JPS63216732A - 引抜成形による熱可塑性ポリマー製異形断面材の製造方法と、この方法を実施するための装置とこれによって得られる製品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、引抜成形による連続した長繊維で強化した熱
可塑性ポリマーの異形断面材（プロフィル）の製造方法
に関するものである。この方法では、熱可塑性樹脂によ
って含浸されたロービングを型取りすなわち成形する前
に、このロービングを押しつぶして、ロービングの単位
繊維が溶融状態の熱可塑性樹脂によって含浸されたウェ
ブにする。このウェブは、ロービングに熱可塑性樹脂を
含浸させた後に、ロービングを加熱された長方形の平ら
なダイスを通過させて押しつぶすことによって作られる
。従って、溶融した樹脂が繊維間に浸透することになる
。この方法は、一般に熱可塑性ポリマーに適用され、特
に、連続した長繊維で強化したポリ塩化ビニルの新しい
異形断面材を得ることができる。

従来の技術 一般に、引抜成形によって熱可塑性樹脂の異形断面材を
製造することは公知である。従来の方法では、ロービン
グを樹脂で含浸させた後に、全部がばらばらの状態で、
例えば加熱空気もしくは赤外線で、ポリマーを溶融させ
るのに十分な温度に加熱されたトンネル内を循環させる
。トンネルから出た樹脂で被覆されたロービングは加熱
された型内に入れられて製造すべき製品の最終的形状と
され、型から出た後に冷却される。この方法には重大な
欠陥がある。すなわち、熱可塑性樹脂を溶融させ、ロー
ビングの芯まで均一に樹脂を含浸させることが難しい。

発明が解決しようとする課題 ロービングは複数の連続した単位繊維（フィラメント）
を合わせて形成されている。引抜成形では、複数のロー
ビングを含浸後に、繊維をばらばらにした状態で、体積
を大きくするために紡錘形にして加熱トンネル内を通過
させる。輻射加熱では繊維の東の芯の熱可塑性樹脂を溶
かして各単位繊維を完全に含浸するのが難しい。

すなわち、含浸が均等で行われず、従って含浸されない
繊維間に空気が残り、最終製品の物理的特性の欠陥の原
因となる。ロービングの数が多く、最終製品が大きくな
る程、この現象が生じ易くなる。

また、ポリ塩化ビニルの特性を考慮すると、このような
方法では、連続した長繊維で強化した硬質のポリ塩化ビ
ニルの異形断面材を製造することはできない。すなわち
上記方法の条件下では、可塑剤を使用しないで単純に温
度を上昇させるだけでは、熱崩壊が起り、ポリ塩化ビニ
ルをゲル化させることは不可能である。従って、通常は
ゲル化をさせるが、このゲル化は撹拌装置内で実施され
る。しかし、この撹拌によるゲル化では必然的に材料に
剪断応力が加えられる。この周知のゲル化方法では、マ
トリックス（母材）のゲル化が極めて不完全であるため
、強化繊維の被覆材に欠陥が生じ、異形断面材の品質が
悪く、異形断面材を引き抜く際の破損が生じる。

課題を解決するための手段 本発明の方法では、繊維間に含まれる空気を最大限排除
した後、単位繊維がほぼ完全に熱可塑性樹脂で含浸され
たロービングを用いて引抜成形の技術で成形することが
できる。本発明の方法は、ロービングすなわち繊維の連
続した東に公知の方法によって熱可塑性樹脂を含浸させ
、その全体を加熱装置内を循環させて熱可塑性樹脂を溶
融させ、次いで異形断面材を加熱したまま熱間で、はぼ
最終的な形状を与えるのに適当なダイスで成形し、その
後、第２の冷却されたダイスを通過させることからなり
、この方法の特徴は、平らなダイスから構成されている
加熱装置中でロービングの東、すなわち熱可塑性樹脂で
含浸された集合体を押しつぶす点にある。

作用 この加熱装置の入口部はロービングの束の初期体積が通
過できるのに十分な大きさに拡大されており、ダイスの
厚さ方向間隔は可変になっていて、含浸集合体を成形前
の厚さが最小のウェブの形にしてダイスの出口から出す
ことができるようになっている。

本発明の方法の特徴は添付図面によってより明らかにな
るであろう。第１図は、それ自体が複数の繊維Ｆの集合
体からなるロービングＲの束を図示したものである。本
発明のこのロービングは、束に集められる前に、熱可塑
性樹脂によって含浸されている。

このロービングは拡大された入口部１を介して２図に示
したダイス内に導入され、厚さが可変である間隙部２内
で引き抜かれ且つ押しつぶされる。

ダイスの出口部から出た溶融した熱可塑性樹脂で含浸さ
れたウェブ３は、前記の公知の成形部へ送られる。第３
図に示すように、上記間隙部の断面がほぼ長方形である
平らなダイスから出たウェブは、互いに緊密に結合され
且つ押しつぶされたロービングの形態をしており、その
各単位基本繊維は熱可塑性樹脂によって含浸されている
。このような均一な含浸が得られる理由は押しつぶすこ
とによって、熱交換面積が大きくなり、また、ロービン
グの内部及びその接合部に閉じ込められた空気を最大限
除去することができるためである。断面がほぼ長方形で
ある上記間隙部の出口部の形状は、はぼ平行四辺形であ
る。

第２図に示した接触角αは、外部とダイス内の間隙部の
水平部との間の導入部の傾斜であり、この接触角によっ
て、表面のポリマーを徐々に溶融することができ、この
ポリマーに潤滑剤の役をさせることができる。

導入部の長さと接触角の値は、使用するポリマーと予備
含浸された被導入ロービングの体積に応じて変えること
ができる。この長さは３５から５０ｍｍの範囲、上記接
触角は１から２０°の範囲にするのが好ましい。

ダイスの長さは、温度に応じて決めなければならない。

この温度はダイス出口でウェブの中心部の熱可塑性ポリ
マーが分解しないような分解温度以下にしなければなら
ない。

ダイスの間隙部の厚さは、寸法の異なる異形断熱材を作
るための厚さの違うウェブを形成することができるよう
に調節可能になっている。この厚さの調節は、間隙部の
間隔を変えることができる任意の手段によって行うこと
ができる。例えば、ダイスの対向する壁を遠ざけたり、
近づけたりすることができるねじ装置やばね装置によっ
て行うことができる。

本発明では、ロービングを公知の技術によって含浸させ
る。例えば、微粉末状の熱可塑性ポリマーの流動床内に
ロービングを通過させる方法、ロービングにポリマ一層
を塗布することのできるクロスヘッドのダイスを通して
ロービングを押出しすることによってロービングを被覆
する方法、さらにはロービングにポリマーラテックスを
塗布する方法を用いることができる。前述のように、ロ
ービングは複数の単位繊維の集合体からなる連続した東
の形態をしている。これらのロービングは、無機繊維も
しくは有機繊維で形成することができるが、プラスチッ
ク材料の強化には一般にガラス繊維、炭素繊維及びアラ
ミド繊維が最もよく用いられる。こうして含浸されたロ
ービングを束に集めて上記のダイスに導入する。このダ
イスは、ポリマーを溶融するように加熱されている。ダ
イスから出てきたウェブはポリマーが溶融状態にあるよ
うな温度で型取ダイスに送って、ウェブを最終異形断面
材の形状に成形する。

前記第２のダイスの温度は、もちろん、ポリマーを変形
するのに十分な温度に保たれていることは理解できよう
。特に複雑な異形断面材や大きな異形断面材を製造する
場合には、ウェブの最終的な型取りをする前に、徐々に
予備の型取りをすることもある。型取りダイスから出た
異形断面材は冷却された成形具へ送られる。この成形具
の入口部の形は、上記型取りダイスの出口部の形とほぼ
同じである。次に、異形断面材を引抜機に入れ、所望の
形に切断する。

本発明の方法は、連続した長繊維で強化された熱可塑性
樹脂を主成分とする様々な形状の中実もしくは中空の異
形断面材の引抜成形に適している。

特に好ましい熱可塑性樹脂は、高密度ポリエチレン、低
密度ポリエチレン、低密度のリニアなポリエチレンもし
くはポリプロピレン等のポリオレフィン；エチレン−酢
酸ビニルコポリマー；ポリスチレン、アクリロニトリル
ブタジェンスチレン（ＡＢＳ）コポリマー、ポリ塩化ビ
ニル、ポリアミド６．１１．１２．６−６．６−１０、
ポリエステル、ポリ（エーテル−アミド）シーケンスコ
ポリマー、フッ素化されたポリマー、ポリスルホン、ポ
リエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエ
ーテルイミド、ポリフェニレンオキシド、ポリスユニし
ンエーテル等の耐熱性の熱可塑性ポリマー、もしくはそ
れらの混合物、重付加もしくは重縮合を用いる反応性の
熱可塑性オリゴマー（必要であれば他の反応成分を一緒
に用いることもできる）の中から選択することができる
。

本発明の方法のもう１つの利点は、新規な製品、すなわ
ち、連続した長繊維、特にガラス長繊維で強化された硬
質なポリ塩化ビニル製の断面が大きな異形断面材を得ら
れるという点にある。長繊維で強化された、断面が小さ
なポリ塩化ビニル製の異形断面材は公知であるが、ポリ
塩化ビニルの特性に起因する前記の理由から長い連続し
た強化繊維と同じ長さの断面を有する大きな異形断面材
を作ることはできなかった。

本発明によって得られた異形断面材は、剛性に優れると
いう特徴を備える。さらに、輪、帯、細い棒の形態をし
た異形断面材から、強化繊維の長さとこの部品の長さが
一致した種々の長さの部品を切り出すことができる。こ
の切断された部品は一旦溶かすことによって繊維の最終
的な長さを維持した状態で押出し成形、射出−圧縮成形
もしくは圧縮成形等によって変形することができる。本
発明の利点は、剛性、衝撃強度、寸法安定性等の特性が
大巾に向上し、しかも温度が上昇してもこれらの特性が
保持される点にある。

実施例 本発明は、以下の実施例によってより明らかとなろう。

但し、これらの実施例は、本発明を何ら限定するもので
はない。

実施例１ ガラス繊維のロービングを外側から分割して、流動床を
通過させて、ポリアミド６（オルガソール（ＤＲＧＡＳ
ＯＬ）　１００２　　Ｄ）の粉末を含浸させる。

ポリマーの溶融を平らなダイス内で実施し、次に最終異
形断面材１ＱＸ４＋ｎｍへの型取りを２８０℃に維持し
た加熱された予備成形ダイスと、２２℃に維持された冷
間ダイス中で連続的に実施する。

この実施態様で溶融に使用した平らなダイスの寸法は以
下の通りである： 長さ　　　　　　　　　　：　　３００ｍｍ幅　　　　
　　　　　　　　：　　１００ｍｍ接触角　　　　　　
　：１５゜ 導入部の長さ　　　　：　　３５ｍｍ 間隙部　　　　　　　：１ｍｍ ダイスの出口部の厚さ：　　０．４５ｍｍ予備成形ダイ
スと冷間ダイスの接触角は、導入部の長さ５胴について
、２０°である。

この異形断面材は、ベテロテックス（ＶＢＴＲＯＴＥＸ
）Ｒ０９９５１２２Ｘ　１　（７）２４００？　ッ９　
スノ２４本ノローピングを用いた。流動床での粉末含浸
度は４６容量％で一定に維持した。含浸前のガラス繊維
のロービングの体積は約０．４５　Ｘ　０．４５　ｍｍ
であり、含浸後のロービングは直径が約８から１０ｍ＋
ｎの束状になる。

出口での引抜速度は、１ｍ／分である。

このようにして製造した異形断面材の剛性は、ＡＳＴＭ
　　Ｄ　　７９０　　規格による３点曲げ試験によって
、測定した。また、弾性係数Ｅと最大応力σも測定した
。

比較例として、ポリアミド６で含浸されたローピングの
束を加熱空気のトンネル内を通過させて、その出口で束
の中心で樹脂が溶融状態となるようにしたものを直接成
形して、同じ異形断面材を作った。

すなわち、溶融したポリアミド６で被覆された繊維の塊
を、２８０℃に保たれた成形ダイス中に導入し、次いで
、出口を出た異形断面材を２２℃に保たれた冷間ダイス
から異形断面材を引き抜いた。

得られた結果は、以下に示す： 実施例２ 実施例１の操作と方法の条件下で、連続したガラス長繊
維で強化されたポリ塩化ビニル製の断面が１０Ｘ４＋ｎ
ｍの異形断面材を製造した。本実施例の条件は、以下の
通りである： ポリ塩化ビニル粉末の平均直径：１００μｍ含浸された
ポリ塩化ビニルの量：　　　６３．１容量％平らなダイ
スの温度　　　　　＝２００℃成形ダイスの温度　　　
　　　＝１９０℃冷間ダイスの温度　　　　　　＝１５
℃平らな溶融ダイスの寸法は以下の通りである：長さ　
　　　　　　　　：　　　２００ｍｍ幅　　　　　　　
　　　　：　　　１００ｍｍ接触角　　　　　　：　　
１゜ 導入部の長さ　　　：　　　５０＋ｎｍ間隙部　　　　
　　：１ｍｆｆ１ ダイスの出口の厚さ：　　　０．４５叩実施例１の装置
の条件下では、ロービングの束のゲル化が、中心部では
不十分であるため、上記比較実験では、正確な長さの異
形断面材を製造することはできない。

加熱空気のトンネルの温度を上昇させると、含浸された
ロービングの束の外周部分が熱劣化する。

この条件下では、最終異形断面材の多孔度が極めて高く
、物理的特性があまり良くなく、信頼度が低い。

本発明の異形断面材について得られた結果は、ガラス繊
１３６．９容量％で、以下の通りである：屈曲係数Ｅ　
（ＧＰａ）　　　：　　２５．２最大応力ａ　（ＭＰａ
）　　　：　４７６実施例３ 実施例１の装置と操作の条件下で、分子量４０００のポ
リアミド１１のプレポリマー粉末から、断面がｌＱＸ４
ｍｍの異形断面材を製造した。

この粉末の粒度は、８０から２００μｍの範囲にある。

１８本の２４００テツクスのＲ０９９Ｐ　　１０３　（
ベテロテックス（ＶＥＴＲＯＴＩ３Ｘ）　）のロービン
クラ用いた。

引抜速度は、０．５ｍ／分である。

平らなダイス内での加熱により水が除去されてプレポリ
マーの粘度を上昇させたものを成形ダイに送る。

本実施例の条件は、以下の通りである：含浸させたポリ
アミド１１の量　：　　５７．４容量％平らなダイスの
温度　　　　　：２７０℃成形ダイスの温度　　　　　
　：２４０℃冷間ダイスの温度　　　　　　＝２２℃平
らなダイスの寸法は、以下の通りである：長さ　　　　
　　　　　　　　：　　３００ｍｍ幅　　　　　　　　
　　　　　　　：　　１００ｍｒｎ接触角　　　　　　
　　　：１５゜ 導入部の長さ　　　　　　：　　３５ｍｍ間隙部　　　
　　　　　　：１ｍｍ ダイスの出口の厚さ　　　：　　０．４５＋ｎｍこの異
形断面材について得られた結果は、ガラス繊維が４２．
６容量％で、さらに、以下の特性を有していた： 屈曲係数Ｅ　（ＧＰａ）　　　　　　：　　２６．０最
大応力ｔｙ　（ＭＰａ）　　　　　　：　４５０

【図面の簡単な説明】

第１図は、複数の繊維の集合からなるロービングの束を
図示したものであり； 第２図は、本発明によるダイスの概略図であり：第３図
は、ダイスから出たウェブの断面である。 （主な参照番号） １・・・入口部、　　　２・・・間隙部、３・・・ウェ
ブ、　　　Ｒ・・・ロービング、Ｆ・・・繊維

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維の束に熱可塑性樹脂を含浸させ、この束を加
   熱装置内を通過させて該樹脂を溶融させ、加熱状態の異
   形断面材にほぼ最終形状を与えるのにダイス内で成形し
   、次いで第２の冷間ダイス中を通過させて成形すること
   からなる引抜成形による連続した長繊維で強化された熱
   可塑性ポリマーの異形断面材の製造方法において、上記
   の含浸された束の初期体積が通過するのに十分な大きさ
   の入口を備えた平らなダイスによって構成される加熱装
   置内で上記の含浸された束全体を押しつぶすようにし、
   上記の平らなダイスの間隙部の厚さが、その出口で含浸
   された束全体を成形の前の最小の厚さのウェブの形にす
   ることができるように、可変になっていることを特徴と
   する方法。
2. （２）上記の平らなダイスの間隙部の断面がほぼ長方形
   で、その出口がほぼ平行四辺であることを特徴とする請
   求項１記載の方法。
3. （３）外部と上記平らなダイスの間隙部の水平部との間
   の導入部の傾斜に対応する接触角が、１°から２０°の
   範囲にあることを特徴とする請求項１もしくは２記載の
   方法。
4. （４）上記の繊維が、ガラス繊維、炭素繊維もしくはア
   ラミド繊維から選択されることを特徴とする請求項１か
   ら３のいずれか１項に記載の方法。
5. （５）断面がほぼ長方形で、厚さ方向間隙を変えること
   ができ、この間隙部の出口区域の形状がほぼ平行四辺形
   であり、外部と該間隙部の水平部との間の導入部の傾斜
   に対応する接触角が１°から２０°の範囲にあることを
   特徴とする、成形前に連続した長繊維の束に含浸された
   熱可塑性樹脂を溶融させるための、引抜成形に使用され
   る平らなダイス。
6. （６）繊維の長さが、請求項１から５のいずれか１項に
   記載の方法によって得られた異形断面材の長さ全体に連
   続していることを特徴とする繊維で強化した硬質なポリ
   塩化ビニル異形断面材。