JPH11292986A - 一方向繊維強化熱可塑性樹脂の製造法 - Google Patents

一方向繊維強化熱可塑性樹脂の製造法

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JPH11292986A
JPH11292986A JP11012782A JP1278299A JPH11292986A JP H11292986 A JPH11292986 A JP H11292986A JP 11012782 A JP11012782 A JP 11012782A JP 1278299 A JP1278299 A JP 1278299A JP H11292986 A JPH11292986 A JP H11292986A
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JP
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strand
impregnation tank
diffusion
liquid
particle concentration
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JP11012782A
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English (en)
Inventor
Albert Maria Vodermayer
マリア フォーダーマイヤー アルベルト
Jens Dr Kaerger
ケルガー イエンス
Stefan Kaufmann
カウフマン ステファン
Hans Erlach
エルラッハ ハンス
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sulzer Markets and Technology AG
Original Assignee
Sulzer Innotec AG
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length

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  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Yarns And Mechanical Finishing Of Yarns Or Ropes (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】一方向繊維強化樹脂バンドの製造方法におい
て、供給される粒子拡散液の粒子濃度制御を行い、含浸
槽内の粒子濃度を設定する必要のない、簡略化された方
法を提供する。 【解決手段】本発明は、新規な一方向繊維強化樹脂バン
ド（１）の製造方法を開示している。含浸槽内の拡散液
（２２）は、第1の粒子濃度（C１）を有する供給拡散液
（２１）が供給されること、及び含浸槽内の粒子濃度が
第2の粒子濃度（C２）に初期設定されることによりほぼ
定常状態に保たれる。供給拡散液は連続的または周期的
に供給され、この時第1の粒子濃度は一定に維持され
る。より高い粒子濃度を有する拡散液及び拡散溶媒（２
１０）が適当に供給される。第2の粒子濃度は自律的安
定化のみにより一定に維持される特定の値に設定され
る。上記２つの濃度（C１，C２）はバンドにおいて実現
される熱可塑性樹脂の含有量（θ）と引き出し速さ
（ｖ）とに依存するがその関係は経験的に得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、含浸槽内において
熱可塑性樹脂粒子を拡散させた拡散液を繊維ストランド
に圧力含浸させた後、ストランドを乾燥し、ストランド
に含浸した前記粒子を溶融するために熱処理を行い、ス
トランドは予め設定された引き出し速さにて複数の偏向
要素を介して前記含浸槽内において引かれることにより
一方向に繊維強化された熱可塑性樹脂を製造するための
方法及び該方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドイツ特許公開公報第DE−A ４１２１９
１５号には熱可塑性樹脂の粒子が拡散させられた材料含
浸槽に無限に長い強化繊維を浸漬する方法が開示されて
いる。バンドにおける熱可塑性樹脂含有量を一定に維持
するためには含浸槽から引き上げられたストランドの幅
を測定し、得られた測定値を用いて材料槽内の粒子の濃
度を制御する。この制御を２つ以上の異なる粒子濃度を
有する拡散液を供給して行うことが教示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一例として、それぞれ
異なる３つの粒子濃度を有する拡散液を使用し、この
内、2番目に高い濃度を材料槽から引き出されるストラ
ンドにおいて求められる粒子濃度に設定して材料槽内の
粒子濃度を制御する方法がある。この方法では拡散液の
供給量は含浸槽内の拡散液の量の調整を通じて設定され
る。このように従来の方法では含浸槽内の材料粒子濃度
の制御を行う必要があった。
【０００４】本発明は、供給される拡散粒子の濃度制御
を行って含浸槽内の粒子濃度を設定する必要のない、簡
素化された方法の提供をその目的とする。新規な認識手
段が開始点において用いられ、定常的な作動状態を設定
することが可能である。これは、引き出し速さが一定で
あり、かつ拡散粒子の供給が一定であれば含浸槽内の粒
子の濃度は自動的に特定の値にて安定化することによ
る。事前に適当な実験を行うことにより、含浸槽内の望
ましい熱可塑性樹脂の濃度を得るために適正なパラメー
タを決定することが可能である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に基づく一方向繊維強化樹脂バンドの製造方
法は、含浸槽内にて繊維ストランドを熱可塑性樹脂粒子
の拡散液に浸漬してストランドに粒子を圧力含浸させる
ことを含む。この方法においては、圧力含浸の後、スト
ランドを乾燥させ、ストランドに含浸した粒子を溶着す
るための熱処理が行われる。ストランドは予め設定され
た引き出し速さにて複数の偏向要素を介して含浸槽内に
おいて引かれる。含浸槽内の拡散液は、第1の粒子濃度
を有する供給拡散液が供給されること、及び含浸槽内の
粒子濃度が第2の粒子濃度に初期設定されることにより
ほぼ定常状態に保たれる。供給拡散液は連続的に供給さ
れるか、または周期的に供給され、この時第1の粒子濃
度は一定に維持される。より高い粒子濃度を有する拡散
液と更なる拡散溶媒とを適当に供給することも可能であ
る。第2の粒子濃度は自律的安定化のみによって一定に
維持される特定の値に設定される。ここで上記２つの濃
度はバンドにおいて実現されるべき熱可塑性樹脂の含有
量と引き出し速さとに依存するがその関係は経験的に得
ることが可能である。
【０００６】供給拡散液の粒子濃度と含浸槽内の粒子濃
度とがほぼ等しくなるような引き出し速さが存在するこ
との発見により更なる新規な認識手段が与えられる。こ
の引き出し速さを用いることにより請求項２に記載の方
法は非常に容易に実施することが可能である。
【０００７】更なる従属請求項は有利な実施例に関する
ものである。請求項８乃至１０に記載されているのは本
発明に基づき圧力含浸を実施するための装置であり、繊
維ストランドのほぼ均一な含浸を実現するための手段が
提供される。
【０００８】前出のドイツ公開公報第DE−A ４１２１９
１５号には、使用可能な熱可塑性樹脂、強化繊維及び拡
散溶媒の化学的、物理的性質に関する情報が提供されて
いるが、これらの情報は本発明に共通するものでありこ
こで再び記載することはしない。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明をその方法と装置につい
て、図１〜図４に基づき以下に詳細に説明する。
【００１０】図1に概略的に示されているシステムは以
下の構成要素を含む。すなわち、繊維ストランド１'よ
り形成された熱可塑性樹脂バンド１、粒子拡散液２１
（粒子濃度C１）を粒子拡散液２２（粒子濃度C２）が入
れられた含浸槽３に供給するための調整可能な弁２０を
備えた計量装置２、粒子を含浸させられたバンド１"を
乾燥するための乾燥オーブン５、粒子を溶融するための
溶融オーブン６、バンド１を速さｖにて引き出すための
引き出し装置７、巻き取りリール１１、供給リール１
０、偏向ピン１２、及び、含浸槽内の拡散液２２を均一
に攪拌するための攪拌機構３１である。従来技術（ドイ
ツ特許公開公報第DE−A ４１２１９１５号及びボーダー
マイヤー（A．Ｍ．Ｖｏｒｄｅｒｍａｙｅｒ）等による
コンポジッツマニュファクチャリング（Ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｅｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）誌１９９３年第4
号１２３頁に掲載の文献を参照のこと）から見て省略さ
れている要素が破線にて示されている。すなわち、制御
装置４、粒子が含浸させられたストランド１"の幅を光
学的に測定するための測定装置４０、及び拡散液のため
の更なる計量装置２'である。本発明に基づくシステム
においては偏った力の作用を検出するための力検出部１
３が配置される場合もある。
【００１１】繊維ストランド１'は含浸槽内において引
き出し速さｖにて進められ、特定の機構の作用により粒
子拡散液２２の熱可塑性樹脂粒子が含浸させられる。こ
の機構は複数の偏向要素４を有し（図３参照）、各偏向
要素４において巻き付き角の範囲内で圧力含浸作用が起
きる。繊維ストランド１'は多数の繊維層が積層して構
成されている。各偏向要素において、偏向要素に接触す
るストランドの繊維に対しストランドの長さ方向に作用
する張力は、接触部分の外側の部分の繊維に対して作用
する張力よりも小さい。したがって、接触部分の外側に
位置する、より張り詰めた状態の繊維は内側の繊維の間
に引き込まれるため、バンドはストランドの長さ方向に
直交する方向に広がる。ストランド１'の表面と接触面
との間に取り込まれた粒子はより小さな張力が作用する
繊維の間に押し込まれるため、バンドの幅は更に広が
る。偏向要素におけるこのような粒子の取り込み段階を
経た後、ストランド１'は再び粒子拡散液２２内に進入
し、拡散及び吸収によりその表面に再び粒子が吸着され
る。ストランド１'の反対側面への粒子の取り込みは次
の偏向要素において行われる。
【００１２】含浸槽の粒子拡散液の液相、すなわち拡散
溶媒は水やアルコールのような０．０１Pa s（パスカル
秒）程度の小さい粘性を有する溶媒が用いられる。拡散
溶媒の粘性が小さいことにより繊維ストランド１'内に
含浸する粒子に対してほとんど抵抗力が作用しないた
め、圧力含浸において有利である。
【００１３】粒子はストランド１'内に、含浸槽から出
た後のストランド１"の粒子濃度がC３となるように蓄積
する。濃度C３はC２よりも原則的に大きい。濃度C３はC
２のみでなくｖにも依存している。すなわち、C３＝ｆ
（C２，ｖ）と表すことができる。
【００１４】乾燥オーブン５において拡散溶媒は、粒子
が含浸させられたストランド１"から蒸発によって除去
される。ストランド１"中に残存する粒子からバンド１
の熱可塑性樹脂が量θだけ生成する。θはC３に依存し
た量であり、θ＝ｋC ３と表すことができる。含浸工程
の定常状態においては、C１＝C ３であり、熱可塑性樹
脂含有量θ（＝ｋC１）は供給拡散液２１の粒子濃度C１
によって定まる。
【００１５】本発明に基づけば、含浸槽３の定常状態に
おいて圧力含浸が行われ、この時、C２はこの濃度がバ
ンド１において実現されるべき熱可塑性樹脂含有量θ
と、引き出し速さｖとに経験に基づき依存するように
（θ＝ｋｆ（C２，ｖ）上記参照）設定される。ｖ＝一
定、及びC１＝一定が成り立ち、更に定常状態が成り立
つためには、含浸槽内の溶媒位、すなわち含浸槽の高さ
ｈｂが一定であるという条件が成り立つことも必要であ
る。これは供給拡散液の供給量を適当に計量することに
よって実現される。
【００１６】含浸槽３の粒子濃度C２は、一定時間の後
に自律的に定常値で安定化するため含浸工程の最初の段
階で正確に設定しておく必要はない。これにより明らか
であるが、最初の段階ではこのような濃度の変動に応じ
て、熱可塑性樹脂含有量θが変動することは許容されな
くてはならない。しかしこの変動は通常実用上は問題と
ならない。このような含浸槽濃度の自動設定の過程、及
びこれに伴う熱可塑性樹脂含有量の変化を図２（ａ）及
び２（ｂ）に定量的に示した。図中、C ２'は時間の関
数として変化する含浸槽濃度を示し、θ'は時間の関数
として変化する熱可塑性樹脂含有量を示す。
【００１７】含浸槽３が定常状態に維持されるために
は、供給拡散液２１が連続的に供給されなければならな
い。しかし、通常は定常状態はほぼ実現されていれば充
分である。したがって供給拡散液２１の等しい分量を一
定間隔で供給することも可能である。
【００１８】実験的に示されるように、C１がC２に等し
くなるような、定常状態における引き出し速さｖが存在
する。例えば供給リール１０を交換するような場合には
含浸拡散液２２を含浸槽３から排出しなければならない
ため、拡散液２１と拡散液２２とに同一の濃度を用いる
ことが可能であれば、この方法にとって更に都合がよ
い。
【００１９】θ、ｖ、及びC２の間に経験上成り立つ上
述の関係はおおまかに理解されているだけである。した
がって槽内の拡散液の容量が一定に維持されない場合が
考えられる。そこで拡散液の容量は槽内の液面３０の高
さｈｂ（図３）を測定することによって監視することが
有利である。補正が必要な場合には、引き出し速さｖを
適当に変化させるか、供給拡散液２１の液相、すなわち
拡散溶媒の比率を適当に変化させるか、あるいはこの両
方により補正を行うことが可能である。しかし拡散溶媒
の比率を変化させる場合には、単位時間内に供給される
熱可塑性樹脂の粒子数を一定に維持することが同時に必
要である。
【００２０】偏向要素により、繊維ストランドの両面に
おいて交互にストランドの進行方向が偏向されるため、
圧力含浸はストランドの両面でほぼ等しい程度で行われ
る。各偏向要素は、巻き付き角の範囲及びストランドの
進行方向においてほぼ一定の曲率半径を有することが好
ましい。偏向要素は、ストランドの各側面における各偏
向要素の巻き付き角の和がストランドの両側で等しくな
るように配置される。
【００２１】図３には、偏向要素４を備えた構成が示さ
れているが、この構成では各偏向要素は円弧４０に沿っ
て配置され、各偏向要素の偏向面の円弧４０からの偏移
はいずれもほぼ等しい大きさである。巻き付き角φは、
中心が円弧の外側に位置する偏向要素よりも、中心が円
弧の内側に位置する偏向要素の方が大きいため、外側の
偏向要素の数は内側の偏向要素の数よりも1個だけ多い
ことが望ましい。鉛直中心線４３を中心として線対称に
奇数個の偏向要素４が配置される。
【００２２】円弧４０の替わりに直線４０'に沿って偏
向要素４を配置することも可能である。直線４０'の両
側に同じ数の偏向要素が有利に配置される（図４参
照）。円弧４０が用いられている実施例においては、ス
トランド１'が含浸槽３内に供給される点４１及びスト
ランド１"が含浸槽３から引き出される点４２は両方共
液面３０の上方に配置されるが、これは直線に沿って偏
向要素４が配置される実施例においては可能ではない。
したがってストランド１'を含浸槽３内に供給するため
の点４１'は液面３０の下方に配置され、該供給点４１'
はロック室３１の部分として形成される。ロック室３１
には拡散溶媒２１０がブロック媒質として入れられてお
り、拡散液２２からロック室３１内への粒子の侵入が防
止される。異なる構成のロックを用いてガス、特に空気
をブロック媒質として使用することも可能である。拡散
溶媒２１０をブロック媒質として使用する際には、拡散
溶媒は更なる供給点（図に示されていない）からロック
室３１内に供給される。このとき、拡散溶媒は、槽内の
拡散液２２よりも若干大きな圧力を有する。また供給さ
れる供給拡散液２１の粒子濃度は槽内の拡散液２２の濃
度よりも適当に大きい。
【００２３】
【発明の効果】本発明に基づく方法によれば、従来の方
法におけるように供給される粒子拡散液の濃度を制御し
て含浸槽内の粒子濃度を設定することなく材料槽内の粒
子濃度を定常状態に維持することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく方法を実施するためのシステム
を示す概略図。
【図２】（ａ）含浸槽内の粒子濃度の自律的安定化を説
明するためのグラフ，（ｂ）含浸槽内の粒子濃度の自律
的安定化を説明するためのグラフ。
【図３】第1の含浸槽の長手方向の断面図。
【図４】第2の含浸槽の長手方向の断面図。
【符号の説明】
１…繊維強化された熱可塑性樹脂バンド、１'…含浸前
の繊維ストランド、１"…含浸後の繊維ストランド、３
…含浸槽、４…偏向要素、５…乾燥オーブン、６…溶融
オーブン、２１…供給拡散液、２２…拡散液、３０…含
浸槽内の液面、３１…ロック、４０…円弧、４０'…直
線、４１…液面上方のストランド供給点、４１'…液面
下方のストランド供給点、４２…ストランドの引き出し
点、２１０…拡散溶媒、C１…供給拡散液の濃度、C２…
拡散液の濃度、ｖ…引き出し速さ、ｈｂ…液面の高さ、
φ…巻き付き角。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 105:10 (72)発明者 ステファン カウフマン スイス国 ＣＨ−5600 レンツブルク ノ イホフシュトラーセ 18 (72)発明者 ハンス エルラッハ スイス国 ＣＨ−8405 ヴィンタートゥー ア ヴァルデックシュトラーセ 19

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 含浸槽（３）内にて熱可塑性樹脂粒子を
    拡散させた拡散液（２２）を繊維ストランド（１'）に
    圧力含浸させた後、該ストランド（１"）を乾燥し、該
    ストランドに取り込まれた前記粒子を溶着するために熱
    処理（５，６）を行い、該ストランドは予め設定された
    引き出し速さ（ｖ）にて複数の偏向要素（４）を介して
    前記含浸槽内において引かれることにより一方向に繊維
    強化された熱可塑性樹脂バンド（１）を製造するための
    方法において、 前記含浸槽の拡散液（２２）は、一定に維持される粒子
    濃度（C１）を有する供給拡散液（２１）が連続的ある
    いは周期的に供給されること、またはより高い粒子濃度
    の拡散液及び更なる拡散溶媒（２１０）が適当に供給さ
    れることのいずれか一方と、含浸槽内の拡散液の第２の
    粒子濃度（C２）を、該濃度（C２）の自律的安定化のみ
    によって特定の定常値に初期設定することとによりほぼ
    定常状態におかれ、前記２つの濃度（C１，C２）は、前
    記バンド（１）において実現されるべき熱可塑性樹脂の
    含有量（θ）及び前記引き出し速さ（ｖ）に依存し、そ
    の依存関係は経験的に得ることが可能であることを特徴
    とする方法。
  2. 【請求項２】 前記２つの濃度（C１，C２）が少なくと
    もほぼ同じであるように前記引き出し速さ（ｖ）が予め
    設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記含浸槽内の拡散液の容量は、特に含
    浸槽内の液面（３０）の高さ（ｈｂ）を測定して該容量
    を監視することにより一定に保たれ、該容量の補正が必
    要な場合には、前記引き出し速さ（ｖ）を適当に変化さ
    せることにより補正を行うことを特徴とする請求項１ま
    たは２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記含浸槽内の拡散液の容量は、特に含
    浸槽内の液面（３０）の高さ（ｈｂ）を測定して該容量
    を監視することにより一定に保たれ、該容量の補正が必
    要な場合には、供給拡散液（２１）の液相の比率を適当
    に変化させ、同時に単位時間内に供給される熱可塑性樹
    脂粒子量が一定に維持されることにより補正を行うこと
    を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 前記偏向要素（４）により2方向にほぼ
    同じ大きさで交互に前記ストランドの方向が変化するこ
    とにより、前記圧力含浸が前記繊維ストランド（１'）
    の両側においてほぼ同程度に行われることを特徴とする
    請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記各偏向要素（４）は、巻き付き角
    （φ）の範囲内及び前記ストランド（１'）の進行方向
    においてほぼ一定の曲率半径を有することと、該ストラ
    ンドの両側において前記各巻き付き角の和がほぼ等し
    く、該各偏向要素の偏向面は特に直線（４０'）または
    円弧（４０）に沿って、該直線または該円弧からほぼ同
    じ大きさの所定の距離だけ偏移して配置されることとを
    特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記含浸槽の拡散液の液相は約０．０１
    Paｓの粘性を有することを特徴とする請求項１乃至６の
    いずれか1項に記載の方法。
  8. 【請求項８】 偏向要素（４）を含む含浸槽（３）を備
    え、該含浸槽内において繊維ストランド（１'）に熱可
    塑性樹脂粒子を含浸し、該各偏向要素（４）は、巻き付
    き角（φ）の範囲内及び該ストランド（１'）の進行方
    向においてほぼ一定の曲率半径を有し、該ストランドの
    両側において前記各巻き付き角の和がほぼ等しく、前記
    各偏向要素の偏向面は円弧（４０）に沿って、該円弧か
    らほぼ同じ大きさの所定の距離だけ偏移して配置される
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか1項に記載
    の方法を実施するための装置。
  9. 【請求項９】 前記ストランドを前記含浸槽内に供給す
    るための点（４１）及び該ストランドを含浸槽から引き
    出すための点（４２）が含浸槽内の液面（３０）の上方
    に配置されることと、前記偏向要素に偏向面は円弧（４
    ０）に沿って、該円弧からほぼ同じ大きさの所定の距離
    だけ偏移して配置されることとを特徴とする請求項８に
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】ストランド（１'）を前記含浸槽（３）
    内に供給するための前記点（４１'）は前記含浸槽内の
    液面（３０）よりも下方に配置されることと、該点（４
    １'）はロック（３１）の一部として形成され、該ロッ
    ク内にはブロック媒質として気体または拡散溶媒（２１
    ０）が入れられることと、前記偏向要素の接触面は直線
    に沿ってほぼ等間隔に配置されることとを特徴とする請
    求項９に記載の装置。
JP11012782A 1998-02-20 1999-01-21 一方向繊維強化熱可塑性樹脂の製造法 Pending JPH11292986A (ja)

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EP98810139A EP0937560B1 (de) 1998-02-20 1998-02-20 Herstellung von unidirektional faserverstärkten Thermoplasten
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