JPH11508496A - プラスチック材料で繊維ストランドを含浸するための装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 プラスチック材料で繊維ストランドを含浸するための装置において、間隔をおいて連続的に続くスプレッダー要素を備えた含浸経路が限定表面の間で且つ搬送方向での当該限定表面の両側で形成され、繊維ストランドとマトリックス材料のために流入側に配置された供給経路を有し、含浸された繊維ストランドのための流出開口を有する。繊維ストランドの最適な案内と濡れのために、限定表面がリング形状のギャップ（６）を形成することでジョイント対称軸線（５）に沿って含浸経路（１１）を同心に囲み、内側の限定表面（６９）は含浸コア（２）によって形成され、外側の限定表面（７０）は含浸シェル（１）によって形成され、含浸シェル（１）が含浸コア（２）を完全に囲む。

Description

【発明の詳細な説明】 プラスチック材料で繊維ストランドを含浸するための装置と方法 本発明は、マトリックス材料としてのプラスチック材料で繊維ストランド（素 線）を含浸するための装置に関し、特に含浸に使用される上記マトリックス材料 よりも高い溶融点乃至分解点を有したガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維 、亜麻繊維（フラックス繊維）又はポリマー繊維を含浸するための装置にして、 限定表面の間に形成された含浸経路と、送り方向において上記限定表面の両側に 間隔をおいて連続するスプレッダー要素とからなり、流入側に配置された繊維ス トランドとマトリックス材料のための供給路と含浸された繊維ストランドのため の流出開口を備える装置に関するものである。 本発明は更に、この含浸装置を用いて長繊維補強プラスチック材料を製造する ための方法に関する。 ドイツ連邦共和国特許出願第４０１６７８４号公開公報から公知の、繊維スト ランドに供給するための押し出し機(extruder)に関係するそのような含浸装置で 、ストランドの供給並びに含浸に続くストランドの流出は、ストランドの濡れの 要求について殆ど適合性を備えず、平らな平面で生じる。ドイツ連邦共和国特許 出願第３８３５５７４号公開公報から公知の他の装置で、連続的に一方向に繊維 強化された線形輸郭物が製造可能である。ここで押 し出し・含浸装置は平らで分割されたハウジングからなっている。含浸の間に壊 れた繊維から現れたガラス繊維部片と余剰の材料はオーバーフロー部を介して流 出されなければならない。上記線形輪郭物の繊維含有量と横断面の幾何図形的形 態は流出ノズルを介して調整される。この装置のための適用範囲は固有の特色の ために著しく制限される。ヨーロッパ特許第０３００３２１号公報から、繊維束 がプラスチックス室(a plastics chamber)を通して引っ張られることが公知であ る。当該プラスチックス室は押し出し機のそばを通る側から熱可塑性のプラスチ ック溶融物を供給される。回転装置が溶融した熱可塑性プラスチック材料で繊維 束を含浸して当該繊維束に張力をもたらすためにプラスチックス室内に取り付け られる。しかしながら、前記回転装置は繊維ストランドを含浸するための必要条 件に対して限定的に適合できるのみである。 更に重大な欠点が上記した公知デザインの平坦な配置に起因して生じる。それ 故に申し分のない繊維ストランド案内が、例えば多くの適用のために望まれる中 央ストランド流出のために可能でなく、この場合、多くの個々の繊維ストランド がシングルストランド乃至ストランド輸郭物を形成するために連合されなければ ならない。公知デザインの別の欠点は、繊維ストランドの非対称走向(asymmetri c run)又はエッジ作用(edge influences))によって生じる、含浸ノズルにおける 溶融物の不規則な流れである。更に広い範囲にわたる適用が比較的高価な生産工 学技術と適用のため の限定的な選択によって押し止められる。とりわけ、コンパクトなデザインは頻 繁に要求される大多数の個々の繊維ストランドではもはや可能でない。 本発明の目的は、繊維ストランドの最適の案内と濡れを可能とする繊維ストラ ンドを含浸するための装置を創出することである。その運転をするための方法が 、長繊維の補強されたプラスチック材料の品質を改善すべく、立案される。 本発明にしたがう解決法は、リング状のギャップを形成することによって複数 の限定された表面がジョイント対称軸線に沿って含浸経路を同心状に囲み、内側 の限定された表面が含浸コアによって形成され、外側の限定された表面が含浸シ ェルによって形成され、そして当該含浸シェルが上記含浸コアを完全に取り囲む ことにある。それ故に当該装置は本質的にジョイント対称軸線を備えた含浸コア と含浸シェルからなり、プラスチック材料の流れ方向において繊維ストランドの 完全に対称の配置を可能とする。軸線方向に広がったリング状のギャップは含浸 シェルと含浸コアの間に生じる。これで、成形されたプラスチックパーツ乃至輪 郭物を製造するための装置に対する複数の適用選択が実現可能である。更なる利 点又は特定の効果は、搬送方向における含浸経路断面の先細りに基づく繊維スト ランドとプラスチック材料の間の相対速度における変化と、含浸経路の周辺にわ たるプラスチック材料の非常に平坦な流れとに起因する。本発明の他の実施態様 において、個々のモジュールからなる含浸ヘッドが、繊維案内の長手方向適 合を可能にする。含浸コアと含浸シェルは、プラスチック溶融物の粘性を最適化 するためにヒータを備え、その結果、全体的な含浸ヘッドは所定温度でとどまる ように制御可能となる。リング状のギャップとここに配置されたスプレッダーリ ングでの段階（ステージ）は、含浸経路において繊維ストランドの開口を生じる 。上記スプレッダーリングは、含浸シェルと含浸コアに直接的に組み込まれるか 、あるいは交換可能な成形パーツとして挿入可能である。スプレッダーリングが 繊維ストランドと直接に接触するので、これらは特に耐摩耗性の材料で作られな ければならない。 含浸コアの軸線方向位置は、含浸シェル位置に対して調整可能である。これは 例えば、含浸コアのフランジと含浸シェルの間でスプレッダーヘッドを色々な高 さにしてなされうる。スプレッダーリング回りに繊維ストランドの方向転換又は 接触角は、相対位置での軸線方向変化を通して変更される。これは、繊維ストラ ンドの離れ力と拡張の程度を調整することに用いられる。運転状態のために、ク イック作用クロージャ又はネジを用いて含浸コアは含浸シェルに取り付けられ当 該シェルにシールされる。 取り替え可能な成形パーツは含浸コアの端部に組み込まれる。含浸ヘッドの端 部でのギャップ幅、それ故に及び含浸経路での圧力もこれで調整可能である。個 々の繊維ストランドが分かれて流出されるようになっている場合、夫々にデザイ ンされた成形パーツはキャリブレーションノズルとして挿入可能である。 含浸コアは繊維ストランドを含浸ヘッドに供給すべく、流入側 フロント部の周辺に沿って分布した流入開口を有する。これら流入開口は含浸コ アのフロント部に直接的に働かされるか、あるいは個々の供給ノズルとして上記 フロント部に挿入されることも可能である。この範囲が特に摩耗し破損しやすい ので、このセグメントは相応じて耐摩耗性材料からできていなければならない。 流入開口に対する比較的小さなギャップ幅と夫々の長さで、入ってくる繊維の牽 引流れ(drag flow)は、溶融物が含浸ヘッドを出ることを防ぐこととなる。上記 流入開口は、含浸ヘッドへの供給の間に繊維ストランドから扇状に広がることを 防ぐために錐体状の送りを有する。 特定の実施形態において、供給ノズルはまた側面にスリットを有する。含浸コ アのためのフランジの範囲における外側に対して放射状に延びるスリットに関連 して、まだつながれていない（スレッドされていない）ストランドが既に供給さ れたストランドに接合可能であり、夫々に備えられた供給ノズルに進むべく、な お継続するプロセス中に再配分されうる。これを行うために、含浸コアは軸線方 向に僅かに起こされなければならない。存在するスリットは通常の操作状態の間 、充填部片で閉ざされうる。 繊維ストランドを含浸するマトリックス材料は好ましくは、側面から含浸シェ ルを通って含浸経路のリング状ギャップに案内される。そのようにして、含浸コ アは含浸シェルから自由に持ち上げられ、又は当該シェルに挿入される。熱可塑 性マトリックス材料は概して押し出し機によって含浸経路内に供給される。例え ば 熱硬化性のマトリックス材料はまたポンプを介して含浸ヘッドに供給される。含 浸ヘッドの使用又は必要条件に応じて、マトリックス材料は、ボアホールを介し て直接的にか、あるいは含浸経路の周辺にわたるマトリックス材料のより一様な 分布のために、共有押し出し成形(coextrusion)に似て、改良されたスパイラル マンドレル分配器又は側方供給ダイスを介して、リング状のギャップに供給され る。リング状ギャップへのスプレッダーリングでの直接的な溶融物の供給はまた 、含浸の品質に関して有利である。 上記した含浸ヘッドの使用を以下に記述する。 全ての適用で普通に、本発明に従い、更なる加工に先立って繊維ストランドが 含浸ヘッドを通って引かれ、そこでマトリックス材料で含浸される。そうするに おいて、スプール乃至ドラムから引かれる幾つかの繊維ストランドはたいてい予 熱セグメントを越えて案内され、含浸コアに挿入された供給ノズルに通される。 繊維ストランドの位置を固定するのに加えて、供給ノズルはシール機能を有し、 錐体状の流入輪郭を通して繊維ストランドを緩やかに供給することを保証する。 含浸コアは含浸ヘッドを通して繊維ストランドの簡単な通しと引きのために、含 浸シェルから引き出される。そして通された繊維ストランドは束とされ、あるい は開放した含浸シェルを介して流入側から流出側へ個々に送られる。その後、含 浸コアはもう一度含浸シェル内へ挿入される。含浸シェルへ含浸コアを挿入する ことによって、繊維ストランドは含浸コアのスプレッダーリングで含浸シェルの スプレッダーリングに 押し付けられる。これは予備的な力で送られた繊維ストランドを散開させる。相 応するスプレッダーリング相互の相対的な軸線方向位置は含浸シェルと含浸コア の間での夫々寸法決めされたスペーサリングによって調整可能で、それで繊維ス トランドは直線路から所望程度までそれる。繊維ストランドの濡れは相応する使 用スプレッダーリングの数とその外側輸郭によって追加的に影響を受ける。含浸 コアが夫々の固定手段出含浸シェルに取り付けられた後に、マトリックス材料が 加えられるや含浸ヘッドの作動を開始することができる。マトリックス材料の容 量は、含浸経路のためのリング状ギャップの適切な寸法とりを介して低く保たれ る。マトリックス材料の必要量は送り込みの押し出し機の流れ制御装置又は押し 込みのポンプを介して調節される。含浸ヘッド内の圧力は、含浸コアの端部に設 置された取り替え可能な縮小（リダクション）要素の相応じる選択を介して流れ と無関係に調整可能である。含浸ヘッドからの繊維ストランドの取り外しは用い られる適用方法に依存し、色々な例によって以下に記載される。 例１ 長繊維で補強されたプラスチック材料の製造のために、含浸ヘッドはシングル 乃至ダブルスクリュー押し出し機に連結し、これによって含浸ヘッドで予め含浸 された繊維ストランドは押出成形機搬送スクリューから直接的に又は補助手段を 介して押し出し機に供給される。概して含浸ヘッドは押し出し機の溶融セクショ ンと混ぜ合わせセクションの間でフランジを作っている。この目的 のために、押し出し機はハウジングに夫々開口を有する。繊維ストランドがスク リューコンベアに引き入れられる前に当該ストランドが粘性プラスチックスマト リックスで既に含浸されているという事実のために、当該繊維ストランドは在来 の作業モードに比べて非常に静かにプラスチックスマトリックスに混合すること が可能である。最終製品において、これは結果的に明らかに長めに生じた繊維長 さとなる。押し出し機において加工処理される長繊維補強プラスチック材料は、 直接的に最終製品を形成するために、又は長繊維補強された中間製品を形成する ために成形される。任意の方法は、例えば長繊維補強輪郭物のための直接押し出 し成形法、圧縮モールディング法における長繊維補強プラスチック材料の直接加 工処理、又は例えば繊維補強プラスチック材料での吹き込み形成機械装置の直接 供給である。長繊維補強中間製品は例えば、最終製品を形成すべく別のプロセス で更に加工処理される顆粒物、プレート又はバンドである。ここで非常に本質的 な利点は、含浸の間に顕出するすり落とされた繊維又は砕けた個々の単繊維（フ ィラメント）が、含浸ヘッドの機能を損ねることなく、比較的大きな流入開口を 介して直接的に押し出し機に洗い流され、その結果、連続的な含浸プロセスが中 断されない。含浸ヘッドのモジュールデザインは、例えばスプレッダーリングを 幾らか変更された輪郭を有した他のもので代用することで及びスペーサリングを 取り替えることで、用いられたプラスチックスマトリックスを考慮することを可 能にする。 例２ 一方向に繊維補強された輪郭体を製造するために、繊維ストランドが連続的に 含浸ヘッドを通して引っ張られ、含浸ヘッドに対する流出でノズルによって夫々 の形状にされる。このプロセスは一般にプルトルージョン(Pultrusion，pultrus ion)プロセスと称される。含浸ヘッドの一つのバリエーションは、補強されない 又は繊維補強されたプラスチックス（可塑性物質）のシェル層とコアを追加的に 共有押し出し成形することを可能にする。このために必要な共有押し出し型（ダ イス）は、このための含浸ヘッドに直接的に統合される。更に、コア層に代えて 含浸コアセンタを通し、繊維ストランドによって取り巻かれるべき追加的な材料 を引っ張ることが可能である。所謂サンドイッチ輪郭がこのようにして作られる 。 例３ 長繊維補強された熱可塑性物質の分野で最も知られているのは、繊維補強され た熱可塑性材料から顆粒物を製造することであり、補強繊維の個々の単繊維多数 が熱可塑性材料のマトリックスにおいて平行に配置され、繊維長さは顆粒物の長 さと同じである。この場合において、本発明に係る含浸ヘッドはまた補強繊維を 熱可塑性材料で含浸するのに用いられうる。このために夫々形作られた成形要素 がキャリブレーションノズルとして含浸コアの端部に挿入される。溶融物で濡ら された個々の繊維ストランドは、冷却セグメントを通過した後、取り去りユニッ トから連続的に取り外 される。 例４ この場合において、プラスチックスマトリックスで濡らされた補強繊維は回転 マンドレル上で直接的にディポジットされる。この場合における回転マンドレル は繊維ストランドを本発明に係る含浸ヘッドを介して引っ張る。当該繊維ストラ ンドについての流れスピードは、マンドレルの回転スピードを通じて制御可能で ある。プラスチックスマトリックスは熱硬化性並びに熱可塑性のプラスチック材 料でありうる。 以下に、図面において図解として示された幾つかの実施態様を用いて、本発明 を詳細に説明する。 図１は含浸ヘッドを通る縦断面図であり、このヘッドは押し出し機ハウジングに フランジを作っている； 図２は僅かに変更された形状での上記含浸ヘッドの上方からの図であり； 図３は組み込まれたキャリブレーションノズルを備えた含浸ヘッドの縦断面及び 横断面図であり； 図４は一体型共有押し出し成形型を備えた含浸ヘッドを通る断面図であり； 図５は一体型含浸ヘッドを備え長繊維補強された輪郭体を製造するための押し出 し械装置であり； 図６は一体型共有押し出し成形含浸ヘッドを備えた輪郭体を製造するためのプル トルージョン機械装置であり； 図７は一体型含浸ヘッドを備えたサンドイッチ構造輪郭体を製造するためのプル トルージョン機械装置である。 図１は、本質的に含浸シェル１と含浸コア２からなる含浸ヘッドを示す。当該 含浸ヘッドは押し出し機ハウジング６８上にフランジを作っている。加熱装置が 含浸シェル１と含浸コア２のために備えられている。含浸シェル１は電気加熱ジ ャケット３によって加熱され、含浸コア２は電気加熱カートリッジ４によって加 熱される。含浸シェル１と含浸コア２はジョイント対称軸線５を有していて、含 浸シェル１は含浸コア２を完全に取り囲むようになっている。含浸シェル１と含 浸コア２の間のリング形状のギャップ６の外側寸法は段階によって流れ方向７に おいて減少している。夫々成形されたスプレッダーリング９，９’が含浸コア２ と含浸シェル１の全ての段階８，８’に位置している。これらスプレッダーリン グによって繊維ストランド１０，１０’が含浸経路１１の内側で開く。 スプレッダーリング９，９’含浸シェル１や含浸コア２に直接的に組み込まれ るか、交換可能な成形パーツとして挿入される。スプレッダーリング９，９’が 繊維ストランド１０，１０’と直接接触するので、これらリングは特に耐摩耗性 材料から作られていなければならない。 含浸シェル１と含浸コア２は他方でモジュールデザインにおいて幾つかの固有 のパーツ５４，５５，５６，５７または５８，５９，６０，６１で組み立てられ ることが可能である。一方でこれ によってデッドスペースなしでスプレッダーリング９，９’の取り付けが可能と なり、他方で所望サイズ又は必要とされる繊維ストランドの数に段階毎の適合が 可能となる。 含浸コア２の軸線方向位置は含浸シェル１の位置に対して調整可能である。こ れは、含浸シェル１とフランジ１３乃至含浸コア２の間の異なる高さのスペーサ リング１２によって達成可能である。含浸コア２と含浸シェル１の相対的な軸線 方向変位のために、スプレッダーリング９，９’回りの繊維ストランド１０，１ ０’の向き直し又はアーク角が変えられる。繊維ストランド１０，１０’につい ての取り外し伸長や広がり程度はこのようにして調整可能である。 交換可能な成形パーツ１４が含浸コア２の端部に組み込まれる。この成形パー ツは含浸ヘッドの端部での含浸コア２と含浸シェル１の間のギャップ幅１５を、 それ故に含浸経路内の圧力を調整するために使用される。複数の繊維ストランド １０，１０’が束で流出されるのではなく個々で流出される場合、夫々形作られ た成形パーツ１４が図３にしたがってキャリブレーションノズル１４’として挿 入可能である。 補強のために挿入された繊維ストランドはスプール７１から引き出される。含 浸コア２は、繊維ストランド１０，１０’を含浸ヘッドに供給するため、流入側 フロント部１６で周囲に沿って分布した流入開口１７を有する。当該流入開口１ ７は含浸コア２の上記フロント部１６に直接的に組み込むことが可能であり、あ る いは含浸コア２のフロント部１６に個々の供給ノズル１８として挿入することも 可能である。上記流入開口１７が特に摩耗や引き裂けを受けるので、相応する耐 摩耗性材料から作られなければならない。流入開口が充分な寸法の長さと比較的 狭いギャップ幅を有するならば、入ってくる繊維ストランド１０，１０’の牽引 流れ（ドラッグフロー）によって、溶融物が含浸ヘッドの流入側に残ったままに なることを阻止する。流入開口１７は、繊維ストランド１０，１０’の散開(fan ning out)を阻止し含浸ヘッドに引き込まれるべく、錐体状の送り込みテーパー 部を有する。 特有の実施態様において、図２は、半径方向外側に延びるスリット２０を備え た供給ノズル１９を示す。含浸コア２のフランジ１３の範囲における半径方向外 側に延びるスリット２１に関連して、まだ織り込まれていない繊維ストランド２ ２（図１参照）が、既に引っ張り入れられた繊維ストランド１０，１０’に結び 付けられ、夫々に備えられた供給ノズルに再配分可能である一方、作動はなお続 く。これをなすために、含浸コア２は軸線方向に僅かに上げられなければならな い。存在するスリット２０，２１は通常の作動中にフィラー部片２３で塞がれる 。 図２に示されるように、クイック作用閉鎖具２４（例えば差し込み留金）を用 いて、又は図１に示されるようなネジ２５で、含浸コア２は含浸シェル１に取り 付けることができる。 流入側で、含浸シェル１と含浸コア２の間のシールがスペーサリング１２の前 表面でなされる。 繊維ストランド１０，１０’を含浸するためのマトリックス材料が経路２６を 経由して含浸シェル１を通り含浸経路１１内に側面から加えられるのが有利であ る。概してこれは図５に示されるように、熱可塑性マトリックス材料用の供給押 し出し機２７によって起こる。熱硬化性マトリックス材料は例えばここでは図示 されないポンプによって含浸ヘッドに供給可能である。含浸ヘッドの使用又は条 件に応じて、プラスチックスマトリックス材料は、含浸経路１１の周囲にわたっ て当該プラスチックスマトリックス材料の一様な分布を保証するために、共有押 し出し成形に似て溶融物分布システムを介して又は供給経路２６を経由して直接 的に含浸経路１１に供給可能である。変更された螺旋マンドレル分配器又は側面 供給型(side-fed dies)、例えば溶融物分布システムとして使用可能である。相 応する溶融物分布システム２８’が、共有押し出し成形型６２を備えた含浸ヘッ ドのバリエーションの例とともに、図４に示される。スプレッダーリング９’で 直接的に含浸経路１１に溶融物を供給することが、含浸の品質に関して有利であ る。供給ノズル１８又は１９夫々の下方に直接的にプラスチック材料を供給する で、含浸経路１１全体の強制的流し込みが保証される。図４に示された含浸ヘッ ドは、流出範囲において、既に含浸された繊維ストランド３０への補助プラスチ ックス層の適用を可能とする。含浸された繊維ストランド３０周りのシェル層３ １は供給経路２８と溶融物分布システム２８’を介して適用可能である。含浸さ れた繊維ストランド３０周りのコア層３２は 供給経路２９を介して含浸ヘッドの流出範囲に運ばれる。ディスプレーサー体３ ３がプルトルーションされた輪郭体の内側輪郭を形成する。外側輪郭はノズル３ ４によって形成される。 図５は長繊維補強輪郭体を製造するための機械装置を示す。ここに含浸ヘッド ３５によってプラスチックスマトリックス３６で予め含浸された繊維ストランド １０，１０’が、ハウジング３９における複合押し出し機３８のスクリュー３７ ，３７’から直接的に引っ張られる。この場合の繊維ストランド１０，１０’は スプール支持部６３から引っ張られる。含浸ヘッド３５に繊維ストランド１０， １０’を引っ張るに先立ち、当該ストランドは加熱機４０によって予め加熱され る。含浸ヘッド３５のためのプラスチックスマトリックス材料の溶融(melting o pen)と計量が供給押し出し機２７において起こる。押し出し成形されることにな っている輪郭体４５のためのポリマーベース材料４６が計量装置４１を介して流 入乳ハウジング４２に、そして複合押し出し機３８に加えられ、ハウジング４３ ，４４において粘性状態に変えられる。そしてプラスチックスマトリックス材料 で予め含浸され複合押し出し機３８のスクリュー３７，３７’によって供給され た繊維ストランド１０，１０’はハウジング３９内でポリマーベース材料４６と 一緒に導かれる。様々なポリマーマトリックス材料３６，４６の使用は、繊維ス トランド１０，１０’を含浸するために考えられる最低の粘性のための要件並び に輪郭体４５の押し出し成形のための充分な溶融物安定性のための要件を考慮に 入れること となる。繊維ストランド１０，１０’の分離とポリマーマトリックス材料での均 質な分布がハウジング４７内で起こり、特別な不図示のスクリュー要素がそれら を効果的に分布するために用いられる。予め含浸された繊維ストランド１０，１ ０’に供給することによって、繊維ストランドにおける在来的な混合の仕方に比 べて、非常に穏やかな混合を有することが可能である。そして長繊維で補強され た製品はハウジング４８に吐出され、ハウジング４９と輸郭体型５０を介して排 出される。スプレー冷却部５１を介した押し出し輸郭体４５のキャリブレーショ ンと冷却に続いて、当該輪郭体は取り外しユニット５２から引き抜かれ、要求に 応じて、のこぎり５３で所望の長さに切断される。ここでの本質的な利点は、第 １ヒートからの製造、安価な材料ポリマーの使用可能性及び本発明に係る含浸ヘ ッドの使用を介した繊維挿入物の個々のフィラメントの最適な混合と濡れで長繊 維補強挿入物と共に輪郭体を押し出し成形することである。これによって最適な 機械特性と良好な表面品質を有した製品がもたらされる。 図６は、図４において原則にしたがって示されるように、本発明に係る含浸ヘ ッド３５’を使用したエンドレスな繊維補強輪郭体を製造するためのプルトルー ジョン機械装置６４を示す。この場合において、追加的なシェル層３１とコア層 ３２が含浸ヘッド３５’によって含浸された繊維ストランド３０の周りで流出側 で押し出される。これによって、優れた表面品質を備え一方向に補強されたプル トルージョン輸郭体６５の製造が可能である。 図７は、本質的に含浸シェル１と含浸コア２からなる本発明に係る含浸ヘッド を使用したエンドレスな繊維補強されたサンドイッチ構造輪郭体６６を製造する ためのプルトルージョン機械装置６４’を示す。この場合において、コア輪郭体 ６７はまた含浸ヘッドを通して引かれ、含浸された繊維ストランド３０によって 取り巻かれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年７月２９日 【補正内容】 し出し・含浸装置は平らで分割されたハウジングからなっている。含浸の間に壊 れた繊維から現れたガラス繊維部片と余剰の材料はオーバーフロー部を介して流 出されなければならない。上記線形輪郭物の繊維含有量と横断面の幾何図形的形 態は流出ノズルを介して調整される。この装置のための適用範囲は固有の特色の ために著しく制限される。ヨーロッパ特許第０３００３２１号公報から、繊維束 がプラスチックス室(a plastics chamber)を通して引っ張られることが公知であ る。当該プラスチックス室は押し出し機のそばを通る側から熱可塑性のプラスチ ック溶融物を供給される。回転装置が溶融した熱可塑性プラスチック材料で繊維 束を含浸して当該繊維束に張力をもたらすためにプラスチックス室内に取り付け られる。しかしながら、前記回転装置は繊維ストランドを含浸するための必要条 件に対して限定的に適合できるのみである。 熱可塑性プリプレグ（熱硬化性樹脂加工の布・紙）の製造のための方法がドイ ツ連邦共和国特許出願第３８２４１８１号公開公報から公知であり、ここでは複 数のスレッドが熱可塑性溶融物中に位置したエキスパンダーをこえて引っ張られ る。そのようにされるにあたり、上記エキスパンダーは加熱される。 溶融物の分解の危険を回避するために、スレッド層３は押し出し機につながっ た押し出し成形型を通って動かされる。押し出し形成型１は、溶融物経路が横か ら開口したスレッドノズルを備えてなる。スレッド経路は、含浸コアと含浸シェ ルによって形成さ れた環状ギャップである。 更に重大な欠点が上記した公知デザインの平坦な配置に起因して生じる。それ 故に申し分のない繊維ストランド案内が、例えば多くの適用のために望まれる中 央ストランド流出のために可能でなく、この場合、多くの個々の繊維ストランド がシングルストランド乃至ストランド輪郭物を形成するために連合されなければ ならない。公知デザインの別の欠点は、繊維ストランドの非対称走向(asymmetri c run)又はエッジ作用(edge influences))によって生じる、含浸ノズルにおける 溶融物の不規則な流れである。更に広い範囲にわたる適用が比較的高価な生産工 学技術と適用のための限定的な選択によって押し止められる。とりわけ、コンパ クトなデザインは頻繁に要求される大多数の個々の繊維ストランドではもはや可 能でない。 本発明の目的は、繊維ストランドの最適の案内と濡れを可能とする繊維ストラ ンドを含浸するための装置を創出することである。その運転をするための方法が 、長繊維の補強されたプラスチック材料の品質を改善すべく、立案される。 解決は請求項１の特徴部分の記載に詳述された特徴構成によって達成される。 公知のように、リング状のギャップを形成することによって複数の限定された表 面がジョイント対称軸線に沿って含浸経路を同心状に囲み、内側の限定された表 面が含浸コアによって形成され、外側の限定された表面が含浸シェルによって形 成され、そして当該含浸シェルが上記含浸コアを完全に取り囲む。 それ故に当該装置は本質的にジョイント対称軸線を備えた含浸コアと含浸シェル からなり、プラスチック材料の流れ方向において繊維ストランドの完全に対称の 配置を可能とする。軸線方向に広がったリング状のギャップは含浸シェルと含浸 コアの間に生じる。これで、成形されたプラスチックパーツ乃至輪郭物を製造す るための装置に対する複数の適用選択が実現可能である。更なる利点又は特定の 効果は、搬送方向における含浸経路断面の先細りに基づく繊維ストランドとプラ スチック材料の間の相対速度における変化と、含浸経路の周辺にわたるプラスチ ック材料の非常に平坦な流れとに起因する。本発明の他の実施態様において、個 々のモジュールからなる含浸ヘッドが、繊維案内の長手方向適合を可能にする。 含浸コアと含浸シェルは、プラスチック溶融物の粘性を最適化するためにヒータ を備え、その結果、全体的な含浸へッドは所定温度でとどまるように制御可能と なる。リング状のギャップとここに好ましくは配置されたスプレッダーリングで の、請求項１の特徴部分の記載にしたがってもたらされる段階（ステージ）は、 含浸経路において繊維ストランドの開口を生じる。上記スプレッダーリングは、 含浸シェルと含浸コアに直接的に組み込まれるか、あるいは交換可能な成形パー ツとして挿入可能である。スプレッダーリングが繊維ストランドと直接に接触す るので、これらは特に耐摩耗性の材料で作られなければならない。 含浸コアの軸線方向位置は、含浸シェル位置に対して調整可能である。これは 例えば、含浸コアのフランジと含浸シェルの間で スプレッダーヘッドを色々な高さにしてなされうる。スプレッダーリング回りに 繊維ストランドの方向転換又は接触角は、相対位置での軸線方向変化を通して変 更される。これは、繊維ストランドの離れ力と拡張の程度を調整することに用い られる。運転状態のために、クイック作用クロージャ又はネジを用いて含浸コア は含浸シェルに取り付けられ当該シェルにシールされる。 取り替え可能な成形パーツは含浸コアの端部に組み込まれる。含浸ヘッドの端 部でのギャップ幅、それ故に及び含浸経路での圧力もこれで調整可能である。個 々の繊維ストランドが分かれて流出されるようになっている場合、夫々にデザイ ンされた成形パーツはキャリブレーションノズルとして挿入可能である。 含浸コアは繊維ストランドを含浸ヘッドに供給すべく、流入側 請求の範囲： １．マトリックス材料としてのプラスチック材料で繊維ストランドを含浸するた め、特に含浸に使用されるポリマーマトリックス材料よりも高い溶融点乃至分解 点を有したガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、亜麻繊維（フラックス繊 維）又はポリマー繊維を含浸するために、流入側に配置された繊維ストランドと マトリックス材料のための供給経路（１７，２６）を備えた装置にして、複数の 限定表面の間に形成された含浸経路（１１）を有し、これら複数の限定表面がリ ング形状のギャップ（６）を形成するようにジョイント対称軸線（５）に沿って 上記含浸経路（１１）を同心に囲み、内側の限定表面（６９）が含浸コア（２） によって形成され、外側の限定表面（７０）が含浸シェル（１）によって形成さ れ、当該含浸シェル（１）が含浸コア（２）を完全に包囲する装置において、 上記含浸経路（１１）が間隔をおいて連続した拡張要素（９，９’）を備えて 形成されること、及び 含浸シェル（１）と含浸コア（２）の間に形成されたリング形状のギャップ（ ６）の外側寸法が流れ方向（７）にて段階毎に減ること を特徴とする装置。 ２．上記含浸シェル（１）と含浸コア（２）がモジュールデザインにおいて任意 の数の個々のモジュール（５４，５５，５６，５７又は５８，５９，６０，６１ ）から構成されていることを特徴 とする請求項１にしたがう装置。 ３．上記含浸シェル（１）と含浸コア（２）が加熱装置（３，４）を備えること を特徴とする請求項１又は２にしたがう装置。 ４．スプレッダーリング（９，９’）のような形状をしたスプレッダー要素が含 浸シェル（１）と含浸コア（２）の夫々の段階（８，８’）に位置していること を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項にしたがう装置。 ５．上記スプレッダーリング（９，９’）が含浸シェル（１）と含浸コア（２） に直接的に組み込まれていることを特徴とする請求項４にしたがう装置。 ６．上記スプレッダーリング（９，９’）が含浸シェル（１）と含浸コア（２） に交換可能な成形パーツとして挿入されていることを特徴とする請求項４にした がう装置。 ７．交換可能なスプレッダーリング（９，９’）が耐摩耗性のセラミック材料か ら作られていることを特徴とする請求項６にしたがう装置。 ８．上記含浸コア（２）の軸線方向位置が、上記含浸シェル（１）の位置に対し て調整可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項にしたがう装置 。 ９．上記軸線方向位置が、含浸シェル（１）と含浸コア（２）のフランジ（１３ ）の間の異なる高さのスペーサリング（１２）を介して調整可能であることを特 徴とする請求項８にしたがう装置。 １０．交換可能な成形パーツ（１４）が含浸コア（２）の端部で 流出側に装着されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項にしたが う装置。 １１．上記成形パーツ（１４）が外側限定壁（７０）を備えたキャリブレーショ ンノズル（１４’）を形成することを特徴とする請求項１０にしたがう装置。 １２．上記含浸コア（２）が、流入側フロント部（１６）の周囲周りに分布され た流入開口（１７）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に したがう装置。 １３．それら流入開口（１７）が含浸コア（２）の上記フロント部（１６）に直 接的に組み込まれていることを特徴とする請求項１２にしたがう装置。 １４．流入開口（１７）が個々の交換可能な供給ノズル（１８，１９）として上 記フロント部に挿入されることを特徴とする請求項１２にしたがう装置。 １５．上記供給ノズル（１８，１９）が耐摩耗性セラミックからなることを特徴 とする請求項１４にしたがう装置。 １６．繊維ストランド（１０，１０’）を含浸するためのマトリックス材料が側 面から含浸シェル（１）を介して含浸経路（１１）内に加えられることを特徴と する請求項１にしたがう装置。 １７．含浸経路（１１）の周囲を横切った一様な分布のために、マトリックス材 料が、含浸経路（１１）につながった溶融物分布システム（２８’）を介してお かれることを特徴とする請求項１にしたがう装置。 １８．上記マトリックス材料がスプレッダーリング（９’）の一つを介して直接 的に加えられ、その結果、当該材料がリング形状のギャップに流れ込むことを特 徴とする請求項１７にしたがう装置。 １９．供給経路（２９）がコア層（３２）の共有押し出しのために含浸コア（２ ）に組み込まれ、当該供給経路（２９）がディスプレーサー体（３３）周りに均 等にマトリックス材料を分布することを特徴とする請求項１にしたがう装置。 ２０．溶融物分布システム（２８’）に至る供給経路（２８）がシェル層（３１ ）の共有押し出しのために含浸ヘッド流出側で取り付けられることを特徴とする 請求項１にしたがう装置。 ２１．上記請求項のいずれか一項にしたがう含浸装置を用いることによって長繊 維で補強されたプラスチック材料を製造する方法において、 含浸ヘッドがシングルスクリュー型又はダブルスクリュー型押し出し機に連結し 、含浸ヘッド内で予め含浸された繊維ストランドが上記押し出し機に供給され、 粘性のプラスチック材料に混合されることを特徴とする方法。 ２２．非補強のプラスチック材料又は繊維補強されたプラスチック材料の追加的 に共有押し出しされたコア層（３２）とシェル層（３１）が、前記請求項のいず れか一項にしたがう含浸装置を用いてもたらされることを特徴とする請求項２１ にしたがう方法。 ２３．繊維ストランドによって包まれるべき追加材料（６７）が また含浸コア（２）のセンタを通って引かれることを特徴とする請求項２２にし たがう方法。 ２４．包まれるべき追加材料（６７）がフォームコアであることを特徴とする請 求項２３にしたがう方法。 ２５．繊維補強された輪郭体が引き続いてのステップで顆粒に切断され、補強繊 維の複数の個々のフィラメントが、熱可塑性材料のためのマトリックスに平行に 配置されること及び繊維長さが顆粒物長さに等しいことを特徴とする請求項２１ にしたがう方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，Ｂ Ｒ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＺ，ＥＥ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マトリックス材料としてのプラスチック材料で繊維ストランドを含浸するた めの、特に含浸に使用されるポリマーマトリックス材料よりも高い溶融点乃至分 解点を有したガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維、亜麻繊維（フラックス 繊維）又はポリマー繊維を含浸するための装置にして、複数の限定表面の間にあ って送り方向で当該限定表面の両側に間隔をおいて連続するスプレッダー要素を 形成する含浸経路で構成され、流入側に配置された繊維ストランドとマトリック ス材料のための供給路と含浸された繊維ストランドのための流出開口を備える装 置において、 リング形状のギャップ（６）を形成すべく、上記複数の限定表面がジョイント対 称軸線（５）に沿って上記含浸経路（１１）を同心に囲み、内側の限定表面（６ ９）が含浸コア（２）によって形成され、外側の限定表面（７０）が含浸シェル （１）によって形成され、当該含浸シェル（１）が含浸コア（２）を完全に包囲 することを特徴とする装置。 ２．上記含浸シェル（１）と含浸コア（２）がモジュールデザインにおいて任意 の数の個々のモジュール（５４，５５，５６，５７又は５８，５９，６０，６１ ）から構成されていることを特徴とする請求項１にしたがう装置。 ３．上記含浸シェル（１）と含浸コア（２）が加熱装置（３，４）を備えること を特徴とする請求項１又は２にしたがう装置。 ４．含浸シェル（１）と含浸コア（２）の間に形成されたリング 形状のギャップ（６）の外側寸法が流れ方向（７）にて段階（８，８’）毎に減 ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項にしたがう装置。 ５．スプレッダーリング（９，９’）のような形状をしたスプレッダー要素が含 浸シェル（１）と含浸コア（２）の夫々の段階（８，８’）に位置していること を特徴とする請求項４にしたがう装置。 ６．上記スプレッダーリング（９，９’）が含浸シェル（１）と含浸コア（２） に直接的に組み込まれていることを特徴とする請求項５にしたがう装置。 ７．上記スプレッダーリング（９，９’）が含浸シェル（１）と含浸コア（２） に交換可能な成形パーツとして挿入されていることを特徴とする請求項５にした がう装置。 ８．交換可能なスプレッダーリング（９，９’）が耐摩耗性のセラミック材料か ら作られていることを特徴とする請求項７にしたがう装置。 ９．上記含浸コア（２）の軸線方向位置が、上記含浸シェル（１）の位置に対し て調整可能であることを特徴とする請求項１にしたがう装置。 １０．上記軸線方向位置が、含浸シェル（１）と含浸コア（２）のフランジ（１ ３）の間の異なる高さのスペーサリング（１２）を介して調整可能であることを 特徴とする請求項９にしたがう装置。 １１．交換可能な成形パーツ（１４）が含浸コア（２）の端部で流出側に装着さ れていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項にしたがう装置。 １２．上記成形パーツ（１４）が外側限定壁（７０）を備えたキャリブレーショ ンノズル（１４’）を形成することを特徴とする請求項１１にしたがう装置。 １３．上記含浸コア（２）が、流入側フロント部（１６）の周囲周りに分布され た流入開口（１７）を有することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に したがう装置。 １４．それら流入開口（１７）が含浸コア（２）の上記フロント部（１６）に直 接的に組み込まれていることを特徴とする請求項１３にしたがう装置。 １５．流入開口（１７）が個々の交換可能な供給ノズル（１８，１９）として上 記フロント部に挿入されることを特徴とする請求項１３にしたがう装置。 １６．上記供給ノズル（１８，１９）が耐摩耗性セラミックからなることを特徴 とする請求項１５にしたがう装置。 １７．繊維ストランド（１０，１０’）を含浸するためのマトリックス材料が側 面から含浸シェル（１）を介して含浸経路（１１）内に加えられることを特徴と する請求項１にしたがう装置。 １８．含浸経路（１１）の周囲を横切った一様な分布のために、マトリックス材 料が、含浸経路（１１）につながった溶融物分布システム（２８’）を介してお かれることを特徴とする請求項１ にしたがう装置。 １９．上記マトリックス材料がスプレッダーリング（９’）の一つを介して直接 的に加えられ、その結果、当該材料がリング形状のギャップに流れ込むことを特 徴とする請求項１８にしたがう装置。 ２０．供給経路（２９）がコア層（３２）の共有押し出しのために含浸コア（２ ）に組み込まれ、当該供給経路（２９）がディスプレーサー体（３３）周りに均 等にマトリックス材料を分布することを特徴とする請求項１にしたがう装置。 ２１．溶融物分布システム（２８’）に至る供給経路（２８）がシェル層（３１ ）の共有押し出しのために含浸ヘッド流出側で取り付けられることを特徴とする 請求項１にしたがう装置。 ２２．上記請求項のいずれか一項にしたがう含浸装置を用いることによって長繊 維で補強されたプラスチック材料を製造する方法において、 含浸ヘッドがシングルスクリュー型又はダブルスクリュー型押し出し機に連結し 、含浸ヘッド内で予め含浸された繊維ストランドが上記押し出し機に供給され、 粘性のプラスチック材料に混合されることを特徴とする方法。 ２３．上記請求項のいずれか一項にしたがう含浸装置を用いることによって一方 向に繊維補強された輪郭体を製造する方法において、 含浸ヘッドがプルトルージョン機械装置（６４）につながってい ることを特徴とする方法。 ２４．非補強のプラスチック材料又は繊維補強されたプラスチック材料の追加的 に共有押し出しされたコア層（３２）とシェル層（３１）が、前記請求項のいず れか一項にしたがう含浸装置を用いてもたらされることを特徴とする請求項２３ にしたがう方法。 ２５．繊維ストランドによって包まれるべき追加材料（６７）がまた含浸コア（ ２）のセンタを通って引かれることを特徴とする請求項２３にしたがう方法。 ２６．包まれるべき追加材料（６７）がフォームコアであることを特徴とする請 求項２５にしたがう方法。 ２７．繊維補強された輪郭体が引き続いてのステップで顆粒に切断され、補強繊 維の複数の個々のフィラメントが、熱可塑性材料のためのマトリックスに平行に 配置されること及び繊維長さが顆粒物長さに等しいことを特徴とする請求項２３ にしたがう方法。