JP3437651B2 - ペレット状長繊維強化樹脂構造物の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長繊維で強化されたペ
レット状長繊維強化樹脂構造物を製造する方法に関す
る。さらに詳しくは、ペレット状長繊維強化樹脂構造物
の製造工程において、溶融樹脂含浸連続繊維束を引き取
る工程の入口、及びカッティング工程の入口における溶
融樹脂含浸連続繊維束の温度を調節してそのショア硬度
を特定の範囲とすることを特徴とするものである。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂を連続繊維で補強し、これ
を切断して得たペレット状繊維強化樹脂構造物は、短繊
維で補強されたものに比べてはるかに優れた力学的物性
を有するため、近年特に期待されている。かかるペレッ
ト状長繊維強化熱可塑性樹脂構造物は一般に連続した強
化用繊維束をクロスヘッド押出機に通して引きながら熱
可塑性樹脂を含浸した後、ダイを通して引き抜いたり
（ＵＳＰ３，９９３，７２６号明細書）、連続した強化
用繊維束を引きながら溶融熱可塑性樹脂に浸漬して濡ら
した後、ダイを通して引き抜いたり（特開昭５７−１８
１８５２号公報）する、いわゆるプルトルージョン法に
よって製造されており、任意のペレット長さに切断され
る。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】前記ペレット状長繊
維強化樹脂構造物の製造において、連続補強繊維束を引
きながらマトリックス樹脂を均一に含浸させるには、後
段に溶融樹脂含浸連続繊維束を引き取る工程が必要とな
る。また得られる製品の品質の安定、含浸工程の安定運
転のためには、引取工程は一定スピードでムラ無く安定
していることが求められる。前記引取工程としては、通
常ロールで駆動する上下のエンドレスベルトに溶融樹脂
含浸連続繊維束を挟んで行われるので、安定した引取に
は溶融樹脂含浸連続繊維束は柔らかい状態であるよりも
ある程度冷却されて固化している方が望ましい。更に含
浸工程の直後には通常賦形ダイを設け、含浸をより均一
にすると共に繊維束の断面形状を目的製品形状にしてい
る。従って引取工程では、その入口において賦形された
形状が変化しないためにもある程度の硬さが要求され
る。

【０００４】上記のように溶融樹脂含浸連続繊維束を冷
却して引き取るには、賦形ダイと引取装置の間に冷却装
置を設ければよいが、次のカッティング工程との関係で
冷却の程度の設定が困難であった。すなわち、製品をペ
レット状で得るために、引取工程の後にカッティング工
程が設けられる。カッティング工程に於いては溶融樹脂
含浸連続繊維束がカッターにに付着しない程度にその温
度が高く、柔らかい方がカッティングに要するエネルギ
ーが少なく、カッターのブレードの摩耗が少なく、ペレ
ットの割れや切断面の形状も乱れが少なく、微粉の発生
も少なくなる。従って、カッティング工程の前にある引
取工程では、溶融樹脂含浸連続繊維束を余り冷却しない
方が、引取工程とカッティング工程との間で再加熱に要
する熱エネルギーも少なくなり望ましい。

【０００５】このように、溶融樹脂含浸連続繊維束を安
定して引き取り、またその際の断面形状を変化させない
為の冷却とそれにかかるコスト、更にはカッティングに
伴う再加熱に要するエネルギー等を考慮して、引き取り
時の溶融樹脂含浸連続繊維束の温度およびカッティング
工程入口における溶融樹脂含浸連続繊維束の温度をバラ
ンス良く設定することは非常に困難であった。

【０００６】本発明者らは、このような事情に鑑みて、
溶融樹脂含浸連続繊維束を引き取る際の温度、及びカッ
ティング時の最適温度について鋭意したところ、前記両
工程の入口における溶融樹脂含浸連続繊維束の硬度を各
々所定の範囲とする温度であることが非常に有利である
ことを見い出し、本発明を完成するに至った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、開繊
工程で連続繊維束を開繊し、次いで含浸工程で前記開繊
連続繊維束へ溶融樹脂を含浸させ、次いで引取工程で溶
融樹脂含浸連続繊維束を引き取り、更にカッティング工
程で引き取られた溶融樹脂含浸連続繊維束をカッティン
グしてペレット状長繊維強化樹脂構造物を製造する方法
において、前記引取工程の入口における溶融樹脂含浸連
続繊維束の温度を調節してそのショア硬度（Ｄ₁）を３
０以上とし、且つカッティング工程の入口における溶融
樹脂含浸連続繊維束の温度を調節してそのショア硬度
（Ｄ₂）を２５〜８５の範囲とすることを特徴とするペ
レット状長繊維強化樹脂構造物の製造方法に関する。以
下、本発明について詳細に説明する。

【０００８】

【作用】本発明のペレット状長繊維強化樹脂構造物を製
造するために使用できる工程例の概略図を図１に示す。
図１において、１はロービングから取り出された繊維束
である。これは、特に撚りが無い繊維束であることが好
ましい。２はロールバー、３は溶融熱可塑性樹脂を供給
する押出機、４は繊維束１に溶融熱可塑性樹脂を含浸さ
せるクロスヘッドダイ、５は溶融熱可塑性樹脂が含浸さ
れた繊維束、６は賦形ダイ、７は引取ロール、８はペレ
タイザーである。

【０００９】ここで用いられる繊維束の繊維の種類とし
ては、特に制約はなく、例えばガラス繊維、炭素繊維、
金属繊維、芳香族ポリアミド繊維等の高融点繊維等がい
ずれも使用できる。これらの繊維は、通常公知の表面処
理剤（集束剤）で処理したものが使用されるが、これに
限定されない。これらの繊維の中では、得られる長繊維
強化樹脂構造物の強度や価格などを考慮すると、ガラス
繊維であることが好ましい。また本発明で使用する連続
繊維束のテックス数としては通常４４００〜１２０、好
ましくは２２００〜７４０の範囲である。

【００１０】繊維束１は、ロールバー２による開繊工程
により開繊される。図１ではロールバーを用いている
が、この他の開繊手段、例えば静電気、エアーブロー
（エアージェット）、ウオータージェット、テンション
バー、ニードルパンチなどを用いてもよい。

【００１１】本発明の含浸工程に採用される含浸法とし
てはとくに制限はなく、クロスヘッドダイ等の含浸ダイ
を用いる方法、含浸槽を用いる方法等公知の含浸方法が
いずれも採用可能である。中でもクロスヘッドダイ等の
含浸ダイを用いる方法が好ましい。

【００１２】本発明において、前記含浸に用いられる樹
脂としては、通常熱可塑性樹脂であり、結晶性および非
晶性の両者を含み、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、ポリエチレンテレフタレートや
ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル、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等のポリアミド、ポリア
セタール、ポリカーボネート、熱可塑性ポリウレタン、
ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイ
ド、ポリスルホン、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、アクリロニトリル・スチ
レン樹脂等のその他の熱可塑性樹脂およびこれらの組み
合わせが使用できる。

【００１３】クロスヘッドダイ４により溶融熱可塑性樹
脂が含浸された連続繊維束は、賦形ダイ６により所定の
断面形状、例えばストランド、棒状、リボン状、テープ
状、シート状、板状、あるいは特殊形状等に整えられる
と共に熱可塑性樹脂の含浸が促進ないし均一化される。
溶融樹脂含浸連続繊維束は賦形ダイ６を通過したあと、
引取ロール７を用いて引き取られる。図１の引取ロール
７では、上下のエンドレスベルトを用いている。引き取
られた長繊維強化樹脂構造物は、ペレタイザー８で任意
の長さに切断してペレットとされ、成形あるいは他の加
工に供される。このペレットには、ペレット長と実質的
に同じ長さを有し、ペレットの長手方向にほぼ平行に配
列した強化用の繊維が含まれることとなる。

【００１４】本発明の特徴の一つは、上記引取工程の入
口における溶融樹脂含浸連続繊維束のショア硬度
（Ｄ₁）が３０以上、好ましくは５５〜９０の範囲にな
るように図示しない冷却手段によりその温度を調節する
ことにある。溶融樹脂含浸連続繊維束のショア硬度は含
浸樹脂の種類、強化用繊維束の種類、それらの組成が一
定であれば、その樹脂温度に依存するので、予め別の試
験で温度と硬度の関係を求めておき、工程上は引取工程
の入口における溶融樹脂含浸連続繊維束の温度を測定
し、前記ショア硬度の範囲になるように賦形ダイから引
取工程までの冷却条件を調整すればよい。ショア硬度が
前記範囲になるように溶融樹脂含浸連続繊維束の温度を
設定することにより、過度に冷却することなく、一方賦
形ダイで付与された繊維束の断面形状が変化することな
く、かつ安定した引取が可能となる。なお、本明細書で
ショア硬度とは、ショアＤ型硬度計（Ｄスケール）で測
定したものである。

【００１５】前記の冷却手段としては、自然冷却（空
冷）、風令、水冷、ミスト状の水の吹き付けによる冷却
などが例示でき、樹脂の種類や賦形ダイから引取工程ま
での距離の設定可能性などを考慮して選択すればよい。

【００１６】本発明のもう一つの特徴は、ペレタイザー
８の入口における溶融樹脂含浸連続繊維束のショア硬度
（Ｄ₂）が２５〜８５、好ましくは３０〜７０の範囲に
なるようにその温度を調節することにある。ショア硬度
が前記範囲になる温度は、引取工程入口におけるショア
硬度の設定と同様、別の試験で温度とショア硬度の関係
を求めておき、ペレタイザー８の入口の溶融樹脂含浸連
続繊維束の温度を調整することにより達成できる。前記
温度に調整する方法としては、図示しない通常公知の加
熱手段、例えば電熱ヒーター、温風ヒーター等が使用で
きる。ペレタイザー８の入口における溶融樹脂含浸連続
繊維束のショア硬度が前記範囲内に入るように調整する
ことにより、カッティングに要するエネルギーが少な
く、カッターのブレードの摩耗が少なく、ペレットの割
れや切断面の形状も乱れが少なく、微粉の発生も少ない
安定したカッティングができる。

【００１７】上記のようにして得られるペレット状長繊
維強化樹脂構造物の組成、例えば繊維の含有量について
は特に制約はないが、得られる構造物の諸物性の面か
ら、２０〜８０重量％（構造物中）が好ましく、特に好
ましくは３０〜７０重量％である。

【００１８】また、本発明によって得られるペレット状
長繊維強化樹脂構造物には目的に応じて、一般に樹脂に
添加される各種の添加物、例えば酸化防止剤、紫外線吸
収剤、帯電防止剤、浸滑剤、可塑剤、離型剤、難燃剤、
難燃焼助剤、結晶化促進剤、着色剤、無機充填材や有機
充填材等を配合することもできる。

【００１９】

【実施例】以下実施例により本発明を更に具体的に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００２０】（実施例１，比較例１〜２）図１に示す装
置を用いて、ポリプロピレン５０重量％およびガラス繊
維５０重量％からなるポリプロピレン含浸ガラス繊維束
を引取速度４ｍ／分で引き取り、これをカッティングし
て長さ１２ｍｍのペレット状長繊維強化樹脂構造物を製
造した。なお、引取ロールの直前にミスト方式のストラ
ンド冷却装置を、またペレタイザーの直前にはセラミッ
クヒーターを設置し、引取ロール入口およびペレタイザ
ー入口のストランド温度を表−１の通りに設定した他は
同様に行った。得られたペレット形状および製品中の微
粉量を表−１に示す。なお、表中のショア硬度は、ショ
アＤ型硬度計による硬さを示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
溶融樹脂含浸連続繊維束の引取工程入口及びカッティン
グ工程入口における硬度を所定に範囲になるように温度
設定することにより、引取工程による溶融樹脂含浸連続
繊維束の形状が変化することなく、引取が安定する結
果、含浸工程での安定した操業が可能になり、更には均
一な含浸、正常な切断面を有し、微粉の発生が抑制され
たペレット製品が得られることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられるペレット状長繊維強化樹脂
構造物の製造工程を示す一例である。

【符号の説明】

１ 連続繊維束 ２ ロールバー ３ 押出機 ４ クロスヘッドダイ ５ 熱可塑性樹脂が含浸された繊維束 ６ 賦形ダイ ７ 引取ロール ８ ペレタイザー

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−216104（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−68544（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−143440（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−116851（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−230943（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B29B 9/06 B29B 9/14

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開繊工程で連続繊維束を開繊し、次いで
   含浸工程で前記開繊連続繊維束へ溶融樹脂を含浸させ、
   次いで引取工程で溶融樹脂含浸連続繊維束を引き取り、
   更にカッティング工程で引き取られた溶融樹脂含浸連続
   繊維束をカッティングしてペレット状長繊維強化樹脂構
   造物を製造する方法において、前記引取工程の入口にお
   ける溶融樹脂含浸連続繊維束の温度を調節してそのショ
   ア硬度（Ｄ₁）を３０以上とし、且つカッティング工程
   の入口における溶融樹脂含浸連続繊維束の温度を調節し
   てそのショア硬度（Ｄ₂）を２５〜８５の範囲とするこ
   とを特徴とするペレット状長繊維強化樹脂構造物の製造
   方法。
2. 【請求項２】 繊維がガラス繊維であり、ショア硬度
   （Ｄ₁）が５５〜９０、ショア硬度（Ｄ₂）が３０〜７０
   の範囲である請求項１記載のペレット状長繊維強化樹脂
   構造物の製造方法。