WO2006006614A1

WO2006006614A1 - 長繊維強化樹脂構造体用引取装置及び該構造体の製造方法

Info

Publication number: WO2006006614A1
Application number: PCT/JP2005/012883
Authority: WO
Inventors: Takumi Nakatsuji; Koichi Nishimura; Kazuhiko Saheki
Original assignee: Daicel Chemical Industries, Ltd.
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2005-07-06
Publication date: 2006-01-19
Also published as: JP4516073B2; KR20070029035A; CN1819903A; JPWO2006006614A1

Abstract

本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置の賦形ダイ(15)から排出された溶融樹脂含浸繊維ロービング(22)を特定の温度に冷却して得られた樹脂含浸繊維ロービング(23)の引取装置であり、一対のエンドレスベルトを有し、樹脂含浸繊維ロービング(23)と接触するエンドレスベルトの表面がポリエステル系ポリウレタンエラストマー製であり、樹脂含浸繊維ロービングを高速度で、長時間、引取可能で、長繊維強化樹脂構造体を連続的に、効率よく、経済的に製造可能とする。

Description

明細書長繊維強化樹脂構造体用引取装置及び該構造体の製造方法技術分野

本発明は、繊維ロービングに溶融樹脂を含浸し、賦形し、冷却して得られた樹脂含浸繊維ロービングを引取るための引取装置、及びそれを使用した長繊維強化樹脂構造体の製造方法に関する。

なお、本発明では、クロスヘッドダイ出口の賦形ダイにより所望の形状に賦形された溶融樹脂含浸繊維ロービングを冷却して得られたストランドや、該ストランドをカツ卜して得られたペレツ卜などを長繊維強化樹脂構造体と総称する。本発明によれば、長繊維強化樹脂構造体を、連続して、長期間、製造できる。背景技術

長繊維で強化された熱可塑性樹脂組成物を製造する方法として、近年、引き抜き成形が注目されている。中でも、多数の連続した繊維束（繊維口一ビングともいう。）を後述する引取装置で引取ながら、クロスヘッドダイにおいて熱可塑性樹脂の溶融物を含浸させたのち賦形ダイを通して所望の形状に賦形された溶融樹脂含浸繊維ロービングを、冷却装置で冷却し、必要に応じて乾燥された樹脂含浸繊維ロービングを引取装置を経てストランドとなし、さらにはストランドをペレ夕ィザ一によりペレット化する技術が一般的に用いられている。

図 1は、従来の一般的な長繊維強化樹脂構造体製造装置である。

繊維ロービング 2 1 (図では簡単のため 1本を示す。）は、ローラー対のような開繊装置 18により平たく開繊され、クロスヘッドダイ 2の入口 19に供給され、樹脂供給口 12から供給された溶融樹脂によりクロスへッドダイ 2において樹脂が含浸される。なお、溶融樹脂は、押出機（図示せず）などから供給される。クロスヘッドダイ 2は、例えば、樹脂含浸繊維ロービングの引取方向に一対の波打つ平面状の障壁 14を有し、該一対の障壁は凸部と凹部が向かい合う構造であり、凸部によりしごかれ、樹脂の含浸が促進され、繊維ロービングへの樹脂の均一な含浸が行われる。

樹脂含浸された繊維ロービングは、賦形ダイ 15により賦形されて溶融樹脂含浸繊維ロービング 22として引出され、冷却装置 30により冷却、固化されて樹脂含浸繊維ロービング 23となり、引取装置 16を経てペレタイザ一 17によりペレツト化される。

一般に、繊維ロービング等を引き取る引取装置 16としては、特開平 6— 2 9 3 0 2 3号公報に記載されているような一対のキャタピラー式のェンドレスベルト構造（ベルト対という）を有する装置ゃ特開平 5— 1 6 2 1 2 4号公報に記載されているような駆動プレスローラ一などが用いられている。

上記ベルト対は、例えば図 2に示すように、上方のキャタピラー式ベルト laを固定して、下方のキャタピラー式ベルト lbを上下移動式にして、その間に冷却して得られた多数の樹脂含浸繊維ロービング 23を一定の圧力で挟み付け、後方へ送り出す働きをする。これにより、ボピンに巻かれた繊維ロービングを連続的に引出して、クロスヘッドダイに供給し、賦形ダイから引出され、冷却装置を通過し、後方のペレタイザ一に送り出すことができる。

このため、ベルト対は引取力、ベルト面圧力、引取速度等の条件が厳しくなるにつれて、損傷が生じ易い。従来、ベルトの材質として、天然ゴム、 S B R、二トリルゴムが使用されてきたが、短期間でベルト表面にストランドの摩耗痕が発生し、長期間使用すると摩耗痕が深くなつてストランドが滑り、引取れなくなり、数 1 0 0時間で交換しなければならないという問題が生じた。

一方、特開平 5— 3 2 7 5 7号公報の段落番号 0 0 0 2及び 0 0 0 4には、次の記載がある。ロール、ベルト等には、耐摩耗性、機械強度、反発弾性等に優れたポリウレタンエラストマ一が使用されている。該ポリウレタンエラストマ一は、イソシァネート成分としてトリレンジイソシァネート（T D I ) と、ポリオール成分としてポリテトラメチレンエーテルグリコール（P T M G) 、ポリオキシプロピレングリコール（P P G) 、ポリエステルポリオール等の長鎖ポリオールとを反応させて得られた、分子末端にイソシァネート基を有するプレボリマーを芳香族ポリアミンにより硬化させる方法で製造されている。発明の開示

本発明の目的は、樹脂含浸繊維ロービングを高速度で、長時間、引取可能で、長繊維強化樹脂構造体を連続的に、効率よく、経済的に製造可能とすることである。

本発明者は、鋭意検討した結果、ベルトの材質にポリウレタンエラストマ一を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の第 1は、長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置の賦形ダイ (15) から排出された溶融樹脂含浸繊維ロービング（22) を冷却して得られた樹脂含浸繊維口一ビング（23) の引取装置であり、一対のエンドレスベルトを有し、樹脂含浸繊維ロービング（23) と接触するエンドレスベルトの表面がポリウレタンエラストマ一製であることを特徴とする引取装置を提供する。

本発明の第 2は、ポリウレタンエラストマ一が、ポリエステル系ポリウレタンエラストマ一である本発明の第 1に記載の引取装置を提供する。

本発明の第 3は、ポリウレタンエラストマ一の硬度が、ショァ A硬度 5 0〜 8 0である本発明の第 1又は 2に記載の引取装置を提供する。

本発明の第 4は、エンドレスベルトが、内層に補強用金属製ワイヤを有するものである本発明の第 1〜 3のいずれかに記載の引取装置を提供する。

本発明の第 5は、 2 5〜1 0 0 °Cに冷却された樹脂含浸繊維口一ビング（23) の:！〜 1 0 0本を、 1本当たりの引取力 l kgi (9. 8N) 〜5 0 kgi (490N) 、ベル卜面圧力 0 . 1 kgf/cm² (9800Pa) 〜 5 kgf/cm² (0. 49MPa) 、及び引取速度 3〜 8 0 m/分で引取ることを特徴とする本発明の第 1 〜4のいずれかに記載の引取装置を提供する。

本発明の第 6は、ベルトの幅が 1 5 0匪以上、樹脂含浸繊維ロービング（23) との接触長さが 5 0 0讓以上である本発明の第 1 〜 5のいずれかに記載の引取装置を提供する。

本発明の第 7は、本発明の第 1〜 6のいずれかに記載の引取装置を使用した長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法を提供する。図面の簡単な説明

図 1は、従来の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置の縦断面図である。図 2は、本発明で用いる引取装置の一例の長手方向の縦断面図である。符号の説明：

la, lb エンドレスベルト、 2 クロスヘッドダイ、 12 樹脂供給口、

15 賦形ダイ、 16 引取装置、 17 ペレタイザ一、 18 開繊装置、 19 入口、 20 出口、 21 繊維ロービング、

22 溶融樹脂含浸繊維ロービング、 23 樹脂含浸繊維ロービング、

30 冷却装置、 31 駆動輪、 32 遊動輪、 33 ローラ発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を図面を用いて説明する。

図 2は本発明で用いるベルト対の一例の長手方向（樹脂含浸繊維口一ビングの進行方向を示す。）縦断面図である。 laおよび lbはそれぞれエンドレスベルト (ベルトと略称する）、 31はベルトを駆動、走行させる駆動輪、 32は遊動輪、 33 はローラである。下側又は上側のベルトの少なくとも一方は可動式であり、他方を固定しておき、可動式のベルトを上下に移動させて両者を離間させたり、樹脂含浸繊維ロービング 23の挟み付けを行う。

上記ベルト対に供給される樹脂含浸繊維ロービング 23は、 2 5〜 1 0 0 °C、好ましくは 5 0〜 8 0 °C、さらに好ましくは 6 0〜 7 0でに冷却されることが重要である。供給される樹脂含浸繊維ロービング 23の温度が高すぎると、ベルト材質の劣化を生じたり、ストランドの扁平化が生じたり、後続工程のペレタイザ一でのカットが困難になる。また、あまりに低温まで冷却すると、熱的に経済的でなくなると共に、切粉が発生しやすくなつたり、ペレタイザ一のカット刃の寿命が短くなる。

ベルト対に並列的に供給される樹脂含浸繊維ロービング 23の数は、特に制限はないが、例えば 1本以上、好ましくは 1 0本以上、さらに好ましくは 5 0本以上であり、通常は 1 0 0本程度以下である。

引取装置の大きさについては、ベルトの幅は並列処理される樹脂含浸繊維口一ビング 23の数により決められる。ベルトと樹脂含浸繊維ロービング 23との接触長さは、好ましくは 5 0 0匪以上、さらに好ましくは 1 0 0 0匪以上である。上記接触長さが短すぎると繊維ロービングを引取る力が弱くなるだけでなく、ベルトの摩耗が早くなる。

引取装置の能力は、例えば樹脂含浸繊維ロービング 23の 1〜 1 0 0本を、 1本当たりの引取力 l kgi (9. 8N) 〜 5 0 kgi (490N) 、ベルト面圧力 0 . 1 kgf/cm² (9800Pa) 〜 5 kgf/cm² (0. 49MPa) 、及び引取速度 3〜 8 0 m/分で引取れるものである。

上記引取装置で用いるェンドレスベルトは、表面がマクロ的には平らな平面べルトであるがミクロ的に見るとざらついていることが好ましい。このため、ベルト表面はパフ研磨されたものや梨地状のものが好ましい。

上記引取装置で用いるエンドレスベルトは、表面がポリウレタンエラストマ一製である。該ベルトは、内層に芯体として合成樹脂製繊維、合成樹脂製布、又は金属製ワイヤなどの補強材が入つているものが用いられる。好ましくは金属製ヮィャ入りである。金属製ワイヤなどの補強材を含む層は、ポリウレタンエラストマーでもよいし、他の天然ゴム、 S B R、二トリルゴム、クロロプレンゴム、シリコンゴムなどであってもよい。表面のポリウレタンエラストマ一層と金属製ヮィャを含む層とが異なる材質の場合には、両者は接着剤や溶剤や熱などで接合される。

上記ポリウレタンエラストマ一は、ベルトの寿命、特に耐摩耗性等の点から、好ましくはポリエステル系ポリウレタンエラストマ一又はポリカーボネートポリエステル系ポリウレタンエラストマ一である。

上記ポリウレタンエラストマ一の表面硬度は、好ましくは、ショァ A硬度 5 0 〜8 0であり、より好ましくは 5 5〜 7 5である。上記範囲より小さすぎるとべルトの劣化が激しく、上記範囲より大きすぎるとロービングの引取時にスリップを起こしたり、ロービングを変形させたりする。

図 1を用いて長繊維強化樹脂構造体の製造を説明すると、クロスへッドダイ 2 の入口 19に繊維ロービング 21が供給され、樹脂供給口 12に溶融樹脂が供給され、含浸部 14において、繊維ロービングに樹脂が含浸され、クロスヘッドダイ 2の出口に設けられた賦形ダイ 15から溶融樹脂含浸ロービング 22として排出される。繊維ロービング 21は、予め繊維ロービング 21を挟み付けるローラ一対のような開繊装置 18により、それぞれ平面的に開繊されて樹脂が含浸されやすいようにすることが好ましい。

実際には、例えば 3 0本の繊維ロービングが、 5本の繊維ロービング毎に一つの束に纏められ、 6束がローラー対により開繊される。

含浸部 14は、繊維ロービング 21に樹脂を合流させて含浸させる狭義のクロスへッ'ド構造のみでもよいが、それに続く樹脂の均一な含浸を促進させる部分をも含む広義のクロスへッド構造でもよい。

含浸部 14は、障壁同士の組み合わせ、障壁とローラーとの組み合わせ、ローラ一同士の組み合わせ、など特に限定されない。該障壁同士としては、例えば、樹脂含浸繊維ロービングの引取方向に一対の波打つ平面状の障壁が挙げられる。

賦形ダイ 15には賦形孔が多数設けられる。一般にクロスヘッドダイでは、多数の繊維ロービングが供給され、数本が纏められて、一つの含浸用繊維ロービングとなり、そのような含浸用繊維口一ビングが平面的にいくつか並べられる。従つて、賦形ダイ 15には、例えば横一列や千鳥足状に賦形孔が並んでいる。

賦形孔により所望の断面形状を有する樹脂含浸繊維ロービングに賦形され、例えば、ストランド状、テープ状、シート状等所望の形状に賦形される。

クロスヘッドダイゃ賦形ダイは、温度制御されていることが好ましい。温度制御は、ダイ内の温度、例えば、樹脂供給口近辺の温度を検出し、設定温度に対応した加熱を行う。用いる加熱手段については、特に限定するものではないが、例えば、ダイ内に電熱による加熱手段を装着する方法、熱媒体をダイ内に循環させる方法などのダイに装着されるもの、又は、ダイ外から赤外線、熱風などで加熱する方法がある。これらの中、電熱によりダイ内、或いはダイ外から加熱することが好ましい。

賦形ダイ 15から出た溶融樹脂含浸繊維ロービング 22は、次工程に設けられた冷却装置 30により冷却され、樹脂が完全に固化され、樹脂含浸繊維口一ビング 23が得られる。

冷却装置 30の次には、本発明に係る引取装置 16が設けられ、樹脂含浸繊維ロービング 23の挟み付けを行う。なお、運転の開始時点では、樹脂が未含浸の状態で繊維口一ビングのみが、クロスヘッドダイ、賦形ダイ、冷却装置、引取装置、必要に応じてペレタイザ一に挿通され、引取装置の各種条件を調整して、樹脂の含浸を開始し、定常状態になった時点で、正規の条件に変更して製品を得るようにすることができる。

排出された樹脂含浸繊維ロービング 23は、そのままストランドとして成形工程等に移送することもできるが、一般的には、射出成形等に供するため、引取装置 16の次工程に、ペレタイザ一 17が設けられ、所定の長さにカツ卜され、長繊維強化樹脂ペレットまたは短繊維強化樹脂ペレットとされる。好ましくは、長繊維強化樹脂ペレットである。

長繊維強化樹脂ペレットの長さは、 3〜50mm、好ましくは 5〜40mm、さらに好ましくは 5〜 3 Ommである。

ペレットの長さが、上記範囲より短すぎると長繊維強化の特徴が損なわれ、長すぎると成形に使用する際に、押出機のホッパーなどでブリッジを起こし、供給に不具合を生じやすい。

樹脂含浸繊維ロービング 23中の、繊維 Z樹脂の重量比は 70%/30%〜20 %/80%、好ましくは 65%Z35%〜25%ノ 75%、さらに好ましくは 6 3 % 37 %〜30 % 70 % (ここで、繊維と樹脂の合計は 1 00 %である）である。

繊維に対する樹脂の含浸比率が、上記範囲より過少になると樹脂の含浸が十分に行えず、上記範囲より過大になると経済的でなくなる。

本発明で用いられる繊維ロービングの材質としては特に制約はなく、例えば、 E—ガラス、 D—ガラス等のガラス繊維；ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、レーヨン系等の炭素繊維；ボロン繊維、鉱物繊維等の無機繊維；ステンレス、黄銅等の金属繊維；超高分子量ポリエチレン繊維、ポリオキシメチレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、液晶性芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレンテレフ夕レート繊維、ポリ p—フエ二レンテレフタルアミド繊維、ポリ m—フエ二レンィソフタルアミド繊維等のァラミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、綿、ジユート等のセルロース繊維等の有機繊維、又はそれらの混合物が挙げられる。好ましくはガラス繊維である。

繊維ロービングの形態は、ロービング、ヤーン等の連続した繊維であればいずれも使用でき、本発明ではこれらをロービングと総称する。

また、これらの繊維は、樹脂との接着性をよくするため、表面処理剤で処理したものであってもよい。かかる強化用繊維束は、次にクロスヘッドにおいて熱可塑性樹脂の溶融物を含浸させるに先立ち、予め加熱し高温の強化用繊維束を樹脂の溶融物と接触させるのが好ましく、またテンションロール等の開繊装置で開繊しておくのが好ましい。

樹脂の材質としては、結晶性樹脂、非結晶性樹脂、生分解性樹脂、非生分解性樹脂、合成樹脂、天然産製樹脂、汎用樹脂、エンジニアリング樹脂、ポリマーァロイ等、いずれの種類の樹脂でもよい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ポリ塩化ビニル；ポリスチレン；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ夕レート等の芳香族ポリエステル；ポリエチレンスクシネート、ポリブチレンアジペート、これらの力プロラクトン 3元共重合体等の脂肪族ポリエステル；ナイロン 6、ナイロン 66、ナイロン 11、ナイロン 12、ナイロン 610、ナイロン 612、ナイロン 46等のポリアミド；ポリアセタール、ポリカーポネート、ポリウレタン、ポリフエ二レンサルファイド、ポリフエ二レンォキサイド、ポリスルフォン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド等のエンジニアリング樹脂が挙げられる。これらの樹脂は 2種以上を混合して使用してもよい。樹脂としては、通常、射出成形、押出成形等の各種成形加工に用いられるような高分子量で、これを繊維に含浸した場合、それだけで十分な補強効果を発揮するものが好ましい。好ましくはポリオレフインであり、更に好ましくはポリエチレンまたはポリプロピレンである。

また、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂構造体には、必要に応じて、樹脂添加剤や充填剤、例えば酸化防止剤、耐熱安定剤、紫外線吸収剤等の安定剤、帯電防止剤、潤滑剤、可塑剤、離型剤、難燃剤、難燃助剤、結晶化促進剤、染料や顔料等の着色剤、タルク等の充填剤を配合することも可能である。これらは、熱可塑性樹脂に予め配合された形で用いることができる。

なお、本発明は、連続繊維含浸フィルム、もしくはシート成形用のダイや、連続繊維含浸パイプ成形用ダイにも適用できる。実施例

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本実施例では下記のものを使用した。

樹脂：含浸用樹脂としては、ポリプロピレンに無水マレイン酸を 1重量％及び 2， 5—ジメチル— 2 , 5—ジ（ t一ブチルバーオキシ）へキシン一 3を 5 0 0 p p m添加し、 2 0 0でで溶融混練し反応させて得られた変性ポリプロピレンを使用した。

強化繊維：ガラス繊維口一ビングとして、径 1 7 mのガラス単繊維 4 0 0 0 本の束（サイジング処理したもの）を使用した。

炭素繊維ロービングとして、径 7 mの炭素単繊維 2 4 0 0 0本の束（サイジング処理したもの）を使用した。

(実施例 1 )

図 1の長繊維強化熱可塑性樹脂構造体製造装置で、図 2に示す引取装置を使用し、ベルトとして表面層がポリエステル型ポリウレタン製（ショァ A硬度 7 0 ) であり、内層に金属製ワイヤで補強されたクロロプレンゴムを使用し、両層を接着剤で接合したベルトを使用し、ガラス繊維ロービング 3 0本を供給して、 6束に纏め、開織した後、溶融した上記ポリプロピレンを押出機より供給し、クロスへッドダイを通して繊維ロービングに樹脂を 2 6 0〜2 8 0でで含浸させ、賦形ダイから溶融樹脂含浸繊維ロービングを 1 5 mZ分で引抜き、 6 5 Tに冷却し、ペレタイザ一により切断し、繊維濃度 5 0重量％、長さ 1 l mmのペレットを得た。製造を 1 0 0 0時間行ったが、ベルトの表面に異常は見られず、ペレツ卜の着色もなく、また樹脂含浸繊維ロービングの引取速度に低下はみられなかった。 (実施例 2 )

実施例 1において、表面層をポリエステル型ポリウレタン製（ショァ A硬度 6 0 ) に変えた以外は、実施例 1と同様に行った。製造を 1 0 0 0時間行ったが、ベルトの表面に異常は見られず、ペレットの着色もなく、また樹脂含浸繊維ロービングの引取速度に低下はみられなかった。

(比較例 1 )

ベルトとして、表面が黒色二トリルゴム（ショァ A硬度 5 0 ) 製であるベルトを使用した以外は実施例 1と同様に行った。製造を 5 0時間行ったところ、ベル卜の表面に摩耗痕が発生し、 1 0 0時間で明らかに摩耗痕が拡大し、ストランドの表面が浅黒く着色したため、製造を中止した。

(比較例 2 )

ベルトとして、表面が黒色シリコンゴム（ショァ A硬度 6 0 ) 製であるベルトを使用した以外は実施例 1と同様に行った。製造を 1 0 0時間行ったところ、ベルトの表面に摩耗痕が発生し、 1 5 0時間で明らかに摩耗痕が拡大し、ストランドの表面が浅黒く着色したため、製造を中止した。

(比較例 3 )

ベルトとして、表面が黒色シリコンゴム（ショァ A硬度 7 0 ) 製であるベルトを使用した以外は実施例 1と同様に行った。製造を 1 0 0時間行ったところ、ベル卜の表面に摩耗痕が発生し、 1 5 0時間で明らかに摩耗痕が拡大し、ストランドの表面が浅黒く着色したため、製造を中止した。産業上の利用可能性

本発明によれば、ベルト交換が長期間不要となり、多数の樹脂含浸繊維ロービングを高速度で、長時間、引取可能となり、長繊維強化樹脂構造体を、連続的に、効率よく、経済的に製造することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造装置の賦形ダイ（15) から排出された溶融樹脂含浸繊維ロービング（22) を冷却して得られた樹脂含浸繊維ロービング（23) の引取装置であり、一対のエンドレスベルトを有し、

樹脂含浸繊維ロービング（23) と接触するエンドレスベルトの表面がポリウレ夕ンエラストマ一製であることを特徴とする引取装置。

2 . ポリウレタンエラストマ一が、ポリエステル系ポリウレタンエラストマ —である請求項 1に記載の引取装置。

3 . ポリウレタンエラストマ一のショァ A硬度が、 5 0〜8 0である請求項 1又は 2に記載の引取装置。

4 . エンドレスベルトが、内層に補強用金属製ワイヤを有するものである請求項 1〜 3のいずれかに記載の引取装置。

5 . 2 5〜 1 0 0 に冷却された樹脂含浸繊維ロービング（23) の 1〜 1 0 0本を、 1本当たりの引取力 Ugi (9. 8N) 〜 5 0 kgi (490N) 、ベルト面圧力 0 .

1 kgf/cm² (9800Pa) 〜5 kgf/cm² (0. 49MPa) 、及び引取速度 3〜 8 0 m/分で引取ることを特徴とする請求項 1〜 4のいずれかに記載の引取装置。

6 . ベルトの幅が 1 5 O mni以上、樹脂含浸繊維ロービング（23) との接触長さが 5 0 Ο Π 以上である請求項 1〜5のいずれかに記載の引取装置。

7 . 請求項 1〜 6のいずれかに記載の引取装置を使用した長繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造方法。