KR20080083550A - 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법 - Google Patents

장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지가 함침되면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발이 꼬임을 걸면서 잡아 당겨지고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿이며, 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향에 수직인 방향의 펠릿 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위이고, P ＝ L/d(L : 1회전의 꼬임이 걸리는 막대형 조성물 길이, d : 막대형 조성물의 단면의 면적 상당 원직경)로 나타내는 꼬임 피치(P)가 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위이다. 이 펠릿은 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산성이 양호해, 사출 성형품의 외관이나, 보강 효과가 충분히 발현되어 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 있다.
열가소성 수지, 펠릿, 사출 성형품, 강화용 섬유 다발, 막대형 조성물

Description

장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법 {FILAMENT FIBER REINFORECD THERMOPLASTIC RESIN PELLET, AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도1은 본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 제조하기 위한 제조 장치의 일 예를 나타내는 구성 설명도.
도2는 도1에 있어서의 꼬임기의 설명도.
도3은 도2에 도시하는 꼬임 롤러에 의한 꼬임 각도를 설명하기 위한 도면.
도4는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 개략도.
도5는 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)을 설명하기 위한 도면.
도6은 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내는 비율(Af)을 설명하기 위한 도면.
도7은 비율(Af)을 설명하기 위한 도면.
도8은 비율(Af)의 하한치를 유도한 순서를 설명하기 위한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 모노 필라멘트 섬유
2 : 강화용 섬유 다발
3 : 용융 수지
4 : 스트랜드
5 : 보빈
6 : 가이드 바
7 : 예열용 가열 장치
9 : 압출기
10 : 스크류
11 : 함침 헤드
12 : 함침 롤러
13 : 다이
14 : 냉각 장치
15 : 꼬임기
16 : 펠레타이저
일본 특허 제3114311호 공보
본 발명은 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 상세한 것은, 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지가 함침되면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발이 꼬임을 걸면서 잡아 당겨지고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 일본 특허 제3114311호 공보에는, 종래 기술로서, 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임 롤러에 의해 꼬임을 걸면서 상기 꼬임 롤러에 의해 잡아 당김으로써 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 장섬유 강화 수지 스트랜드(strand)(막대형 조성물)를 얻고, 이 얻게 된 장섬유 강화 수지 스트랜드를 소정 길이로 절단하고 펠릿화하여 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 얻도록 한 기술이 개시되어 있다.
보다 상세하게는 긴 강화용 섬유 다발을 열가소성 수지의 용융 수지욕 중에 침지시켜 섬유 다발 내에 용융 수지를 함침시키고, 또한 모양 잡기용 다이를 경유하여 상기 용융 수지욕 밖으로 인출한 후, 상기 인출 방향에 대해 경사 방향으로 회전하는 꼬임 롤러에 의해 수지 함침 강화용 섬유 다발을 비틀림 방향으로 회전시키고, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 이 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 장섬유 강화 수지 스트랜드[막대형 조성물(로드)]를 소정 길이(예를 들어, 3 내지 10 ㎜ 정도)로 절단하여 펠릿화하도록 하고 있다. 그리고, 이와 같이 하여 얻게 된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 이용한 사출 성형품은, 예를 들어 자동차 내장 부재(콘솔 박스, 인스트루먼트 패널 등), 자동차 외장 부재(범퍼, 펜더 등), 전자 기기 부재(노트북, 휴대 전화 등)의 하우징 등에 사용되는 것이다.
전술한 종래 기술에서는 장섬유 강화 수지 스트랜드(막대형 조성물)를 잡아 당기면서, 상기 스트랜드에 회전력을 부여하여 꼬임을 걸도록 한 것이므로, 장섬유 강화 수지 스트랜드 표면에 수지층이 형성되고, 그 결과, 강화용 섬유 다발을 구성하는 강화 섬유의 파단ㆍ보풀 발생이 적어지는 동시에, 상기 수지층이 다이와의 사이에 윤활 작용을 발휘하여 낮은 인발력(잡아 당김력)에서의 안정 운전이 가능하다고 판단된다.
그러나, 상기 종래 기술에 있어서는, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향에 수직인 방향의 펠릿 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)의 값에 따라서는, 꼬임을 거는 것으로 강화용 섬유 다발이 펠릿 단면의 중심부로 교축된 상태가 되는 경우가 생기고, 그 결과, 펠릿의 외주 표면 수지층이 두꺼워진다. 이로 인해, 이와 같은 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 이용하여 사출 성형을 행하면, 사출 성형기 내에서 상기 펠릿을 가열 용융시킬 때에 외주 표면 수지층이 두껍기 때문에 상기 펠릿의 중심부에 존재하는 강화용 섬유 다발로의 열전달이 나빠진다. 그 결과, 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산이 나쁘기 때문에, 사출 성형품의 외관이나, 그 강도 등의 기계적 특성을 저하시킨다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명의 과제는 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 소정 길이로 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 외주 표면 수지층이 적절한 두께를 갖고, 이에 의해 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산성이 양호해, 사출 성형품의 외관이나, 보강 효과를 충분히 발현하여 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위해, 본원 발명에서는 다음의 기술적 수단을 도모하고 있다.
제1 발명은 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지가 함침되면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발이 꼬임을 걸면서 잡아 당겨지고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발이 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발이고, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향에 수직인 방향의 펠릿 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위이고, P ＝ L/d(L : 1회전의 꼬임이 걸리는 막대형 조성물 길이, d : 막대형 조성물의 단면의 면적 상당 원직경)로 나타내는 꼬임 피치(P)가 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위에서 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿이다.
제2 발명은 제1 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 2.5 (m/revㆍm) ≤ P ＜ 6.0 (m/revㆍm)의 범위에서 부여되어 있고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 6.0 (m/revㆍm) ≤ P ≤ 36 (m/revㆍm)의 범위에서 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
제3 발명은 제1 또는 제2 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 상기 펠릿 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위이고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위인 것을 특징으로 하는 것이다.
제4 발명은 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지가 함침되면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발이 꼬임을 걸면서 잡아 당겨지고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발이 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발이고, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향에 수직인 방향의 펠릿 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위이고, 상기 펠릿 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러 싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위이고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿이다.
제5 발명은 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물을 소정 길이로 절단하여 펠릿화하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발로서, 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발을 이용하여 상기 모노 필라멘트 섬유의 개수를 설정하여, 막대형 조성물 길이 방향에 수직인 방향의 막대형 조성물 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위를 만족시키도록 강화용 수지 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 P ＝ L/d(L : 1회전의 꼬임이 걸리는 막대형 조성물 길이, d : 막대형 조성물의 단면의 면적 상당 원직경)로 나타내는 꼬임 피치(P)가 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도를 설정하고, 꼬임을 걸면서 잡아 당기는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법이다.
제6 발명은 제5 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 있어 서, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 2.5 (m/revㆍm) ≤ P ＜ 6.0 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 6.0 (m/revㆍm) ≤ P ≤ 36 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키도록 상기 꼬임 각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제7 발명은 제5 또는 제6 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 있어서, 상기 막대형 조성물 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키도록 상기 꼬임 각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제8 발명은 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물을 소정 길이로 절단하여 펠릿화하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발로서, 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발을 이용하여 상기 모노 필라멘트 섬유의 개수를 설정하고, 막대형 조성물 길이 방향에 수직인 방 향의 막대형 조성물 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위를 만족시키도록 강화용 수지 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 상기 막대형 조성물 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도를 설정하여, 꼬임을 걸면서 잡아 당기는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법이다.
본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿은 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 소정 길이로 절단되고 펠릿화되어 열가소성 수지 중에 꼬임이 걸리고, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향으로 연속하는 강화용 섬유 다발이 존재하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿이며, 펠릿의 외주 표면 수지층이 적절한 두께를 갖고 있고, 이에 의해 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산성이 양호해, 사출 성형품의 외관이나, 보강 효과를 충분히 발현하여 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 따르면, 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물을 소정 길이로 절단하여 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 제조할 때에 열가소성 수지 중에 꼬임이 걸리고, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향으로 연속하는 강화용 섬유 다발이 존재하므로, 적절한 두께의 표면 수지층이 형성된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿을 제조하기 위한 제조 장치의 일 예를 나타내는 구성 설명도이다.
도1에 도시한 바와 같이, 각 보빈(5)으로부터 조출된 모노 필라멘트 섬유(로빙)(1)로 이루어지는 강화용 섬유 다발(2)(로빙 다발)은 예열 처리를 행하기 위해, 상하에 배치된 한 쌍의 가열용 롤러(8A, 8B)를 구비한 예열용 가열 장치(7)로 유도된다. 강화용 섬유 다발(2)은 복수개의 가이드 바(6)에 의해 백 텐션이 가해지면서, 이 한 쌍의 가열용 롤러(8A, 8B)에 교대로 복수회 권취됨으로써 가열되어 있는 가열용 롤러(8A, 8B)에 밀착하여 접촉함으로써 접촉 가열에 의해 승온된다.
이 예열용 가열 장치(7)의 바로 하류측에 스크류(10)를 내장하는 압출기(9)가 설치되는 동시에, 이 압출기(9)로부터 용융 수지(용융한 열가소성 수지)(3)가 연속 공급되고, 또한 상기 예열용 가열 장치(7)로부터의 승온된 강화용 섬유 다발(2)이 유도되는 함침 헤드(용융 수지욕 용기)(11)가 설치되어 있다. 이 함침 헤드(11) 내에는 연속적으로 도입되는 강화용 섬유 다발(2)에 용융 수지(3)를 함침시 키기 위한 복수개의 함침 롤러(12)가 배치되어 있다. 함침 헤드(11)의 출구에는 함침 헤드(11)로부터 잡아 당겨지는, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 고온의 장섬유 강화 수지 스트랜드(막대형 조성물)(4)의 모양 잡기를 행하는 다이(13)가 설치되어 있다.
이 다이(13)가 설치된 함침 헤드(11)의 하류측에는 함침 헤드(11)로부터의 고온의 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)를 냉각수 중에서 냉각하는 냉각 장치(14)가 설치되어 있다. 또한, 이 냉각 장치(14)의 바로 하류측에는 수지 함침 강화용 섬유 다발에 꼬임을 부여하는 기능을 갖고, 또한 상류측으로부터의 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)를 잡아 당기는 기능을 갖는 꼬임기(15)가 설치되어 있다. 또한, 꼬임기(15)의 하류측에는 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)를 소정 길이로 절단하여 펠릿화하는 펠레타이저(17)가 설치되어 있다.
도2는 도1에 있어서의 꼬임기의 설명도, 도3은 도2에 도시하는 꼬임 롤러에 의한 꼬임 각도를 설명하기 위한 도면이다.
꼬임기(15)는 각각의 회전 축선을 평행한 평면(수평면) 상에 유지하고, 또한 상기 회전 축선을 교차시킨 상태에서 상류측으로부터의 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)를 사이에 두도록 대향 배치된 한 쌍의 꼬임 롤러(16A, 16B)에 의해 구성되어 있다. 즉, 도2에 있어서의 상측의 꼬임 롤러(16A)의 회전 축선과 하측의 꼬임 롤러(16B)의 회전 축선은 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)의 잡아 당김 방향(주행 방향)과 직교하는 배향이 아닌, 평면에서 볼 때 잡아 당김 방향에 대해 서로 상반되는 방향으로, 또한 동일 각도를 이루고 소정 각도 어긋난 배향으로 설정되어 있다.
그리고, 도3에 도시한 바와 같이 평면에서 볼 때, 꼬임 롤러(16A)의 회전 축선(a)과 직교하는 선과, 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)의 잡아 당김 방향(주행 방향)이 이루는 각도를 꼬임 각도(θ)로서 정하고 있다. 또한, 금속제의 꼬임 롤러(16A, 16B)에는 롤러 표면(롤러 외주면) 전체에 걸쳐서 널링 가공에 의한 미소 요철이 형성되어 있다.
이와 같이 구성되는 제조 장치에 있어서, 우선 강화용 섬유 다발(2)은 한 쌍의 가열용 롤러(8A, 8B)로 유도되고, 상기 가열용 롤러(8A, 8B)에 교대로 복수회 권취됨으로써 접촉 가열에 의해 승온된 상태에서 함침 헤드(11) 내로 유도된다. 강화용 섬유 다발(2)은 압출기(9)로부터 공급된 고온의 용융 수지(3)가 충만되어 있는 함침 헤드(11) 내의 각 함침 롤러(12)를 통과하고 있는 과정에서 수지 함침을 받아 수지 함침 강화용 섬유 다발이 된다. 또한, 이 수지 함침 강화용 섬유 다발은 꼬임 롤러(16A, 16B)에 의한 꼬임 동작에 의해, 함침 헤드(11) 내의 하류측의 함침 롤러(12)를 출발점으로 하여 꼬임이 생성ㆍ성장한다. 이와 같이, 강화용 섬유 다발(2)에 압출기(9)로부터 공급된 용융 수지(3)를 함침시키면서 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발에 꼬임을 부여하고, 함침 헤드(11)로부터 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)가 연속적으로 잡아 당겨진다.
그리고, 함침 헤드(11)로부터 다이(13)를 경유하여 연속적으로 잡아 당겨지는 고온의 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)는 냉각 장치(14)에 의해 냉각 경화되어 꼬임 롤러(16A, 16B)로 유도된다. 냉각 장치(14)로부터의 냉각이 실시된 장섬유 강화 수지 스트랜드(4)에 대해, 소정의 꼬임 각도(θ)가 설정된 꼬임 롤러(16A, 16B)에 의해 꼬임 동작과 잡아 당김이 행해진다. 그리고, 꼬임기(15)의 하류측으로 유도된 단면 원형의 장섬유 강화 수지 스트랜드(막대형 조성물)(4)는 펠레타이저(17)로 소정 길이로 절단되어 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿(이하, 단순히 장섬유 펠릿이라고 하는 경우도 있음)이 된다(도4 참조).
이하, 보다 상세하게 본 발명에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이, 꼬임 롤러(16A, 16B)는 수지 함침 강화용 섬유 다발에 꼬임을 걸고, 이 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발인 장섬유 강화 수지 스트랜드(이하, 단순히 장섬유 스트랜드라고 하는 경우도 있음)의 잡아 당김을 행하는 것이다. 이 꼬임 롤러의 회전수를 N(rpm), 상기 롤러 직경을 D(m), 꼬임 각도(θ)(°)로 하면, 도2 및 도3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 장섬유 스트랜드의 잡아 당김 속도(V)(m/min)는 식1로 나타난다. 한편, 장섬유 스트랜드의 회전 방향 속도(V)(m/min)는 식2로 나타난다. 그리고, 장섬유 스트랜드의 단면의 면적 상당 원직경으로서 정해지는 장섬유 스트랜드 직경을 d(m)로 하면, 장섬유 스트랜드의 회전수(n)(rpm)는 식3에서 부여된다.
[식1]
Figure 112007026728815-PAT00001
[식2]
Figure 112007026728815-PAT00002
[식3]
Figure 112007026728815-PAT00003
이상의 결과로부터, 1 m당의 장섬유 스트랜드의 꼬임수(X)는 장섬유 스트랜드의 회전수(n)를 장섬유 스트랜드의 잡아 당김 속도(V)로 나눈 것인 식4로 구할 수 있다. 이 식4로부터 상기 꼬임수(X)(rev/m)는 장섬유 스트랜드 직경(d)과 꼬임 각도(θ)로 결정되는 것을 알 수 있다.
[식4]
Figure 112007026728815-PAT00004
또한, 이 경우의 꼬임 단위 길이(1회전의 꼬임이 걸리는 장섬유 스트랜드 길이, 환언하면, 장섬유 스트랜드 1회전당 장섬유 스트랜드 길이 방향에 꼬임이 진행되는 길이)(L)(m/rev)는 식5로 나타난다. 그리고, 장섬유 스트랜드 직경(d)에 의존하지 않는 꼬임 피치(P)(m/revㆍm)는 식6으로 부여된다. 또한, 식4, 식6으로부터 꼬임수(X)와 꼬임 피치(P)의 관계는 식7로 나타난다.
[식5]
Figure 112007026728815-PAT00005
[식6]
Figure 112007026728815-PAT00006
[식7]
Figure 112007026728815-PAT00007
한편, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)(％)은, 도5에 도시한 바와 같이 장섬유 스트랜드 직경(d)(장섬유 스트랜드의 단면의 면적 상당 원직경)과, 도입되는 모노 필라멘트 섬유(로빙)의 개수로 결정된다. 즉, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)은 장섬유 스트랜드 길이 방향에 수직인 방향의 스트랜드 단면(펠릿 단면)의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율이다. 강화용 섬유 다발이 차지하는 계산상의 단면적(Sfcalc)(㎡)은, 도5에 도시한 바와 같이 모노 필라멘트 섬유(로빙)의 직경을 df, 개수를 m으로 하면, 식8로 구할 수 있다. 또한, 장섬유 스트랜드(장섬유 펠릿)의 단면적(SS)(㎡)은 식9로 구할 수 있다. 그리고, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)은, 식10에 나타낸 바와 같이 상기 단면적(SS)에 대한 상기 단면적(Sfcalc)의 비율로 구할 수 있게 된다.
[식8]
Figure 112007026728815-PAT00008
[식9]
Figure 112007026728815-PAT00009
[식10]
Figure 112007026728815-PAT00010
강화용 섬유 다발의 중량 함유율(Wf)(％)은 장섬유 스트랜드(장섬유 펠릿)를 구성하고 있는 열가소성 수지 및 상기 강화용 섬유 다발의 비중을 각각이 차지하는 체적 함유율에 곱하여 중량 비율을 구하고, 장섬유 스트랜드에 대한 강화용 섬유 다발의 중량의 비율로서 구하면 된다. 이와 같은 관계로부터 특정된 열가소성 수지 및 강화용 섬유 다발의 조합에 있어서는, 모노 필라멘트 섬유(로빙)의 개수를 정하고, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)을 설정하면, 자연히 장섬유 스트랜드 직경(＝ 장섬유 펠릿 직경)(d)이 결정되게 된다. 그리고, 장섬유 스트랜드 직경(d)에 맞추어 꼬임 각도(θ)를 설정하면, 식4에 의해 꼬임수(X)가 결정되고, 꼬임 피치(P)가 결정되게 된다.
따라서, 강화용 섬유 다발의 개수를 설정하여 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)이 소정의 범위를 만족시키도록 조정하여 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 꼬임 피치(P)가 소정의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도(θ)를 설정(조정)하고, 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 이렇게 하여 얻게 된 장섬유 스트랜드를 소정 길이로 절단함으로써, 적절한 두께의 외주 표면 수지층이 형성된 장섬유 펠릿을 얻을 수 있다.
이 경우, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)은 70 ％ 내지 20 ％의 범위가 좋다. 체적 충전율(Vf)이 20 ％ 미만에서는 보강 효과가 불충분하므로 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 없고, 한편 체적 충전율(Vf)이 70 ％를 초과하여 강화용 섬유 다발이 과도하게 많아지면, 강화용 섬유 다발로의 용융 열가소성 수지의 함침이 곤란해져 장섬유 스트랜드의 잡아 당김 운전을 할 수 없게 된다. 또한, 이용하는 모노 필라멘트 섬유(로빙)로서는, 강도나 취급 용이 등의 점으로부터 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유가 좋다.
강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)이 소정 범위로 설정된 경우, 장섬유 스트랜드(장섬유 펠릿)의 외주 표면 수지층을 적절한 두께로 하기 위해서는, 체적 충전율(Vf)이 높아지는 것에 따라서 꼬임 피치(P)를 작게 하여 꼬임수(X)를 많게 함으로써 외주 표면 수지층의 두께가 얇아지지 않도록 하고, 반대로 체적 충전율(Vf)이 낮아지는 것에 따라서 꼬임 피치(P)를 크게 하여 꼬임수(X)를 적게 함으로써 외주 표면 수지층의 두께가 과대해지지 않도록 할 수 있다. 이 경우, 꼬임 피치(P)는, 식6에 나타낸 바와 같이 꼬임 각도(θ)에 의해 조정할 수 있다. 꼬임 각도(θ)를 작게 하는 것에 따라서 꼬임 피치(P)가 커져 꼬임수(X)가 감소하고, 반대로 꼬임 각도(θ)를 크게 하는 것에 따라서 꼬임 피치(P)가 작아져 꼬임수(X)가 증가한다.
그리고, 꼬임 피치(P)는 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위에 있어서, 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위가 좋고, 보다 바람직하게는 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에서는 2.5 (m/revㆍm) ≤ P ＜ 6.0 (m/revㆍm)의 범위가 좋 고, 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에서는 6.0 (m/revㆍm) ≤ P ≤ 36 (m/revㆍm)의 범위가 좋다.
체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서 꼬임 피치(P)가 2.5 (m/revㆍm) 미만에서는, 또한 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서 꼬임 피치(P)가 6.0 (m/revㆍm) 미만에서는 꼬임을 지나치게 건 상태(펠릿 단면 중앙부로 강화용 섬유 다발이 지나치게 모인 상태)에서 장섬유 펠릿의 외주 표면 수지층의 두께가 과대하고 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산성이 나쁘기 때문에, 사출 성형품의 외관이나, 보강 효과를 충분히 발현하여 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 없다.
한편, 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서 꼬임 피치(P)가 6.0 (m/revㆍm) 이상에서는, 또한 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서 꼬임 피치(P)가 36 (m/revㆍm) 초과에서는 꼬임이 불충분한 상태(펠릿 단면 주변부로 강화용 섬유 다발이 지나치게 분산된 상태)에서 장섬유 펠릿의 외주 표면 수지층의 두께가 지나치게 얇은 것이 되고, 장섬유 스트랜드의 제조 시에 모노 필라멘트 섬유의 파손이나 보풀의 발생에 기인하는 장섬유 스트랜드의 파단을 일으키기 쉬워진다.
이와 같이, 강화용 섬유 다발로서 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유(로빙)의 다발을 이용하여 상기 모노 필라멘트 섬유의 개수를 설정하고, 강화용 섬 유 다발의 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위를 만족시키도록 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 꼬임 피치(P)가 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위, 보다 바람직하게는 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에서는 2.5 (m/revㆍm) ≤ P ＜ 6.0 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키도록, 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에서는 6.0 (m/revㆍm) ≤ P ≤ 36 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도(θ)를 설정하고, 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 이렇게 하여 얻게 된 장섬유 스트랜드를 소정 길이로 절단함으로써 적절한 두께의 외주 표면 수지층이 형성된 장섬유 펠릿을 얻을 수 있다.
표1은 꼬임 각도(θ), 꼬임 피치(P), 장섬유 스트랜드 직경(d) 및 꼬임수(X)의 구체적 수치의 예를 나타내는 것이다.
[표1]
Figure 112007026728815-PAT00011
그리고, 발명자들은 장섬유 펠릿 단면(장섬유 스트랜드 단면)에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내는 지표인 비율(Af)을 발견하여, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)에 대응시켜 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내는 비율(Af)이 소정 범위를 만족시키도록 하였다. 이에 의해, 강화용 섬유 다발의 특성의 상이나, 제조 장치의 특성의 편차 등이 있어도 적절한 두께의 외주 표면 수지층이 형성된 장섬유 펠릿을 보다 확실하게 얻을 수 있다.
즉, 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내는 비율(Af)(％)은, 도6 및 도7에 도시한 바와 같이 장섬유 펠릿 단면(장섬유 스트랜드 단면)에 있어서의 상기 단면의 면적(Ss)(㎡)에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선(b)의 내측의 면적(Sfreal)(㎡)이 차지하는 비율(％)이다[또한, 도7에 있어서는 개략적으로 간략화하여 가상선(b)을 원으로 나타내고 있지만, 실제로는 도6에 나타낸 바와 같은 복잡한 선이 됨].
[식11]
Af ＝ (Sfreal/SS) × 100
비율(Af)은 임의의 장섬유 펠릿 단면(장섬유 스트랜드 단면)의 값에 대해, 사용되고 있는 모노 필라멘트 섬유의 수, 즉 체적 충전율(Vf)에 의존하는 동시에, 꼬임 피치(P)에 의해 변화된다. 즉, 체적 충전율(Vf)이 높아질수록 비율(Af)은 커지는 경향이 되고, 꼬임 피치(P)가 커질수록(꼬임수가 적어짐) 강화용 섬유 다발을 집속시키는 비틀림력이 작아지므로, 비율(Af)은 커진다.
그리고, 이 비율(Af)은 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위가 좋고, 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위인 것이 좋다.
즉, 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서 비율(Af)이 하한치 : (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％를 하회하면, 또한 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서 비율(Af)이 하한치 : (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％를 하회하면, 펠릿 단면 중앙부로 강화용 섬유 다발이 지나치게 모인 상태가 되어 장섬유 펠릿의 외주 표면 수지층의 두께가 과대하므로, 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산성이 나쁘기 때문에, 사출 성형품의 외관이나, 보강 효과를 충분히 발현하여 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 없다.
한편, 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서 비율(Af)이 그 상한치 95를 상회하면, 또한 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서 비율(Af)이 그 상한치 95를 상회하면, 펠릿 단면 주변부로 강화용 섬유 다발이 지나치게 분산된 상태가 되어 장섬유 펠릿의 외주 표면 수지층의 두께가 지나치게 얇아 부족하기 때문에, 장섬유 스트랜드의 제조 시에 모노 필라멘트 섬유의 파손이나 보 풀의 발생에 기인하는 장섬유 스트랜드의 파단을 일으키기 쉬워진다.
여기서, 비율(Af)에 관하여, 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서의 하한치 : (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ 및 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서의 하한치 : (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％는 이하의 순서로 유도한 것이다.
즉, (가) 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위에 있어서 꼬임 피치(P)를 다양하게 바꾸어 얻게 된 개개의 장섬유 펠릿에 대해 그 펠릿 단면의 SEM 관찰을 기초로 하여 장섬유 펠릿의 단면적(SS) 및 상기 펠릿 단면에 있어서의 상기 가상선(b)의 내측의 상기 면적(Sfreal)을 화상 처리 장치에 의해 실측하고, 상기한 식11로부터 비율(Af)을 구한다. (나) 상기 개개의 장섬유 펠릿에 대해 (Af/Vf)의 값을 산출한다. (Af/Vf)의 값은 설정된 상기 체적 충전율(Vf)에 대한 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내고 있다. (다) 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서, 양호한 사출 성형품을 얻을 수 있는 (Af/Vf)의 값의 하한을 구하고, 이들 값에 의한 경험식(회귀식)을 작성하고(도8 참조), (Af/Vf) ＝ －0.02 Vf ＋ 2.3이라는 관계로부터, 비율(Af)의 하한치 ＝ (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％로 한 것이다. (라) 또한, 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서, 양호한 사출 성형품을 얻을 수 있는 (Af/Vf)의 값의 하한을 구하고, 이들 값에 의한 경험식(회귀식)을 작성하고(도8 참조), (Af/Vf) ＝ －0.01 Vf ＋ 1.8이라는 관계로부터 비율(Af)의 하한치 ＝ (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％로 한 것이다.
이와 같이, 강화용 섬유 다발로서 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유(로빙)의 다발을 이용하여 상기 모노 필라멘트 섬유의 개수를 설정하고, 강화용 섬유 다발의 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위를 만족시키도록 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을, 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내는 비율(Af)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키도록, 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도를 설정하고, 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 이렇게 하여 얻게 된 장섬유 스트랜드를 소정 길이로 절단함으로써, 적절한 두께의 외주 표면 수지층이 형성된 장섬유 펠릿을 얻을 수 있다.
(실시예)
도1에 도시하는 제조 장치를 이용하여 열가소성 수지로서 폴리프로필렌(비중 : 0.9 g/㎤)을 사용하고, 글래스 섬유의 모노 필라멘트 섬유[비중 : 2.5 g/㎤, 섬유 직경(df) : 17 ㎛]를 사용하여 장섬유 스트랜드를 제조하고, 이를 절단하여 직경 3.0 ㎜ × 길이 6 ㎜의 장섬유 펠릿을 제조하였다.
이렇게 하여 얻게 된 장섬유 펠릿의 단면을 SEM(주사 전자 현미경) 관찰하고, 펠릿 단면에 있어서의 글래스 섬유 다발의 분포 상태(외주 표면 수지층의 두께 상태)를 관찰하는 동시에, 강화용 섬유 다발의 분산 상태를 나타내는 상기 비율(Af)(％)을 측정하였다. 또한, 후술의 표2에 있어서, 펠릿 단면에 있어서의 글래스 섬유 다발(강화용 섬유 다발)의 분포 상태의 평가는 외주 표면 수지층의 두께가 적절한 것[비율(Af)이 본 발명에서 규정하는 범위를 만족시키는 것]을 ○로 하고, 외주 표면 수지층의 두께가 적정 범위로부터 벗어나 있는 것을 ×로 하였다.
또한, 이렇게 하여 얻게 된 장섬유 펠릿을 성형 원료로서 사용하고, 형 체결력이 100톤인 사출 성형기(40 ㎜ø의 풀 플라이트형 스크류)를 이용하여 스트립형(길이 200 ㎜ × 폭 15 ㎜ × 두께 2 ㎜)의 시험편을 사출 성형하였다. 또한, 사출 성형품(스트립형 시험편)의 섬유 함유율이 20 ％가 되도록 실시예, 비교예의 각 펠릿을 적절하게 수지 펠릿으로 희석하여 사용하였다.
그리고, 사출 성형품(스트립형 시험편)의 표면 상태를 시인하여 관찰하고, 성형품 표면에 미분산의 글래스 섬유 다발이 존재하고 있는지 여부를 조사하였다. 또한, 후술의 표2에 있어서, 사출 성형품의 표면 상태의 평가는 미분산의 글래스 섬유 다발이 존재하고 있지 않은 양호한 것을 ○로 하고, 미분산의 글래스 섬유 다발이 존재하고 있는 것을 ×로 하였다.
제1 실시예는 제5 발명의 제조 방법에 의해 펠릿 직경이 3.0 ㎜, 체적 충전 율(Vf)이 42.2 ％, 꼬임 피치(P)가 5.44 m/revㆍm인 장섬유 펠릿을 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 상기 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 64 ％였다. 제2 실시예는 제6 발명의 제조 방법에 의해 펠릿 직경이 3.0 ㎜, 체적 충전율(Vf)이 42.2 ％, 꼬임 피치(P)가 8.62 m/revㆍm인 장섬유 펠릿을 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 상기 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 75 ％였다. 제3 실시예는 제6 발명의 제조 방법에 의해 펠릿 직경이 3.0 ㎜, 체적 충전율(Vf)이 42.2 ％, 꼬임 피치(P)가 17.82 m/revㆍm인 장섬유 펠릿을 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 상기 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 89 ％였다.
또한, 제4 실시예는 제6 발명의 제조 방법에 의해 펠릿 직경이 3.0 ㎜, 체적 충전율(Vf)이 59.0 ％, 꼬임 피치(P)가 3.72 m/revㆍm인 장섬유 펠릿을 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 상기 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 74 ％였다. 제5 실시예는 제6 발명의 제조 방법에 의해 펠릿 직경이 3.0 ㎜, 체적 충전율(Vf)이 29.7 ％, 꼬임 피치(P)가 17.82 m/revㆍm인 장섬유 펠릿을 제조하였다. 이렇게 하여 얻게 된 상기 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 81 ％였다.
제1 내지 제5 실시예에 대해 펠릿 단면에 있어서의 글래스 섬유 다발의 분포 상태(외주 표면 수지층의 두께 상태)의 관찰 결과 및 사출 성형품(스트립형 시험편)의 표면 상태의 관찰 결과를 표2에 나타낸다.
[표2]
Figure 112007026728815-PAT00012
표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 내지 제5 실시예 모두 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
한편, 제1 비교예는 제4 실시예에 대해 꼬임 피치(P)가 본 발명에서 규정하는 하한치(2.5 m/revㆍm)로부터 벗어난 것이다. 이로 인해, 제1 비교예의 장섬유 펠릿은 꼬임을 지나치게 건 상태(펠릿 단면 중앙부로 강화용 섬유 다발이 지나치게 모인 상태)이며 그 외주 표면 수지층의 두께가 과대했다. 그로 인해, 사출 성형 시에 가소화되기 어렵기 때문에, 성형품 표면에 미분산의 글래스 섬유 다발이 남아 있었다. 또한, 제1 비교예의 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 70 ％로, 본 발명에서 규정하는 비율(Af)의 하한치 71.4 ％를 하회하고 있었다.
또한, 제2 비교예는 제4 실시예에 대해 꼬임 피치(P)가 본 발명에서 규정하는 상한치(6.0 m/revㆍm 미만)로부터 벗어난 것이다. 이로 인해, 제2 비교예의 장섬유 펠릿은 꼬임이 불충분한 상태(펠릿 단면 주변부로 강화용 섬유 다발이 지나치게 분산된 상태)이며 그 외주 표면 수지층의 두께가 지나치게 얇은 것이었다. 그로 인해, 장섬유 스트랜드의 제조 시에 모노 필라멘트 섬유의 파손이나 보풀의 발 생에 기인하는 장섬유 스트랜드의 파단이 발생하였다. 또한, 제2 비교예의 장섬유 펠릿의 비율(Af)은 99 ％로, 본 발명에서 규정하는 비율(Af)의 상한치 95 ％를 상회하고 있었다.
또한, 제3 비교예는 체적 충전율(Vf)이 본 발명에서 규정하는 하한치(20 ％)로부터 벗어난 것이다. 이로 인해, 제3 비교예의 장섬유 펠릿은 강화용 섬유에 의한 보강 효과가 불충분한 것이고, 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 없는 것이었다. 또한, 상기 제3 비교예에서는 장섬유 스트랜드의 제조 시에 모노 필라멘트 섬유의 파손이나 보풀의 발생에 기인하는 장섬유 스트랜드의 파단은 발생하지 않았다.
또한, 제4 비교예는 체적 충전율(Vf)이 본 발명에서 규정하는 상한치(70 ％)로부터 벗어난 것이다. 이로 인해, 제4 비교예에서는 장섬유 펠릿의 제조 시에 강화용 섬유 다발이 지나치게 많기 때문에, 강화용 섬유 다발로의 용융 열가소성 수지의 함침이 곤란해져, 잡아 당김 저항이 증대되고 강화용 섬유 다발의 파단이 생겨 장섬유 스트랜드의 잡아 당김 운전을 할 수 없게 되었다.
본 발명에 따르면, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 소정 길이로 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 외주 표면 수지층이 적절한 두께를 갖고, 이에 의해 사출 성형품에 있어서의 강화용 섬유 다발의 분산성이 양호해, 사출 성형품의 외관이나, 보강 효과 를 충분히 발현하여 사출 성형품의 기계적 강도를 만족시킬 수 있는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지가 함침되면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발이 꼬임을 걸면서 잡아 당겨지고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발이 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발이고, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향에 수직인 방향의 펠릿 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위이고, P ＝ L/d(L : 1회전의 꼬임이 걸리는 막대형 조성물 길이, d : 막대형 조성물의 단면의 면적 상당 원직경)로 나타내는 꼬임 피치(P)가 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위에서 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿.
  2. 제1항에 있어서, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 2.5 (m/revㆍm) ≤ P ＜ 6.0 (m/revㆍm)의 범위에서 부여되어 있고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ＞ 20 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 6.0 (m/revㆍm) ≤ P ≤ 36 (m/revㆍm)의 범위에서 부여되어 있는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펠릿 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위이고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿.
  4. 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지가 함침되면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발이 꼬임을 걸면서 잡아 당겨지고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물이 절단되어 펠릿화된 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발이 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발이고, 상기 막대형 조성물에 있어서의 길이 방향에 수직인 방향의 펠릿 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위이고, 상기 펠릿 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위이고, 상기 체 적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위인 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿.
  5. 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물을 소정 길이로 절단하여 펠릿화하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발로서, 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발을 이용하고, 상기 모노 필라멘트 섬유의 개수를 설정하고, 막대형 조성물 길이 방향에 수직인 방향의 막대형 조성물 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위를 만족시키도록 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 P ＝ L/d(L : 1회전의 꼬임이 걸리는 막대형 조성물 길이, d : 막대형 조성물의 단면의 면적 상당 원직경)로 나타내는 꼬임 피치(P)가 2.5 내지 36 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도를 설정하여, 꼬임을 걸면서 잡아 당기는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 2.5 (m/revㆍm) ≤ P ＜ 6.0 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키 고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, 상기 꼬임 피치(P)가 6.0 (m/revㆍm) ≤ P ≤ 36 (m/revㆍm)의 범위를 만족시키도록 상기 꼬임 각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 막대형 조성물 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키도록 상기 꼬임 각도를 설정하는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법.
  8. 긴 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키면서, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 이것에 꼬임을 걸면서 잡아 당기고, 꼬임이 부여된 수지 함침 강화용 섬유 다발로 이루어지는 막대형 조성물을 소정 길이로 절단하여 펠릿화하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법에 있어서, 상기 강화용 섬유 다발로서, 직경 4 내지 30 ㎛인 모노 필라멘트 섬유의 다발을 이용하고, 상기 모노 필라멘트 섬유의 개수를 설정하고, 막대형 조성물 길이 방향에 수직인 방향의 막대형 조성물 단면의 단면적 중에 차지하는 강화용 섬유 다발의 단면적의 비율인 체적 충전율(Vf)이 70 ％ 내지 20 ％의 범위를 만족시키도록 강화용 섬유 다발에 용융 열가소성 수지를 함침시키는 동시에, 상기 수지 함침 강화용 섬유 다발을 상기 막대형 조성물 단면에 있어서의 상기 단면의 면적에 대해 상기 단면에 있어서의 강화용 섬유 다발의 최외주 부분을 둘러싸는 가상선의 내측의 면적이 차지하는 비율(Af)이, 상기 체적 충전율(Vf)이 70 ％ ≥ Vf ＞ 50 ％에 있어서는, (1.8 Vf － 0.01 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키고, 상기 체적 충전율(Vf)이 50 ％ ≥ Vf ≥ 20 ％에 있어서는, (2.3 Vf － 0.02 Vf 2)％ ≤ Af ≤ 95 ％의 범위를 만족시키도록 꼬임 각도를 설정하여, 꼬임을 걸면서 잡아 당기는 것을 특징으로 하는 장섬유 강화 열가소성 수지 펠릿의 제조 방법.
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