WO1998052736A1

WO1998052736A1 - Screw and apparatus for plasticizing fiber-reinforced thermoplastic resins, and method and product of molding the resins

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Publication number: WO1998052736A1
Application number: PCT/JP1998/002265
Authority: WO
Inventors: Kenichi Uehara; Shigeru Takano; Yoshikazu Asano; Masanori Amano
Original assignee: Kawasaki Steel Corporation; Hitachi Metals, Ltd.
Priority date: 1997-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 1998-11-26
Also published as: CA2261584C; CA2261584A1; EP0920971A1; JPH1134131A; EP0920971A4; US6228308B1; JP3755293B2

Description

明細書繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュ、可塑化装置、成形方法および成形体技術分野

本発明は、繊維強化熱可塑性樹脂を可塑化する際に用いるスクリュ、該スクリュを装着した可塑化装置、該可塑化装置を用いて可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を成形する方法および該方法で成形して得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体に関するものである。背景技術

長繊維強化熱可塑性樹脂ペレツトは、溶融樹脂をガラス繊維などの強化用連続繊維束に含浸させ、カツトして製造されるもので、ペレツ卜と等しい長さの強化用繊維を含んでいる特徴を有する。

したがって、長繊維強化熱可塑性樹脂ペレツトを射出成形法などで成形して得られた成形体中の残存繊維の長さは、短繊維強化熱可塑性樹脂の成形体中の残存繊維の長さに比べて長いため、連続繊維強化コンポジットと同様の極めて優れた機械的特性、耐久性を有しながら、短繊維強化熱可塑性樹脂と同様の成形性を有する。

しかしながら、長繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化は、強化用繊維の配合を目的としない一般的な熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュを装着した可塑化装置を用い、一般的な成形条件で行われているのが現状である。このため、可塑化時に強化用繊維が破断して短くなつたり、強化用繊維の破断を抑えるため剪断力などを弱めると、クランプ（繊維束が未開繊の状態を言う）が残存する問題があつた o

図 3および図 4は、従来より使用されている熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュの構造の 1例を示す側面図である。図において、 1はスクリュ、 S f は樹脂を加熱し、移送する供給部、 S cは供給部 S f から移送され、加熱された樹脂を溶融、混練する圧縮部、 Smは圧縮部 S cから移送され、溶融、混練された樹脂をノズル 6へ移送する計量部、 L f は供給部 S f のスクリュリ一ド長さ、 Ld、 Lc₂、 Lc, は圧縮部 S cの 1番目、 2番目、 i番目のスクリュリ一ドの長さ、 Lmは計量部 Smのスクリュリ一ド長さ、 H f は供給部 S f のスクリュ溝深さ、 Hmは計量部 Smのスクリュ溝深さ、 Wf は供給部 S f のスクリュ溝幅、 Wc , は圧縮部 S cのスクリュ溝幅、 Wmは計量部 Smのスクリュ溝幅、 Dはスクリュ直径を示す。

供給部 S f とは、ホッパ 7から投入された材料を前方に移動させながら、予熱し、次の圧縮部 S cに送り込む部分を言い、圧縮部 S cとは、剪断作用と外部加熱によって樹脂を溶融し、樹脂圧を発生させて次の計量部 Smに送る部分を言い、計量部 Smとは、溶融された樹脂を完全に混練して均一化する部分を言

Ό ο

スクリュリード長さとは、樹脂が 1 00%スクリュ溝に充塡されていると仮定し、スクリュが 1回転するときの樹脂が軸方向に進む距離を言う。

スクリュ直径 Dは、供給部 S f から計量部 Smまでの全長にわたり、通常は一定である。スクリュ直径 Dに対するスクリュ 1の全長 Lの割合、すなわち L/D は 1 5〜2 5が一般的である。供給部 S f 、圧縮部 S c、計量部 Smの長さの割合は 2 ： 1 ： 1〜3 ： 2 ： 1が一般的である。

従来のスクリュ 1では、供給部 S f のスクリュ溝深さ H f が計量部 Smのスクリュ溝深さ Hmより大であり、スクリュ先端方向における溝深さの減少によるスクリュ溝断面積の減少によって、樹脂の溶融、混練に必要な剪断力が発生す o

スクリュ溝深さは、供給部 S f で 0. 1 3 D〜0. 1 80、計量部3：11で 0. 0 3〜 0 8 Dであり、「供給部 S f のスクリュ溝深さ H f Z計量部 Sm のスクリュ溝深さ Hm」で示される圧縮比は 1. 8〜3. 5が一般的である。圧縮比が大きいほど圧縮部 S c近傍からの剪断力が大きくなる。スクリュリ一ド長さは 9 D〜1. 1 Dであり、供給部 S f から計量部 Smまで一定である。次に、前記した可塑化用スクリュを用いた熱可塑性樹脂の可塑化装置について説明する。

熱可塑性樹脂は、通常図 4に示す可塑化装置で可塑化され、図 5に示すように取り付けた金型 9 a, 9 bに射出され、成形体に成形される。なお、図 4および図 5において、 1はスクリュ、 2は逆流防止装置、 3はスクリュへッド、 4はシリンダ、 4 aはシリンダヘッド、 5はヒ一夕、 6はノズル、 7はホッノ、 8はスクリュ回転用の回転装置および油圧装置などのスクリュ前後進用駆動装置、 9 a、 9 bは金型、 1 0はキヤビティを示す。

本発明者らの知見では、繊維長 9 mmの長繊維強化熱可塑性樹脂を、従来の熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュが装着された可塑化装置を用いて一般的な成形条件で成形すると、スクリュ各部分において強い剪断力を受けるので、クランプの発生は抑制されるが、成形体中の残存繊維の長さは 0 . 5 mm程度まで低下してしまうことが判った。したがって、得られた成形体の機械的特性は、短繊維強化熱可塑性樹脂（繊維長：約 0 . 3 mm) から成形された成形体の場合と殆ど変わらなかった。

これに対して、特開平 2— 2 9 2 0 0 8号公報に、スクリュ溝深さをスクリュ全長にわたり 5 mm以上とすることで、可塑化時の繊維破断を防ぐ方法が開示されている。この方法では、成形体中の残存繊維の長さの低下防止効果はある程度認められる力得られた成形体の機械的特性の向上は殆ど見られない。

さらに、同公報に示されている、スクリュの全長 Lと直径 Dの比 L /Dを？〜 1 5に制限する規定は、スクリュによって発生する剪断力が長繊維強化熱可塑性樹脂へ負荷される時間を短縮する効果があるが、一方では、スクリュ全体で長繊維強化熱可塑性樹脂が受ける全剪断力が小さくなるため、クランプが残存する可能性が高く、成形体の強度低下の原因である応力集中等が起こり好ましくない。

この点を改善する方法として、特開平 8 — 1 9 7 5 9 7号公報に、計量部の先に二一ディングディスク等を設けることにより、スクリュの剪断力が低い場合に残存するクランプを解消する方法が開示されている。しかしながら、成形体中の残存繊維の長さおよび機械的特性について、定量的な結果の記述が殆どなされておらず、その効果が明確でない。さらに、この方法では可塑化能力の低下によつて、樹脂の種類によっては、可塑化できない可能性があり、樹脂に応じてスクリュを交換する必要が生じ、作業が煩雑になり好ましくない。

前記したように、繊維強化熱可塑性樹脂を、従来の可塑化用スクリュが装着された可塑化装置を用いて成形すると、クランプの発生が抑制されるものの、スクリュの供給部、圧縮部、計量部で強化用繊維の破断が起こるため、残存繊維の長さが短くなり、機械的強度が十分でないという問題点があった。また繊維の破断を防ぐために剪断力を低下させたスクリュの場合は、繊維の破断を防ぐことはできる力、クランプが残存したり、可塑化能力の低下により、樹脂を可塑化できない場合も生じる。

本発明は、前記した従来技術の問題点を解決し、強化用長繊維の破断とクランプの発生の両方を抑制することが可能な繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュ、該スクリュを用いた可塑化装置、該可塑化装置を用いた繊維強化熱可塑性樹脂の成形方法およびその成形方法によって強化用繊維による補強効果が大きい成形体を提供することを目的とする。発明の開示

本発明者らは、かかる課題を解決するため、繊維強化熱可塑性樹脂の溶融、混練を行う可塑化装置の可塑化用スクリュに関して鋭意検討した結果、圧縮部 S c における各スクリュリ一ド長さ L c i を、スクリュ先端方向に向かって減少せしめることにより、前記した問題点の解決が可能なことを見出し、本発明に至った。

したがって本発明の第 1発明は、繊維強化熱可塑性樹脂を加熱し、移送する供給部 S f と、該供給部 S f から移送され、加熱された該樹脂を溶融、混練する圧縮部 S cと、該圧縮部 S cから移送され、溶融、混練された該樹脂をノズル 6へ移送する計量部 S mとからなる繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュであつて、圧縮部 S cにおける各スクリュリード長さ L c , を、スクリュ先端に向かうに従つて、減少せしめたことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュである。

第 1発明において、圧縮部 S cにおける各スクリュリード長さ L c i を、スクリュ先端に向かうに従って、減少せしめる方法として、階段的に減少せしめても良いし、連続的に減少させても良い。連続的に減少させる場合は、一定の勾配で減少させても良く、勾配を途中で変化させても良い。なお本発明の説明において、部品名等を示す符号は、特に断らないかぎり、先に説明した図 3、図 4、図 5の場合と同じである。

これにより剪断力を低減させることができるので、強化用繊維の破断がなく、残存繊維の長さの低下が防止され、さらに、スクリュ溝深さを極端に大きくしなくとも、繊維破断を抑制できるため、クランプの残存を解消することもできる。その結果、成形体の機械的特性を著しく向上できる。

第 1発明において、計量部 Smのスクリュリ一ド長さ Lmを供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f より短くすれば、すなわち下記式 [1] を満足するようにすれば、より好ましい結果が得られる。

計量部 Smのスクリュリ一ド長さ Lmく供給部 S ίのスクリュリ一ド長さ L f

• · · [1] また、第 1発明において、スクリュリ一ド長さがさらに下記式 [2] および [3] を満足し、かつ供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f と計量部 Smのスクリュ溝断面積 Amとの比が下記式 [4] を満足するようにすれば、より一段と好ましい結果が得られる。 0. 9 D≤供給部 S f のスクリュリード長さ L f ≤ 1. I D

• · · [2]

0. 4 D≤計量部 Smのスクリュリ一ド長さ Lmく 1. 1 D

• · · [3]

1 < [供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f ] Z [計量部 Smのスクリュ溝断面積 Am] ≤ 2. 5 · · · [4] ここで、 Dはスクリュ直径、 A f は供給部 S f のスクリュ溝深さ H f X供給部 S f のスクリュ溝幅 Wf で表される面積の平均値、 Amは計量部 Smのスクリュ溝深さ Hmx計量部 Smのスクリュ溝幅 Wmで表される面積の平均値を意味する。

また、第 1の発明において、供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f と計量部 Smのスクリュリード長さ Lmとの比 L f ZLmが 1. 0 7〜2. 5 0であることがより好ましく、さらに 1. 1 3〜1. 8 0であるのが好ましい。

またスクリュ直径 Dは、スクリュの少なくとも一部分で変えることができるが、スクリュ全長において一定であるのが好ましい。

供給部 S f における各スクリュリ一ド長さ L f および各スクリュ溝深さ H f はいずれも各々一定であるのが好ましい。さらに計量部 Smにおける各スクリュリード長さ Lmおよび各スクリュ溝深さ Hmはいずれも一定であるのが好ましい。

供給部 S f における各スクリュリ一ド長さ L f 、計量部 S mのスクリュリ一ド長さ Lmが一定でない場合は、 L f、 Lmは平均値を示し、供給部 S f の各スクリュ溝深さ H f 、計量部 Smの各スクリュ溝深さ Hmが一定でない場合は、 H f 、 H mは平均値を示し、また供給部 S ίのスクリュ溝幅 W f および計量部 S mのスクリュ溝幅 Wmが一定でない場合は、 W f 、 Wmは平均値を示す。供給部 S f のスクリュ溝深さ H f と計量部 S mのスクリュ溝深さ H mは、 H f ≥Hmであるのが好ましく、特には、その比 H ί ZH mが 1〜2 . 3であることが好ましい。 H f /Hmが 1未満の場合は、剪断力が小さくなり、可塑化が十分行われず、クランプが発生する可能性があり、また樹脂圧縮が弱いため、成形体中に気泡が巻き込まれることもある。逆に H f ZHmが 2 . 3を越える場合は、剪断力が大きくなり、クランプの発生は抑制される力可塑化時に強化用繊維の破断が生じやすくなり、残存繊維の長さが短くなりやすい。

本発明の第 2発明は、スクリュ 1、スクリュヘッド 3と、前記スクリュ 1およびスクリュへッド 3の外周部に設けられたシリンダ 4およびシリンダへッド 4 a と、該シリンダへッド 4 aの先端に取り付けられたノズル 6と、少なくともシリンダ 4の先端に取り付けられたヒータ 5と、スクリュ 1に繊維強化熱可塑性樹脂を供給するためのホッパ 7と、スクリュ回転用の回転装置および可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を吐出するためのスクリュ前後進用駆動装置 8とを有する繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置であって、スクリュ 1力前記した第 1発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュであることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置である。

本発明の第 3発明は、前記第 2発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置を用いて可塑化した繊維強化熱可塑性樹脂を金型内に吐出し、成形することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法である。本発明の第 4発明は、前記第 3発明の成形方法で成形して得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュの 1例を示す側面図であり、図 2は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュの他の 1 例を示す側面図であり、図 3は、従来の可塑化用スクリュの 1例を示す側面図であり、図 4は、可塑化装置の 1例を示す側面図であり、図 5は、射出成形機の 1 例を示す側面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明のスクリュ形状と従来のスクリュ形状との差を示すために、本発明のスクリュを示す図 1および図 2と従来のスクリュを示す図 3とを対比しながら説明する。

図 1および図 2は、本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュの 1例を示す側面図であり、 L c , は圧縮部 S cにおける各スクリュリ一ド長さを示し、その他の符号は図 3と同一の内容を示す。図 1は、スクリュ溝深さがスクリュ長さ方向で同一のタイプであり、図 2は、スクリュ溝深さが計量部 S mと供給部 S f で異なるタイプである。図 1および図 2に示すスクリュ 1は、いずれも圧縮部 S cにおける各スクリュリ一ド長さ L c , が、スクリュ先端に向かうに従って減少する構造になっている。供給部 S f のスクリュリ一ドは 1 0〜1 6 個、圧縮部 S cのスクリュリ一ドは 6〜 1 0個、計量部 S mのスクリュリ一ドは 5〜1 0個である。これに対して、図 3に示す従来のスクリュ 1は、前記したようにスクリュリ一ド長さは、スクリュの長さ方向で一定であり、また圧縮部 S cにおいてスクリュリ溝深さ H eがスクリュ先端に向かうに従って減少する構造になっている。従来のスクリュ形状の場合、スクリュリ溝深さを極端に大きくしないと強化用繊維の破断を制御することができず、またスクリュ溝深さを大きくした場合、剪断力が不足するためクランプが残存しゃすい。

このような従来の可塑化用スクリュに対し、本発明の可塑化用スクリュは、圧縮部 S cにおける各スクリュリ一ド長さ L c i 力 \ スクリュ先端に向かうに従つて減少する構造としたことに特徴がある。これによつて、十分な可塑化能力が得られるので、クランプの発生を防ぎながら、繊維破断を抑制する効果が得られる。さらに、脱泡を促進し、成形体中の気泡を減少できる。

圧縮部 S cにおける各スクリュリード長さ L c , の減少の方法は、連続または不連続で減少させても良く、部分毎に分けてステップワイズに減少させても良いし、一定の勾配で連続的に減少させても良い。すなわち、圧縮部 S cにおけるスクリュリ一ドが n個で、供給部 S f に最も近い圧縮部 S cにおけるスクリュリ一ドのスクリュリ一ド長さを L c , 、計量部 S mに最も近い圧縮部 S cにおけるスクリュリ一ドのスクリュリ一ド長さを L c„ とした場合、下記式 [ 8 ] を満足することが好ましい。

L c I ≥ L c 2 ≥ L c i > L c , + 1 > L c , + 2 >

≥L c„- , ≥L c„ · · · [ 8 ] またさらに、本発明のスクリュ 1のスクリユリ一ド長さが下記式 [ 1 ] を満足する構造とするのが好ましい。計量部 Smのスクリュリード長さ Lm<供給部 S f のスクリュリード長さ L f

• · · [1] 計量部 S mのスクリュリ一ド長さ L mが、供給部 S f のスクリュリード長さ f と等しいか、もしくは供給部 S f のスクリュリード長さ L f より長い場合、可塑化能力が低下し、クランプが残存しやすい。また脱泡が不十分になり、成形体中に気泡が残存しやすくなる。

また本発明においては、可塑化時の強化用繊維の破断を防止し、残存繊維の長さを長くし、クランプ発生を抑制するために、供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f と計量部 S mのスクリュリ一ド長さ Lmとの比である L f /Lm 力 \ 1. 07〜2. 5 0であることがより好ましく、さらに好ましくは 1. 1 3 〜 1. 8 0である。 L f /Lmが 2. 5 0を越える場合は、剪断力が大きくなり、可塑化時に強化用繊維の破断が生じ、残存繊維の長さが短くなり好ましくない。 L f/Lrr^ l. 07未満の場合は剪断力が小さくなり、可塑化が十分に行われず、クランプが発生しやすくなり、好ましくない。

また計量部 Smのスクリュ溝深さ Hmが供給部 S f のスクリュ溝深さ H f を越えて深いと、可塑化能力が低下し、クランプが残存しやすくなる。

本発明におけるスクリュ 1は、スクリュリ一ド長さがさらに加えて、下記式 [2] 、 [3] を満足し、かつ供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f と計量部 Smのスクリュ溝断面積 Amとの比が下記式 [4] を満足するようにすれば、より好ましい結果が得られる。

0. 9 D≤供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f ≤ 1. I D

• · · [2] 0. 4 D≤計量部 Smのスクリュリ一ド長さ Lmく 1. 1 D

• · · C 3 ]

1 < [供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f ] Z [計量部 S mのスクリュ溝断面積 Am] ≤ 2. 5 · · · [4] ここで、 Dはスクリュ直径、 A f は供給部 S f のスクリュ溝深さ H f X供給部 S f のスクリュ溝幅 Wfで表される面積の平均値、 Amは計量部 Smのスクリュ溝深さ Hmx計量部 Smのスクリュ溝幅 Wmで表される面積の平均値を意味する。

供給部 S ίのスクリュリード長さ L fが 1. 1 Dより大きいと、可塑化能力が低下し、クランプが残存しやすく、 0. 9 Dより小さいと剪断力が大きくなり、繊維破断を起こしやすく、好ましくない。

また計量部 S mのスクリュリ一ド長さ L が 1. 1 D以上の場合、供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f より大きくなるため、可塑化能力が低下し、クランプが残存しやすく、逆に 0. 4Dより小さいと剪断力が大きくなり、繊維破断を起こしゃすく、好ましくない。

供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f と計量部 Smのスクリュ溝断面積 Amとの比が 1以下の場合、可塑化能力が低下し、クランプが残存しやすく、逆に 2. 5 Dより大きいと剪断力が大きくなり、繊維破断を起こしやすく、好ましくない。

また本発明に係わるスクリュは、供給部 S f、圧縮部 S c、計量部 Smの各部の長さの割合が、 S f ： S c ： Sm= 2 ： 1 ： 1〜3 ： 2 ： 1であるのが好ましい。スクリュはスクリュの製造に使用される通常の材料を用いて製造される。本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置は、図 4に示すように、スクリュ 1およびスクリュへッド 3と、スクリュ 1およびスクリュへッド 3の外周部に設けたシリンダ 4およびシリンダへッド 4 aと、シリンダへッド 4 aの先端に取り付けられたノズル 6と、少なくともシリンダ 4に取り付けられたヒータ 5と、シリンダ 4内のスクリュ 1に繊維強化熱可塑性樹脂を供給するためのホッパ 7と、スクリュ回転用の回転装置および可塑化された繊維強化熱可塑性樹脂を射出するためのスクリュ前後進用駆動装置 8とを有し、前記した本発明のスクリュ 1を装着した可塑化装置である。

シリンダ 4の内径とスクリュ 1の直径 Dとの差、即ちクリアランスは一般の可塑化装置の場合と同様であるが、直径 Dの 1 Z 1 0 0 0〜1 / 1 0 0であるのが好ましい。スクリュ 1とスクリュヘッド 3との間に、逆流防止装置 2を設けることが好ましい。逆流防止装置 2としては、チヱックリング、ボールチヱック等が例示される。

本発明の繊維強化熱可塑性樹脂の成形方法は、図 5に示すように、前記の本発明の可塑化装置を用いて可塑化した繊維強化熱可塑性樹脂を金型 9 a、 9 b内に吐出し、成形する方法である。本発明においては、金型の構造等の金型の仕様に制限はない。

長繊維強化熱可塑性樹脂として、例えば、強化用連続繊維束へ熱可塑性樹脂を含浸させ、ペレツト状に切断して製造される。含浸方法に制限はなく、下記の方法が例示される。

( 1 ) 熱可塑性樹脂のェマルジヨンを強化用連続繊維束に含浸させ、乾燥させる方法。

( 2 ) 熱可塑性樹脂の懸濁液を強化用連続繊維束に付着させ、乾燥後、加熱溶融し、含浸させる方法。

( 3 ) 強化用連続繊維束を帯電させて、熱可塑性樹脂粉末を付着させた後、加熱溶融し、含浸させる方法。

( 4 ) 熱可塑性樹脂を溶媒に溶解した溶液を、強化用連続繊維束に含浸さた後、溶媒を除去する方法。

( 5 ) 熱可塑性樹脂の連続繊維と強化用連続繊維の混合繊維を加熱し、溶融した熱可塑性樹脂を強化用連続繊維に含浸させる方法。

( 6 ) バ一、ロール、ダイス上で、強化用連続繊維束を開繊させながら、熱可塑性樹脂を含浸させる方法。

これらの方法のうち、装置およびプロセスの簡便さから、上記（6 ) の方法が最適である。

以上の方法で得られた樹脂を含浸した強化用連続繊維束、いわゆる樹脂ストランドは冷却後、所望の長さにカツ卜される。得られたペレットには、強化用繊維がペレツトと同一長さで繊維同士が平行に整列した状態で存在する。

本発明において好適に使用される長繊維強化熱可塑性樹脂のペレツ卜の形状は、どのような形状でも差し支えなく、例えば切断面が円形、楕円形、四角形等が例示される。ァスぺクト比（ペレツト長さと切断面の直径との割合）で示すと、好ましくは 0 . 1〜2 0、より好ましくは 0 . 2〜1 5である。

繊維強化熱可塑性樹脂の原料に使用される熱可塑性樹脂に制限はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ナイロン 6、ナイロン 6 6等のポリアミド類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレ一ト等のポリエステル類等が例示される。

繊維強化熱可塑性樹脂の原料に使用される強化用繊維に制限はなく、ガラス繊維、炭素繊維、スチール繊維、ステンレス繊維等を例示することができる。繊維長は特に制限されないが、本発明のスクリュは、繊維の破断を防止できるので、長繊維であるのがより好ましい。

本発明の成形方法は、可塑化装置が殆ど共通している射出成形、射出圧縮成形、射出プレス成形、ガスアシスト成形等の射出成形系に好適であり、さらに押出成形、ブロー成形等に用いても良い。射出成形系の成形の場合は、繊維破断とクランプ発生を抑制するのみならず、成形体中の気泡の発生が抑えられ成形体の外面が平滑になるので、特に好ましい。またプランジャータイプ射出成形機等のようにスクリュを複数有する場合にも適用できる。

繊維強化熱可塑性樹脂を可塑化する条件は次のように例示される。

温度（樹脂の融点 + 2 0 °C) 〜（樹脂の融点 + 8 0 °C) 射出速度 1 0〜 1 0 0 mm/秒

背圧 1 0 k g f Z c m² 未満

スクリュ回転数 1 0〜 1 0 0 r p m

本発明のスクリュを装着した可塑化装置は、スクリュリ一ド長さがスクリュの全長で一定で、スクリュ溝深さが圧縮部において徐々に減少する従来の可塑化装置に対して、スクリュ溝深さを極端に大きくしなくても繊維破断が抑制され、また十分な剪断力が得られるため、クランプが残存しない。その結果、本発明によれば、残存繊維の長さが長く、また機械的特性も大きく向上した成形体を容易に得ることが可能である。さらに本発明のスクリュを用いることにより、可塑化時間が短くなり、生産性を向上させることができる。実施例

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。実施例 1 ~ 3

本発明において得られた成形体の評価方法を下記する。

i. 残存繊維長

縦 X横 X高さが 20 Omm X I 50 mmX 4. 5 mmの平板状成形体を射出成形で得、この平板状成形体の中央から縦 X横が 4 Ommx 40 mmの試験片を切り出した。これを 60 0 °Cで 2時間焼成し、投影機を用いて、 3 00本の繊維長を測定し、下記式 [9] に従って重量平均繊維長を算出した。

残存重量平均繊維長 = [∑ (W, XL, ) ] / [∑ (W, ) ]

• · · [9] ここで Wi は残存繊維の重量、 L, は残存繊維長である。

ϋ. 引張試験

J I S K 7 0 54による。以下の試験を含め、試験片は上記の射出成形により得られた平板状成形体から各試験片を切り出し、調製した。

iii. 曲げ試験

J I S K 7 05 5による。 iv . アイゾット衝撃試験

J I S K 7 1 1 0による。

v . 可塑化時間

射出成形時に、設定された体積と同量の溶融した樹脂を得るのに要する時間を測定した。

vi . 成形体の外観

縦 X横 X高さが 2 0 0 mm 1 5 0 mm x 4 . 5 mmの射出成形で得た平板状成形体を画像解析により観察し、クランプの面積率によって、下記基準に基づき評価した。

良好クランプ面積率が 5 %未満の場合

不良クランプ面積率が 5 %以上の場合

図 4に示す型締め力が 2 0 0 トン、スクリュ直径 Dが 5 0 mm 0、スクリュ全長 Lが 1 1 5 O mm ( L /D = 2 3 ) 、スクリュ前後進用駆動装置 8が油圧式の可塑化装置に、スクリュリ一ド長さがスクリュ 1の全長にわたり減少するタイプ、スクリュリード長さが圧縮部 S cと計量部 S mで減少するタイプ、スクリュリード長さが供給部 S f と圧縮部 S cで減少するタイプのスクリュをそれぞれ装着した。表 1に各スクリュの仕様を示した。

ポリプロピレン（融点 1 6 0 °C) にガラス繊維を 4 0重量％混合して得たペレツト長さ 9 mmで、ペレツト中の強化用繊維長さが 9 mmの長繊維強化熱可塑性樹脂べレットを、ホッパ 7に供給した。スクリュヘッド 3、シリンダへッド 4 aを未装着の状態で、シリンダ温度 2 4 0 °C、スクリュ回転数 5 0 r p mの条件下、スクリュを 3 0秒間回転させた後、シリンダから吐出される長繊維強化熱可塑性樹脂を 5分間サンプリングし、その中の残存繊維の長さおよび未溶融ペレツ卜の有無を目視で観察した。結果を表 1に示す。

表 1

スクリュリ - -ド長さ (mm)

残存繊維長未溶融

5十 J¾口 L m

(mm) ベレットの有無

L_m 1 Lm2 Lm3 ■Lm 4 m 5 Lm6 Lm7 Lm8 Lm 9 Lml 0

1 34.8 34.3 33.8 33.4 32.9 32.4 32.0 31.5 7.64 無し施 2 37.8 36.9 36 35.1 34.2 33.3 32.4 31.5 8.02 無し例 3 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 31.5 7.81 無し

実施例 4〜 6

図 4に示す型締め力が 2 0 0 トン、スクリュ直径 Dが 5 0 mm、スクリュ全長 Lが 1 1 5 O mm ( L /D = 2 3 ) 、スクリュ前後進用駆動装置 8が油圧式の可塑化装置に、計量部 S mのスクリュリ一ド長 L mを供給部 S f のスクリュリ一ド長 L mに合わせて長くしたタイプ、計量部 S mのスクリュリード長 L mが供給部 S f のスクリュリ一ド長 L mより長いタイプ、供給部 S f のスクリュリ一ド長 L mが計量部 S mのスクリュリ一ド長 L mに合わせて短くしたタイプのスクリュをそれぞれ装着した。表 2に各スクリュの仕様を示した。

ポリプロピレン（融点 1 6 0 °C) にガラス繊維を 4 0重量％混合して得たペレツト長さ 9 mmで、ペレツト中の強化用繊維長さが 9 mmの長繊維強化熱可塑性樹脂べレットを、ホッパ 7に供給した。スクリュヘッド 3、シリンダへッド 4 aを未装着の状態で、シリンダ温度 2 4 0 °C、スクリュ回転数 5 0 r p mの条件下、スクリュを 3 0秒間回転させた後、シリンダから吐出される長繊維強化熱可塑性樹脂を 5分間サンプリングし、その中の残存繊維の長さおよび未溶融ペレットの有無を目視で観察した。結果を表 2に示す。

スクリュリード長さ（mm)

残存未溶圧縮部 L c 繊維長へレツ卜供給部 L ί 計量部 L m の有

Lei Lc2 Lc3 Lc4 Lee Lee Lc₇ Lcs (mm)

実施例 4 45.0 43.5 42.0 40.5 39.0 37.5 36.0 34.5 33.0 45.0 7.93 無し実施例 5 31.5 43.5 42.0 40.5 39.0 37.5 36.0 34.5 33.0 45.0 7.65 無し実施例 6 31.5 43.5 42.0 40.5 39.0 37.5 36.0 34.5 33.0 31.5 7.60 無し

実施例 7〜 2 7、比較例 1〜 3

図 4に示す型締め力が 2 0 0 トン、スクリュ直径 Dが 5 0 mm、スクリュ全長 Lが 1 1 5 Omm (L/D= 2 3) 、スクリュ前後進用駆動装置 8が油圧式の可塑化装置に、スクリュ形状が図 1のタイプ（実施例？〜 1 6) 、図 2のタイプ（実施例 1 7〜 2 7 ) および図 3のタイプ（比較例 1〜 3 ) で、表 3に示す仕様のスクリュをそれぞれ装着した。

表 3— 1 (その 1 )

備考）スクリュ全長（L) =1150瞧 1) Hf 供給部の各スクリュ溝深さ一定実施例 1〜10 〔スクリュ形状：図 1〕スクリュ直径（D) =50隱 ø 2) He * ：圧縮部の各スクリュ溝深さ一定供給部の各スクリュ溝幅 Wf ：一定スクリュ各部の長さの比 «：圧縮部の各スクリュ溝深さは、圧縮部の各スクリュ溝幅 Wci

〔供給部：圧縮部：計量部〕計量部に向かうに従って減少：計量部に向かうに従って減少 = 2 : 1 : 1 3) Hm 計量部の各スクリュ溝深さ一定計量部の各スクリュ溝幅 Wm :—定

4) Lf 供給部の各スクリュリード長さ一定

5) Lm 計量部の各スクリュリード長さ一定

表 3— 1 (その 2)

スクリュリ -ド長さ (mm) スクリュスクリュスクリュ溝断面禾貝溝深さ計量部の比さの比の比

Lm ⁵⁾ Af/Am li/lm HfZHm 実施例 7 20.0(0.40D) 2.25 2.25 1 実施例 8 31.5(0.63D) 1.43 1.43 1 実施例 9 40.0(0.80D) 1.13 1.13 1 実施例 10 42.0(0.84D) 1.07 1.07 1 実施例 11 35.0(0.70D) 1.43 1.43 1 実施例 12 38.5(0.77D) 1.43 1.43 1 実施例 13 31.5(0.63D) 1.43 1.43 実施例 14 31.5(0.63D) 1.43 1.43 実施例 15 31.5(0.63D) 1.43 1.43 実施例 16 31.5(0.63D) 1.43 1.43

表 3— 2 (その 1 )

備考）スクリュ全長（L) = 1150mm 1) Hf 供給部の各スクリュ溝深さ一定実施例 11〜21 〔スクリュ形状：図 2〕スクリュ直径（D) = 5Omm 0 2) He n：圧縮部の各スクリュ溝深さは、供給部の各スクリュ溝幅 Wf ：一定スクリュ各部の長さの比計量部に向かうに従って減少圧縮部の各スクリュ溝幅 Wci

〔供給部：圧縮部：計量部〕 3) Hm 計量部の各スクリュ溝深さ一定：計量部に向かうに従って減少 = 2 : 1 : 1 4) Lf 供給部の各スクリュリ一ド長さ一定計量部の各スクリュ溝幅 Wm：一定

5) Lm 計量部の各スクリュリ一ド長さ一定

es/86z.z90/df/l Ss86 -

Q

表 3 — 3 (その 1 )

備考）スクリュ全長（L) =1150隱 1) Hf 供給部の各スクリュ溝深さ一定比較例 1〜3 〔スクリュ形状：図 3〕スクリュ直径（D) =5Omm 2) He * ：圧縮部の各スクリュ溝深さ一定供給部の各スクリュ溝幅 Wf スクリュ各部の長さの比 it：圧縮部の各スクリュ溝深さは、圧縮部の各スクリュ溝幅 Wci 〔供給部：圧縮部：計量部〕計量部に向かうに従って減少計量部の各スクリュ溝幅 Wm

= 2 : 1 : 1 3) Hm 計量部の各スクリュ溝深さ一定

4) If 供給部の各スクリュリ一ド長さ一定

5) Lm 計量部の各スクリュリ一ド長さ一定

定定定表 3— 3 (その 2 )

ポリプロピレン（融点 1 6 0 °C) にガラス繊維を 4 0重量％混合して得たぺレット長さ 9 mmで、ペレツト中の強化用繊維長さが 9 mmの長繊維強化熱可塑性樹脂ペレツトを、ホッパ 7に供給した。スクリュへッド 3、シリンダへッド 4 a を未装着の状態で、シリンダ温度 2 4 0 °C、スクリュ回転数 5 0 r p mの条件下、スクリュを 3 0秒間回転させた後、シリンダから吐出される長繊維強化熱可塑性樹脂を 5秒間サンプリングし、その中の残存繊維の長さおよび未溶融ペレツトの有無を目視で観察した。結果を表 4に示す。

表 4

次にスクリュヘッド 3、シリンダヘッド 4 aを装着し、金型を設置して、平板状成形体を射出成形で得た。なお、実施例？〜 1 6のスクリュ形状は図 1に示すタイプで、実施例 1 7 〜2 7のスクリュ形状は図 2に示すタイプで、いずれのタイプも供給部 S f の各スクリュ溝幅 W f が一定、圧縮部 S cの各スクリュ溝幅 W c , が計量部に向かつて減少、計量部 S mの各スクリュ溝幅 Wmが一定である。比較例 1〜 3のスクリュ形状は図 3に示すタイプで、供給部 S f の各スクリュ溝幅 Wf が一定、圧縮部 S cの各スクリュ溝幅 Wc i が一定、計量部 Smの各スクリュ溝幅 Wmがー定であり、特開平 2 - 2 9 2 0 0 8号公報に記載されたものと同タイプであ do

本発明のスクリュは、ペレツトを完全に可塑化しながら、残存繊維長を長く維持し、特に供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f と計量部 S mのスクリュリ一ド長さ Lmとの比である L f /Lmが 1. 0 7以上、さらには 1. 1 3以上の場合に顕著な効果が認められた。またクランプも残存していなかった。実施例 2 8、 2 9、比較例 4、 5

図 5に示す型締め力が 2 0 0 トン、スクリュ直径 Dが 5 0 mm0、スクリュ全長 Lが 1 1 5 0mm (L/D= 2 3) 、スクリュ前後進用駆動装置 8が油圧式の可塑化装置に、スクリュ形状が図 1のタイプで実施例 8と実施例 1 0の仕様のスクリュを装着し、また図 3のタイプで比較例 1と比較例 3の仕様のスクリュをそれぞれ装着した。

ポリプロピレン（融点 1 6 0°C) にガラス繊維を 4 0重量％を混合して得たぺレツト長さ 9 mmで、ペレツト中の強化用繊維長さが 9 mmの長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットを、ホッパ 7に供給した。シリンダ温度 2 4 0 ° (、スクリュ回転数 5 0 r p m、背圧 0 k g f / c m ² の条件下で可塑化し、射出速度 3 0 mm/ s e cで、平板状成形体を成形した。得られた成形体の残存繊維の長さ、クランプの有無、機械的特性を測定した。結果を表 5に示す。表 5

本発明の可塑化用スクリュを使用した場合、スクリュ溝深さを極端に大きくしなくても、繊維の破断を抑えることができ、また十分な剪断力が得られるので、クランプがなく、成形体中の強化繊維の長さが良好に維持され、機械的特性、特にアイゾット衝撃強度が著しく高い。また、可塑化時間が短いので、生産性が向上する。産業上の利用方法

本発明で得られた繊維強化熱可塑性樹脂成形体は、残存繊維の長さが約 2 mm 以上と長いため、機械的特性、特にアイゾット（I z o d ) 衝撃強度が大きく、自動車のバンパービーム、フロントェンド等の機械的強度を必要とする種々の自動車部品、機械部品に最適である。

Claims

請求の範囲

1. 繊維強化熱可塑性樹脂を加熱し、移送する供給部 S f と、供給部 S f から移送され、加熱された該樹脂を溶融、混練する圧縮部 Sじと、圧縮部 S cから移送され、溶融、混練された該樹脂をノズル 6へ移送する計量部 Smとからなる繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュ 1であって、圧縮部 S cにおける各スクリュリ一ド長さ L c , を、スクリュ先端に向かうに従って減少せしめたことを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュ。

2. 前記スクリュのスクリュリード長さが下記式 [1] を満足することを特徴とする請求の範囲第 1項記載の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュ。計量部 S mのスクリュリ一ド長さ L mく供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f

• · · [1]

3. 前記スクリュのスクリュリ一ド長さ力く、さらに下記式 [2] および [3] を満足し、かつ供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f と計量部 Smのスクリュリ溝断面積 Amとの比が下記式 [4] を満足することを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項記載の繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化用スクリュ。

0. 9 D≤供給部 S f のスクリュリ一ド長さ L f ≤ 1. I D

• · · [2]

0. 4 D≤計量部 Smのスクリュリ一ド長さ Lmく 1. 1 D

• · · [3]

1 < [供給部 S f のスクリュ溝断面積 A f] Z [計量部 Smのスクリュ溝断面積 Am] ≤2. 5 D · · · [4] ここで、 Dはスクリュ直径、 A f は供給部 S f のスクリュ溝深さ H f X供給部 S f のスクリュ溝幅 W f で表される面積の平均値、 A mは計量部 S mのスクリュ溝深さ H m x計量部 S mのスクリュ溝幅 Wmで表される面積の平均値を示す。

4 . スクリュ 1、スクリュへッド 3と、スクリュ 1およびスクリュへッド 3の外周部に設けられたシリンダ 4およびシリンダへッド 4 aと、シリンダへッド 4 aの先端に取付けられたノズル 6と、シリンダ 4に取り付けられたヒータ 5 と、ホッパ 7とスクリュ前後進用駆動装置 8とを有する繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化装置であって、スクリュ 1が請求の範囲第 1項ないし第 3項のいずれかに記載の可塑化用スクリュであることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の可塑化

5 . 請求の範囲第 4項記載の成形用可塑化装置を用いて可塑化した繊維強化熱可塑性樹脂を金型に吐出することを特徵とする繊維強化熱可塑性樹脂の成形方法。

6 . 請求の範囲第 4項記載の成形方法で成形して得られた繊維強化熱可塑性樹脂の成形体。