JPS63264326A - 連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断面材の製造方法と、この異形断面材を得るための装置 - Google Patents

連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断面材の製造方法と、この異形断面材を得るための装置

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JPS63264326A
JPS63264326A JP63086235A JP8623588A JPS63264326A JP S63264326 A JPS63264326 A JP S63264326A JP 63086235 A JP63086235 A JP 63086235A JP 8623588 A JP8623588 A JP 8623588A JP S63264326 A JPS63264326 A JP S63264326A
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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、連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製
異形断面材の製造方法と、この異形断面材を得るための
装置に関するものである。
この方法では、クロスヘッド型の被覆用ダイス内で構成
繊維を予めウェブの形にした状態でロービングに樹脂を
含浸し、次いで、ロービングの各繊維をできる限り完全
に含浸させるために、全体をさらに別の障壁領域内を通
過させてから最終製品成形用ダイスを通過させる。上記
被覆用ダイスには、少なくとも１つの押出機から常法に
従って樹脂が供給される。
従来の技術 例えばアメリカ合衆国特許第３．８３４．９８０号によ
りロービングを熱可塑製樹脂で被覆することが知られて
いる。従来の一般的な被覆方法によれば、ロービングは
ダイスの加熱された中央部を通過する。被覆は、クロス
ダイ型の公知手段からの溶融−状態の熱可塑製樹脂を供
給することにより行う。
ロービングは複数の連続した単位繊維（フィラメント）
の集合体である。
連続した長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断面材
の従来の製造方法では、一般に複数のロービングが紡錘
形にまとめられる。この場合には２つの大きな問題が生
じるが、まだ解決されていない。
第１の問題点は、熱可塑性樹脂を紡錘の中心部まで含浸
させて各単位繊維の周囲にこの熱可塑性樹脂を均一に分
配させることが難しい点であり、第２の問題点はこの第
１の問題点から派生するもので、最終製品の繊維間に空
気が閉じ込められ、最終製品の機械的特性が低下するこ
とである。
アメリカ合衆国特許第３．９９３．７２６号によると、
互いにほぼ垂直に配置された２つの連続した偏向部を含
浸用ダイス内に設けることによりロービングを個別に含
浸させることができる。この場合には、ロービングは一
方向から被覆・含浸され、次いで、第２の偏向部内で逆
方向につぶされる。この装置には２つの欠点がある。第
１の欠点はロービングを個別にしか含浸させることがで
きない点である。しかし、偏向部が上記のように配置さ
れているため、ウェブの形の個々の繊維を含浸させるこ
とはできない。すなわち、可塑性材料が満たされたダイ
ス内でウェブ状のロービングを約９０度回転させると繊
維は塊となってしまう。第２の欠点は装置内の偏向部の
位置である。偏向部はすべて成形ダイス内に配置されて
おり、その結果として溶融可塑性材料内でロービングは
直接２回つぶされる。このため、ダイスの出口に加わる
大きな引っ張り応力によって繊維に亀裂が入る。この場
合、繊維の含浸状態は良くなく、最終製品の曲げ特性も
悪い。係数εで表される補強効率に関しても同様で、こ
の係数εは０．２５未満である。
アメリカ合衆国特許第４．３１２．９１７号には、上記
の特許と同様、溶融状態の可塑性材料で満たされたダイ
ス内で個々のロービングを被覆するという方法が記載さ
れている。この方法には先に説明した欠点の外にさらに
別の欠点がある。すなわち、外部から運ばれたロービン
グは一連のダイス内にこのダイスの軸線に対してほぼ直
角に導入されるため、新たな破断応力が発生して第２の
偏向部からは先では繊維がもつれる。特に、ロービング
が冷えていると溶融樹脂の表面が急速にゲル化する。
課題を解決するための手段 本発明の方法では、束すなわち紡錘の形態でロービング
を繊ＭＬ被覆用ダイス内に導入するのではなく、このダ
イス内を通過させる前に各ロービングを拡げてロービン
グの各繊維がほぼ平面状に並置されるようにする。この
場合、ロービングは、連続した個々の長繊維が互いに平
行に並んだウェブまたはリボンの形態になる。ロービン
グを拡げて繊維をこのように並べるためには、ロービン
グを第１の障壁システムの少なくとも１つの偏向部を通
過させた後、溶融した熱可塑性ポリマーが供給される被
覆用ダイス内にロービングを導入する。
上記偏向部ではロービングに対して力が加えられてロー
ビングを構成する繊維が拡がる。このようにして形成さ
れたウェブまたはリボンに次に熱可塑性樹脂が含浸され
、次いで、第１の障壁システムの偏向部とほぼ平行な偏
向部を備えた別のな障壁システム内を引っ張られて成形
ダイスに送られる。この第２のシステムでは、溶融状態
の熱可塑性樹脂が含浸されたウェブまたはリボンは、互
いに平行で対向した少なくとも２つの偏向部を通過する
。この条件下では、熱可塑性樹脂が含浸された繊維全体
は第１の偏向部において一方の面がつぶされ、溶融状態
の樹脂が繊維間を浸透して反対の面に向かって強制的に
移動される。熱可塑性（耐相を含浸させた繊維全体が上
記と反対側の偏向部と接触すると逆のことが起こる。ウ
ェブまたはリボンの被覆用ダイスの前後に設置された上
記２つの障壁システムを用いることによって、個々の繊
維に樹脂を含浸させることができる。この結果、繊維内
に樹脂がより均一に分配されるとともに、ロービング内
に含まれる空気がほぼ完全に除去される。
作用 本発明の方法を用いることによって、ロービングのすべ
ての繊維を第１の障壁システム内で拡げて互いに平行に
並べ、繊維のウェブを形成することができる。含浸され
ていない状態でこのように並べられた繊維は、相互にほ
ぼ分離した状態で被覆用ダイスに到着するので、個別に
十分に含浸させることができ、第２の障壁システム内を
通過する際に繊維に亀裂が入る危険性はない。
実施例 添付の図面により本発明をさらによく理解することがで
きよう。第１図は異形断面材を製造するための装置の全
体図である。この装置の参照番号１０部分はロービング
の繊維を拡げるための障壁システムである。参照番号２
の部分には押出機（図示せず）に接続された被覆用ダイ
スが続き、その後段には含浸された繊維に対する障壁シ
ステム３が配置されている。最後の参照番号４の部分に
は成形ダイスが位置する。参照番号１の部分には通路を
備える障壁システムが図示されている。
この障壁システムにはロービング「ａ」が引き込まれる
。この通路は任意の形状でよいが、断面が長方形になっ
ていてシートまたはリボンの形態のロービングが容易に
得られるようにすることが好ましい。通路の入口は拡げ
て、ロービングが不発明の装置の内部に入りやすくする
とよい。通路内にはロービングの引っ張り方向を変える
少なくとも１つの偏向部ｒｂＪが存在している。この偏
向部は、ロービングの引っ張り方向の軸線、従って通路
の軸線に対してほぼ垂直に配置されている。
この結果、ロービングが通過するときにはこの偏向部に
ぶつかり、各ロービングを構成する繊維が平坦にされる
。一般には偏向部は１つで十分であるが、多数のロービ
ングからなるシートを実現する場合には複数の偏向部を
有する障壁システムを利用することが望ましい。繊維の
以後の含浸状態を向上させるためには、吸引口「Ｃ」を
設けてロービング内に閉じ込められた空気を最大限に除
去するとよい。加熱装置を取り付けることも好ましい。
被覆用ダイス２は、連続した長繊維を溶融状態のポリマ
ーで被覆する公知のタイプのものである。このダイスは
、繊維を溶融状態の熱可塑性材料で被覆することのでき
るクロスダイ型ダイスである。
本装置の第２の障壁システムを形成する部分３は、主と
して、溶融熱可塑性樹脂で被覆された繊維を被覆用ダイ
スの延長線上で受ける通路ｒｄｊで構成されている。一
般に、この第２の障壁システムは少なくとも熱可塑性材
料の融点以上の温度に加熱される。この通路は、その軸
線、すなわち被覆された繊維の引っ張り軸線にほぼ垂直
に、かつ、対向させて配置した少なくとも２つの偏向部
「ｅ、ｆ」を備えている。このため、引っ張りの際に各
被覆面に交互に力が及ぼされる。先に説明したように、
これら偏向部は偏向部「ｂ」とほぼ平行である。最後に
、樹脂を含浸された繊維は成形ダイス４を通過した後に
本発明の装置を出て冷却される。あらゆる押出システム
に一般的なこの成形ダイスを用いることにより、製品に
所望の最終形状を与えることができる。ダイスの構造を
変えることにより、従来技術を用いて複雑な任意の異形
断面材にすることができる。さらに、単なるストライド
を製造し、このストライドを切断してペレットにし、公
知の任意の方法を用いて最終的に任意の形状の成形品に
成形することもできる。
第２図は、第１図の部分２の被覆用ダイスの断面図であ
る。この図には、ロービングのシート状に配置された繊
維を被覆することのできる公知のタイプのダイスが示さ
れている。押出機５　（図示せず）からは、供給管６．
７を介して溶融した熱可塑性樹脂が長方形の断面が示さ
れている通路８に供給される。繊維のシートはこの通路
８内を引っ張られて移動している。供給管６．７は、溶
融熱可塑性樹脂が、繊維からなるシートの少なくとも２
つの最も広い対向面に分配されるように配置する。
第３図は、第２の障壁システムを構成する有効部分３の
断面図である。本発明に特に適した構造を示したこの図
かられかるように、被覆用ダイスの出口と成形ダイスの
間でサイン曲線状に蛇行している通路の形態をそのまま
利用して偏向部としている。このシステムは金属ブロッ
クで構成されている。このブロックには、加熱可能とな
っているとともに、サイン曲線の上部稜線「「」と下部
稜線「ｅ」として６表されている互いに平行で対向した
少なくとも２つの偏向部を備える蛇行サイン曲線の形態
の通路が貫通しているのが好ましい。
第４図は、第３図の障壁システム内でサイン曲線の稜線
と衝突した互いに並んだロービングの繊維「ｇＪを溶融
熱可塑性樹脂「ｈ」が強制的に通過され、その結果とし
て繊維の被覆特性が向上するということを説明する図で
ある。
本発明の方法を用いると、押出し可能なあらゆる熱可塑
性のポリマーまたはコポリマーをもとにして、連続した
長繊維で強化された異形断面材を製造することができる
。最も一般的なポリマーまたはコポリマーとして、ポリ
エチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ビニ
ル芳香族ポリマーとそのコポリマーであるポリスチレン
やアクリロニトリル−ブタジェン−スチレンコポリマー
、ポリ塩化ビニノペポリフッ化ビニリデンなどのハロゲ
ン化ビニルポリマー、ポリアミド６．１１．１２．６−
６．６−１０などのポリアミド、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリブチレンテレフタレート、ポリ（エーテル
−アミド）シーケンスコポリマー、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、ポリフェニレン
エーテルなどのポリエステルやこれらの混合物を挙げる
ことができる。
押出し可能な上記の熱可塑性ポリマーは、無機または有
機の連続した長繊維で強化される。長繊維としては、例
えば、ガラス繊維、シリカ繊維、炭素繊維、またアラミ
ド繊維のロービングを挙げることができる。
強化異形断面材は、ダイスの形状に応じて得られたその
ままの形で使用することができる。さらに、この強化異
形断面材はペレットにし、コンパランドして、射出成形
、圧縮成形、射出−圧縮成形、押出成形等で用いられる
中間生成物として利用することもできる。
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 以下の寸法を有する第１図の装置を用いた。
−障壁領域１ ・長さ　　　　　　　　　：　　　６０ｍｍ・幅　　　
　　　　：　　１００ｍｍ ・間隙　　　　　　　　：　　　ｌｌ＋＋ｍ・入口が拡
がっており、偏向部の天井部の高さは１０ｍｍ０ −　樹脂供給ダイス領域２ ・長さ　　　　　　　　　二　　９０ｍｍ・幅　　　　
　　　：１００卸 ・供給管：　　直径１０ｍｍの供給管２つ・この領域の
出口の間隙：　　　３ｍｍ・虜脂供給：　直径３０ｍｍ
の押出機 ・スクリューの長さ　　：２２Ｄ −障壁領域３ ・長さ　　　　　　　　　　：　　２００ｍｍ・幅　　
　　　　　：　　１００ｍｍ ・３つの稜線を有するサイン曲線状の障壁・稜線間の振
幅　　　　：　　　４０ｍｎ＋・間隙　　　　　　　　
：　　　３ｎ＋ｍ−成形領域４ ・直径３ｍｍの穴を５個備えたダイス ・長さ　　　　　　　　　　：　　１０（ｂｎｍ・幅　
　　　　　　：　　１００ｍｍ この装置を用いてガラス繊維Ｅ二２４００チックのスロ
ーピングに５０重量％添加したポリアミド１１のストラ
ンドを製造する。
引き抜き速度は３ｍ／分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１　　　　　　　　　　：　　２００℃領域２　　
　　　　　　　　：　　２３０℃領域３　　　　　　　
　　　：　　２３０℃領域４　　　　　　　　　　：　
　２１０℃実施例２ 実施例１の装置において成形領域４を以下のように変え
る。
人口断面：　長方形、幅１００ｍｍ、厚さ３ｍｍ出口断
面：　長方形、幅ｌＱｍ＋＋＋＋、厚さ３．５ｍｍ長さ
　　　：　　１００ｍｍ ガラス繊維Ｅ：２４００テックスのロービングに３９．
３容量％を添加したポリアミド　６からなる幅１０　ｍ
ｍ　。
厚さ３．５ｍｍの板を製造する。
引き抜き速度は３ｍ／分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１’　　　　　　　　　　：　　２２０℃領域２　
　　　　　　　　　：　　２８０℃領域３．　　　　　
　　：２８０℃ 領域４　　　　　　　　　　：　　２６０℃この板に対
して得られた曲げ弾性率は２４５００ＭＰａである。
前記の係数ε＝０．８５゜ この係数εは以下の加算法則から得られる。
Ｅ　＝　ε・Ｅｆ−Ｖｆ＋Ｅｍ　（１−Ｖｆ）（ただし
、Ｅｆは繊維のヤング率、 Ｅｍ　ハマトリックスのヤング率１ 、−　　　Ｖｆは繊維の体積分率、 Ｅは曲げ弾性率の実験値である。） 実施例３ 実施例１の装置を用いてガラス繊維Ｅ：２４００テック
スのロービングを４０重量％添加したポリアミド１２の
ストランドを製造する。
引き抜き速度は３ｍ／分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１　　　　　　　　　　：　　２２０℃領域２　　
　　　　　　　　：　　２６０℃領域３　　　　　　　
　　　：　　２６０℃領域４　　　　　　　　　　：　
　２４０℃実施例４ 実施例２の装置を用いて、ガラス繊維Ｅ：２４００テッ
クスのロービングを２８容量％添加した無水マレイン酸
がグラフト化されたプロピレンを３％含むポリプロピレ
ン仮を製造する。
引き抜き速度は３ｍ／分である。
各領域の温度は以下の通り。
領域１　　　　　　　　　　：　　２４０℃領域２　　
　　　　　　　　：　　２６０℃領域３　　　　　　　
　　　：　　２６０℃７領域４　　　　　　　　　　：
　　２４０℃得られた曲げ弾性率は１５４０ＭＰａであ
る。
係数ε＝０．７８゜ 実施例５ 実施例１の装置の領域４において、出口が１つのみであ
り長さが２００＋ｎｍ、出口の幅が１００ｍｍ、間隙が
０．７ｍｍのダイスを用いた装置を上記５個の穴を有す
るダイスの代わりに利用して、ガラス繊維Ｅ：　２４０
０テツクスのロービングを４０重量％添加されたポリア
ミド６のシートを製造する。
引き抜き速度は１ｍ／分である。
各領域の温度は以下の通りである。
領域１　　　　　　　　　　：　　２２０℃領域２　　
　　　　　　　　：　　２８０℃領域３　　　　　　　
　　　：　　２８０℃領域４　　　　　　　　　　：　
　２７５℃
【図面の簡単な説明】
第１図は、異形断面材を製造するための本発明の装置の
全体図である。 第２図は、第１図の部分２の被覆用ダイスの透視断面図
である。 第３図は、第２の障壁システムを構成する部分３の断面
図である。 第４図は、障壁システム内で互いに並んだロービングの
繊維がサイン曲線の稜線に衝突し、溶融熱可塑性樹脂が
これらの繊維間を強制的に通過する様子を示す図である
。 （主な参照番号） １・・第１の障壁システム、 ２・・被覆用ダイス、 ３・・第２の障壁システム、 ４・・成形ダイス、　　　　５・・押出機、６．７・・
供給管、　　　８・・通路、ａｌ・ロービング、 ｂ、ｅ、ｆ・・偏向部、　　Ｃ・・吸引口、ｇ・・繊維
、 ｈ・・熱可塑性樹脂

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）被覆ダイス内でロービング連続繊維を熱可塑性樹
    脂で被覆することにより連続した長繊維で強化された熱
    可塑性樹脂製異形断面材を製造する方法において、 被覆操作の前に、障壁領域の少なくとも１つの偏向部内
    をロービングを通過させることによりこの予めロービン
    グ繊維を広げて繊維が互いに平行に並べられたウェブ状
    にし、 繊維の被覆後に、溶融樹脂で含浸され繊維全体を互いに
    平行で且つ対向する少なくとも２つの偏向部を備えた第
    ２の障壁領域を通過させることにより繊維間に樹脂を強
    制的に浸透させることを特徴とする方法。
  2. （２）上記２つの障壁領域の偏向部が互いに平行である
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. （３）上記偏向部が、連続した長繊維が装置内を通過す
    る際の軸線に対してほぼ垂直であることを特徴とする請
    求項１または２に記載の方法。
  4. （４）上記第１の障壁領域を加熱することを特徴とする
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. （５）連続した長繊維の被覆用ダイスと、成形ダイスと
    を備えた連続長繊維で強化された熱可塑性樹脂製異形断
    面材を製造する装置において、 上記被覆用ダイスの前段に、通路とこの通路の軸線に対
    してほぼ垂直な少なくとも１つの偏向部とを備えた障壁
    手段を設け、 上記被覆用ダイスの出口と整合し且つ互いに平行で且つ
    対向する通路と、この通路の軸線にほぼ垂直な少なくと
    も２つの偏向部とを有する第２の障壁手段を上記被覆用
    ダイスと上記成形ダイスの間に設けたことを特徴とする
    装置。
  6. （６）上記２つの障壁領域の偏向部が互いに平行である
    ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
  7. （７）上記第２の障壁手段が、互いに平行で且つ対向し
    た少なくとも２つの偏向部を有するサイン曲線状に蛇行
    した貫通路を有する金属ブロックで形成されており、上
    記２つの偏向部がこのサイン曲線の上部稜線と下部稜線
    とを形成していることを特徴とする請求項５または６に
    記載の装置。
  8. （８）上記第１の障壁手段が加熱手段を備えていること
    を特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置
    。
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