化複合材料成形体に加圧成形
されるものである。

【００１８】尚、本発明は熱可塑性樹脂や補強用繊維の
種類を限定するものではなく、熱可塑性樹脂としてはポ
リオレフィン（例えばポリエチレン，ポリプロピレン，
ポリブテン等）、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、
ポリスチレン系樹脂、ポリカーボネート、塩化ビニル系
ポリマー等が例示でき、また補強用繊維としてはガラス
繊維，炭素繊維，金属繊維，アラミド繊維，ポリエステ
ル繊維等が挙げられる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、中
間材料である予備成形体を製造することなく、直接繊維
強化複合材料成形体を製造することができることとなっ
た。従って生産性が向上すると共に、繊維強化複合材料
自体も熱可塑性樹脂の熱履歴を緩和できることから、樹
脂の劣化を可及的に防止できる。また従来の射出成形装
置の様に、溶融材料を高速でキャビティ内へ射出した
り、スクリューにより混練しながら無理やり押し出すこ
ともないので、補強用繊維を破損するという問題も生ず
ることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加熱方法に使用する加熱装置の一実施
例を示す概略構成図である。

【図２】本実施例に係る加熱装置の一部断面を有する要
部拡大図である。

【図３】本発明の加熱装置を従来の押出装置に接続した
例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１０ 材料混合装置 ２０ 材料加熱装置 ３０ 回転軸 ４０ 押出装置 ５０ 加圧成形装置

フロントページの続き (72)発明者 小川 勝美 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混
   合物の内部間隙に高温ガスを作用させることにより上記
   混合物を内部から加熱し、 次に上記混合物を外部から加熱することを特徴とする粉
   ・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混合物の加熱方法。
2. 【請求項２】 粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の混
   合物を供給する投入口が上部に形成された加熱容器に、 上記混合物を下方に送給する搬送手段を内設すると共
   に、 上記混合物を内部から加熱する高温ガスの供給手段と、 上記混合物を前記加熱容器の外部から加熱する加熱手段
   とを備えてなることを特徴とする粉・粒状熱可塑性樹脂
   と補強用繊維の混合物の加熱装置。
3. 【請求項３】 上記加熱容器が逆円錐形である請求項２
   記載の加熱装置。
4. 【請求項４】 搬送手段がスクリューコンベアである請
   求項２または３記載の加熱装置。
5. 【請求項５】 粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維を気
   流中で混合する第１工程と、 第１工程で得られた混合物を請求項１記載の加熱方法で
   加熱して溶融させる第２工程と、 第２工程で得られた溶融材料を計量して切り出す第３工
   程と、 第３工程で得られた溶融体を成形する第４工程からなる
   ことを特徴とする粉・粒状熱可塑性樹脂と補強用繊維の
   成形方法。