JPH11300841A - 無端の複合材料を製造する方法及び装置 - Google Patents

無端の複合材料を製造する方法及び装置

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JPH11300841A
JPH11300841A JP10348535A JP34853598A JPH11300841A JP H11300841 A JPH11300841 A JP H11300841A JP 10348535 A JP10348535 A JP 10348535A JP 34853598 A JP34853598 A JP 34853598A JP H11300841 A JPH11300841 A JP H11300841A
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melt
thermoplastic resin
fiber bundle
impregnation
shear element
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JP10348535A
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Juergen Deinert
ユルゲン・ダイネルト
Maximilian Segl
マキシミリアン・ゼーグル
Leonhard Trutwig
レオンハルト・トルートビッヒ
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Otto Bock Orthopadische Industrie KG
Original Assignee
Otto Bock Orthopadische Industrie KG
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    • 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
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    • 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
    • B29B15/122—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length with a matrix in liquid form, e.g. as melt, solution or latex
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/15—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor incorporating preformed parts or layers, e.g. extrusion moulding around inserts
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Abstract

(57)【要約】 【課題】一方向強化繊維及び熱可塑性樹脂からなる無端
の複合材料を製造する方法を、達成可能な浸透度及び方
法の含浸速度に関して改善し、このために、適切な装置
を開発する。 【解決手段】熱可塑性樹脂のメルトが、メルトの粘度を
下げるために連続的に機械的エネルギを供給する先であ
る長めの含浸区間を形成し、かつ予熱された繊維束を、
連続的に、メルトの降下した粘度の区域の中を通過させ
る方法。装置は、繊維束３用の注入口２と、この注入口
を出口４に接続し、長めの含浸区間を形成し、熱可塑性
樹脂のメルトで少なくとも大部分満たされた案内通路５
と、案内通路にある熱可塑性樹脂のメルトに機械的エネ
ルギを加えるの可動の剪断要素６とを有する。前記案内
通路には、熱可塑性樹脂のメルトが入っており、ここを
通過する繊維束にメルトが含浸される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、互いに平行な無端
の強化繊維からなる束を、長手方向に移動させて予熱
し、連続的に熱可塑性樹脂のメルト（溶融物）を供給し
て、これを束に含浸させ、続いて、かくて形成された無
端の複合材料を冷却する、一方向強化繊維及び熱可塑性
樹脂からなる無端の複合材料を製造する方法に関する。
【０００２】更に、本発明はこの方法を実行する装置に
関する。
【０００３】
【従来技術】このような方法はDE 41 12 129 A1 から読
み取られる。この公報では、溶融された熱可塑性樹脂
が、所定の点から、移動する繊維束へ塗布される。この
とき、繊維束には熱可塑性樹脂が含浸する。この場合、
樹脂のうちの精々３重量％を拭い取ればよいのである。
【０００４】EP 0 102 159 B1 は、メルトの粘度を下げ
るために、粘度降下剤を用いる比較可能な方法を開示し
ている。
【０００５】EP 0 287 427 B1 及びEP 0 415 517 A1
は、含浸すべく繊維束を引っ張って、熱可塑性樹脂のメ
ルトが流出する領域を有する邪魔板の間を通過させる方
法を開示している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、互い
に平行な無端の強化繊維からなる束を、長手方向に移動
させて予熱し、連続的に熱可塑性樹脂のメルトを供給し
て、これを束に含浸させ、続いて、かくて形成された無
端の複合材料を冷却する、一方向強化繊維及び熱可塑性
樹脂からなる無端の複合材料を製造する方法を、達成可
能な含浸度及び方法の含浸速度に関して改善し、このた
めに、適切な装置を開発することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の方法上の課題は、
発明の属する技術分野に記載された方法を前提として、
熱可塑性樹脂のメルトは、メルトの粘度を下げるために
連続的に機械的エネルギが供給される長めの含浸区間を
形成し、予熱された繊維束を、連続的に、メルトの粘度
が降下した区域の中を通過させること、により解決され
る。
【０００８】上記の装置上の課題は、含浸される繊維束
用の注入口と、この注入口を出口に接続し、長めの含浸
区間を形成し、熱可塑性樹脂のメルトで少なくとも大部
分満たされた案内通路と、この案内通路に注ぐ、熱可塑
性樹脂のメルト用の少なくとも１つの供給導管と、案内
通路にある熱可塑性樹脂のメルトに機械的エネルギを加
える少なくとも１つの可動の剪断要素と、を具備する加
熱された閉鎖式の含浸用装置により解決される。
【０００９】本発明によれば、従って、繊維束への熱可
塑性樹脂のメルトの供給は分散される。含浸の促進及び
改善のために、メルトの粘度はメルトに加えられた剪断
力によって下げられる。塗布区域及び含浸区域が本発明
では重ねられる。この場合、含浸区間において、熱可塑
性樹脂のメルトの少なくとも１部に、横流を強制するこ
とは、上記課題を解決するために適切である。このこと
は、装置においては、案内通路の壁部に窪みが設けられ
ていることによって達成される。
【００１０】本発明によれば、機械的エネルギを熱可塑
性樹脂のメルトに投入するために、外部で駆動するか、
剪断要素の側を案内される繊維束によって回転させるこ
とができる少なくとも１つの可動の剪断要素を用いるこ
とができる。この場合、繊維束を、少なくとも１つの剪
断要素を部分的に巻回する含浸区域上で案内することは
適切である。
【００１１】一方では、高い剪断力を熱可塑性樹脂のメ
ルトに投入することができるために、他方では、含浸用
装置における熱可塑性樹脂のメルトの滞留時間を短縮す
るために、含浸区域を形成する案内通路を出来る限り細
く形成し、繊維束を、剪断要素の直ぐ側、つまりはメル
トの粘度の降下が最も強く作用する箇所を通過させるほ
うがよい。
【００１２】DE 41 12 129 A1 に記載の方法と比較し
て、本発明では、供給されるメルトの分散によって、メ
ルトの供給と含浸との重ね合せによって、及び加えられ
た剪断作用によるメルトの粘度の降下によって、含浸用
装置内での熱可塑性樹脂の滞留時間が短縮される。この
ことによって、材質の改善が達成される。投入された熱
可塑性樹脂と、強化繊維の割合とに応じて、動荷重下で
の改質又は高められた衝撃強さが達成される。
【００１３】EP 0 102 159 B1 に記載の方法と比較し
て、本発明では、従来技術において必要な添加剤を後で
蒸発させることを省くことができる。従って、本発明で
は、より少ないエネルギが含浸に必要である。その上、
本発明の方法では、高温下での熱可塑性樹脂のメルトの
滞留時間が一層長い。このことにより、特に、製品の質
を改善することになる。
【００１４】EP 0 287 427 B1 及び0 415 517 A1と比較
しても、メルト塗布を分散すると同時に、剪断作用によ
ってメルトの粘度を降下させる本発明の方法は、含浸時
間の短縮を必然的に伴い、かくして、含浸の質を高める
と共に、糸の速度を高めるか、滞留時間を短縮させるか
する。剪断速度の方がメルトの温度よりも粘度への大き
な影響を有するので、溶融温度を下げるだけでなく、含
浸の質を高めもする。
【００１５】熱可塑性樹脂のメルトへの、本発明の機械
的エネルギ投入と、これにより下げられた、熱可塑性樹
脂のメルトの粘度と、横方向貫流の増加とによっても、
装置内にある繊維束は機械的には損傷を受けない。メル
トのフィルムは繊維束の表面において保護機能を担って
いるのは明らかである。この効果により、ポリマーメル
トにおける塗布及び転換によるこれまで技術的に実現さ
れた静的な工程の実施の代わりに、動的なコンセプトを
実現することができる。このことから結果として生じる
低いプロセス温度、短い滞留時間、及び改善された含浸
が、剪断力が＜１００Ｐａ ｓと低い場合の粘度を有す
る熱可塑性樹脂ための装置の構造をもって実現された。
しかし乍ら、より高い粘度の材料のための設計も考えら
れる。
【００１６】本発明の他の特徴は従属請求項の主題であ
る。これらの特徴を実施の形態に基づいて本発明の他の
利点との関連で詳述する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳述する。図１は、含浸される繊維束３用の
注入口２と、この注入口２を出口４に接続し、長めの含
浸区間を形成し、熱可塑性樹脂のメルトで少なくとも大
部分満たされた案内通路５と、示した矢印の方向に回転
自在であって、案内通路５内の熱可塑性樹脂のメルトに
機械的エネルギを加え、円形のディスク６の形態をなす
剪断要素と、を具備する加熱される含浸用装置１を示し
ている。
【００１８】注入口２の長さは、含浸される繊維束３
が、含浸用装置１へ入り込む際に、接触加熱によって、
少なくとも大体、案内通路５にある熱可塑性樹脂のメル
トの温度まで、予熱されるほどの寸法になっている。
【００１９】繊維束３の走行方向は図示の矢印によって
示されている。従って、出口４における搬送方向は注入
口２の搬送方向と逆になっている。繊維束３は約１８０
度の円周角でディスク６に巻回して、外部の駆動装置に
よって連続的に回転されるこのディスク６の円周面か
ら、好ましくは極僅かな内法の間隔を有している。この
目的はメルトの粘度が下がった区域で繊維束３が移動す
るためであって、この区域は、駆動されるディスク６に
よって生起された、熱可塑性樹脂のメルトへの機械的な
エネルギの供給によって引き起こされるのである。
【００２０】図２及び４に示した実施の形態は実質的に
図１の実施の形態に対応している。図２の剪断要素は歯
付ディスク７として、図４の剪断要素はカム状のディス
ク８として形成されている。この場合、図２及び４の剪
断要素７，８は回転自在に取り付けられており、剪断要
素７，８の外側を通過した繊維束３によって回転させら
れる。
【００２１】図３に示した含浸用装置は図２のそれに対
応する。しかし乍ら、案内通路５の壁部には、追加的
に、案内通路５の中にある熱可塑性樹脂のメルトの一部
に横流を強制する複数の窪み９が設けられている。
【００２２】図５に示した実施の形態では、繊維束３
は、２つの密に並設された歯付ディスク７の周囲を、繊
維束３の走入方向がその走出方向に対応するように、案
内する。
【００２３】図６に示した実施の形態では、図５に示し
た含浸用装置１と比べて、注入口２及び出口４を、傾斜
した入り口及び出口が生じるように、設置している。こ
のことによって、糸の速度は同一であっても、含浸用装
置１内での繊維束３の滞留時間が延長される。更に、２
つの歯付ディスク７の各々において、繊維束３による巻
付角度が増大される。
【００２４】図７に示した実施の形態は実質的に図５の
実施の形態に対応する。剪断要素としては、ここでは、
２つの並設されたディスク１０が設けられており、熱可
塑性樹脂のメルトのために各々の軸方向の供給管１１を
有する。供給管１１はメルトの被覆の分散のために放射
状にディスク１０の剪断面へ延びた少なくとも１つ、好
ましくは複数の供給枝管（１１ａ）を有しており、これ
ら供給管１１と枝管１１ａとしで供給導管を構成してい
る。供給導管の流れ口１２が、ディスク１０の、剪断面
を形成する周面に、窪んだ状態で設けられている。
【００２５】図８はスクリュー押出機１４を略示してお
り、このスクリュー押出機１４のスクリュー１５には、
含浸用装置１の、歯付ディスク７として形成された剪断
要素がフランジで取り付けられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はディスク状の剪断要素を有する含浸用装
置の長手断面図である。
【図２】図２は、歯付ディスクとして形成された剪断要
素を有する、図１に基づいた含浸用装置の図である。
【図３】図３は、案内通路に窪みを有する、図２に基づ
いた含浸用装置の図である。
【図４】図４は、カム状の剪断要素を有する、図１に基
づいた含浸用装置の図である。
【図５】図５は、夫々歯付ディスクとして設計された２
つの剪断要素を有する、図１に基づいた含浸用装置の図
である。
【図６】図６は、繊維束用の注入口が設けられた、図５
に基づいた含浸用装置の図である。
【図７】図７は、熱可塑性樹脂のメルト用の夫々軸方向
及び半径方向の供給管を備えた２つのディスク状の剪断
要素を有する、図５に基づいた含浸用装置の図である。
【図８】図８は、９０度転向してスクリュー押出機に取
り付けられた、図２に基づいた含浸用装置の図である。
【符号の説明】
１ 含浸用装置 ２ 注入口 ３ 繊維束 ４ 出口 ５ 案内通路 ６ ディスク ７ 歯付ディスク ８ カム状ディスク ９ 窪み １０ ディスク １１ 供給管 １１ａ 供給枝管 １２ 流れ口 １４ スクリュー押出機 １５ スクリュー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マキシミリアン・ゼーグル ドイツ連邦共和国、デー−37434 ギーボ ルデハウゼン、ニーダーザクセンリング ８ (72)発明者 レオンハルト・トルートビッヒ ドイツ連邦共和国、デー−37115 ドゥー ダーシュタット、タイシュトゥンガーシュ トラーセ 31

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに平行な無端の強化繊維からなる束
    を、長手方向に移動させて予熱し、連続的に熱可塑性樹
    脂のメルトを供給して、これを束に含浸させ、続いて、
    かくて形成された無端の複合材料を冷却する、一方向強
    化繊維及び熱可塑性樹脂からなる無端の複合材料を製造
    する方法において、 前記熱可塑性樹脂のメルトは、メルトの粘度を下げるた
    めに連続的に機械的エネルギが供給される長めの含浸区
    間を形成し、予熱された繊維束を、連続的に、メルトの
    粘度が降下した区域の中を通過させること、を特徴とす
    る方法。
  2. 【請求項２】 前記含浸区間において、熱可塑性樹脂の
    メルトの少なくとも１部に、横流を強制すること、を特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 機械的エネルギを供給するために、少な
    くとも１つの可動の剪断要素を用いること、を特徴とす
    る請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも１つの剪断要素を外部か
    ら駆動すること、を特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも１つの剪断要素を、この
    剪断要素の外側を案内される前記繊維束によって回転さ
    せること、を特徴とする請求項３に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記繊維束を、少なくとも１つの剪断要
    素を部分的に巻回する含浸区間上に案内すること、を特
    徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記繊維束を、２つの剪断要素の回りに
    案内すること、を特徴とする請求項１乃至６のいずれか
    １に記載の方法。
  8. 【請求項８】 含浸用装置への導入中に、接触加熱によ
    って前記繊維束を予熱すること、を特徴とする請求項１
    乃至７のいずれか１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 含浸される繊維束（３）用の注入口
    （２）と、この注入口（２）を出口（４）に接続し、長
    めの含浸区間を形成し、熱可塑性樹脂のメルトで少なく
    とも大部分満たされた案内通路（５）と、この案内通路
    （５）に注ぐ、熱可塑性樹脂のメルト用の少なくとも１
    つの供給導管（１１，１１ａ）と、前記案内通路（５）
    にある熱可塑性樹脂のメルトに機械的エネルギを加える
    少なくとも１つの可動の剪断要素（６；７；８；１０）
    と、を有する加熱された閉鎖式の含浸用装置（１）を具
    備すること、を特徴とする請求項１乃至８のいずれか１
    に記載の方法を実施する装置。
  10. 【請求項１０】 前記剪断要素は回転自在であり、ある
    いは外部の駆動装置を有し、円形の、カム状のディスク
    として、あるいは歯付ディスク（６；７；８；１０）又
    は複数の歯付ディスク（７）として形成されているこ
    と、を特徴とする請求項９に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記案内通路（５）の壁部には窪み
    （９）が設けられていること、を特徴とする請求項９又
    は１０に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記含浸用装置（１）は位置の異なる
    注入口（２）を有すること、を特徴とする請求項９乃至
    １１のいずれか１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 熱可塑性樹脂のメルト用の前記供給導
    管（１１，１１ａ）が回転自在な剪断要素（７；１０）
    の外周面に延びていること、を特徴とする請求項９乃至
    １２のいずれか１に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 各供給導管（１１ａ）の流れ口（１
    ２）は、側を案内される前記繊維束（３）の長さ方向に
    対し横方向にスリット状に形成されていること、を特徴
    とする請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記スリット状の流れ口（１２）の長
    さはほぼ前記繊維束（３）の幅に対応すること、を特徴
    とする請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記スリット状の流れ口の幅は、前記
    スリット状の流れ口（１２）の、最大限半分の長さに対
    応していること、を特徴とする請求項１４又は１５に記
    載の装置。
  17. 【請求項１７】 剪断要素を形成する歯付ディスク
    （７）の場合に、軸方向の供給導管（１１）が放射状に
    延びていること、を特徴とする請求項１３乃至１６のい
    ずれか１に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 前記回転自在な剪断要素（７）はスク
    リュー押出機（１４）のスクリュー（１５）と回転結合
    していること、を特徴とする請求項９乃至１７のいずれ
    か１に記載の装置。
JP10348535A 1998-04-04 1998-12-08 無端の複合材料を製造する方法及び装置 Pending JPH11300841A (ja)

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EP (1) EP0947310A1 (ja)
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AU (1) AU751490B2 (ja)
BR (1) BR9901199A (ja)
DE (2) DE19815184C1 (ja)
ES (1) ES2136585T1 (ja)

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