DE60002419T2

DE60002419T2 - Verfahren zur herstellung eines aus faserverstärktem thermoplastischem harz geformten produktes und dadurch hergestelltes produkt

Info

Publication number: DE60002419T2
Application number: DE2000602419
Authority: DE
Inventors: Toru Mizukami; Kengo Ozaki; Masahiko Tominaga; Yuji Yokoo
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Current assignee: Fiber Glass Japan KK
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: CN1314840A; US6686034B1; CN1548466A; CN1233705C; KR20010072882A; DE60002419D1; JP3410462B2; AU5704500A; CN1137815C; EP1107858B1; EP1107858A1; WO2001000392A1; TW590878B; JP2003503233A; KR100632164B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zum Herstellen eines auf faserverstärktem thermoplastischen Harz geformten Produktes, das geeignet ist zum Herstellen von Automobilteilen, elektrischen Haushaltsgeräten, industriellen Materialien, Konstruktions-Materialien, Gebrauchsgütern usw. Diese Produkte müssen ein gutes äußeres Aussehen sowie hohe mechanische Festigkeit und grosse Starrheit aufweisen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Produkt, wie einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, der nach dem neuen Verfahren hergestellt ist.
STAND DER TECHNIK
Als ein Verfahren zum Herstellen eines Formproduktes aus mit Fasern verstärktem thermoplastischem Harz ist es bekannt, dass eine Folie aus kontinuierlichen Fasern oder eine geschnittene Glasfasermatte, die mit einem geschmolzenen thermoplastischen Harz (im Folgenden als GMT bezeichnet) imprägniert ist, benutzt wird. GMT wird durch Wiedererhitzen geschmolzen und durch Pressen geformt, nachdem es ausgeschnitten worden ist, um es an die Gestalt eines angestrebten Produktes anzupassen.
Wird GMT jedoch geformt, dann hat das resultierende Formprodukt aufgrund ungenügender Imprägnierung von Glasfasern durch ein thermoplastisches Harz ungenügend mechanische Festigkeit und äußeres Aussehen. Wird GMT durch Erhitzen geschmolzen, dann neigt es zur Ausdehnung in Richtung der Dicke, was die Wärmeleitung zum Inneren des GMT ver- mindert und zu geringer Wärmeeffizienz führt.
Um die durch ungenügende Imprägnierung mit dem Harz verursachten Probleme zu lösen, offenbart JP-A-7-164439 eine geformte Platte als ein Material für ein Heißstanzformen undein Hochgeschwindigkeits-Pressformen. Eine solche geformte Platte wird hergestellt durch Zerteilen und Sammeln eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials, gefolgt von dessen Formen unter Wärme und Druck.
JP-A-7-184704 und JP-A-11-56410 offenbaren einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, der unter Einsatz einer solchen oben erwähnten geformten Platte hergestellt wird,
Das Herstellungsverfahren eines geformten Produktes, das in der JP-A-7-164439 offen- bart ist, erfordert jedoch drei Erhitzungsstufen, d. h., eine Stufe der Herstellung des faserver- stärkten thermoplastischen Harzgrundmaterials, eine Stufe des Herstellens einer Platte und eine Stufe des Wiedererhitzens der Platte zum Pressformen. Dieses Verfahren ist vom Standpunkt des Energieverbrauches nicht bevorzugt und verursacht die Hitzebeeinträchtigung des eingesetzten thermoplastischen Materials.
EP-A-0 376 472 offenbart ein Herstellungsverfahren eines geformten Produktes sowie ein geformtes Produkt aus faserverstärktem thermoplastischem Harz, das nach diesem Verfahren erhalten ist. Das Herstellungsverfahren umfasst eine Stufe des Aufbringens eines Grundmaterials, bei dem ein faserverstärktes thermoplastisches Harzbasismaterial in eine Bandform zerteilt, gesammelt und behandelt wird, um Streifenstücke herzustellen, eine Stufe des Formens einer Platte durch Erhitzen und Kompressionsformen der Streifenstücke, eine Stufe des Formens der Platte durch Erhitzen und Pressformen. Die Stufe des Herstellens einer Platte führt üblicherweise zu einem Trimmverlust, was die Ausbeute an dem erhaltenen Material verringert. Beim Pressformen ist ein Ausschneiden (Herstellen eines Rohlings) der Platte erforderlich, um die Größe der Platte an eine Form anzupassen, wobei ein Verlust an Rohling auftritt. Dies vermindert weiter die Arbeitseffizienz ebenso wie die Produktions-Effizienz.
Als ein Resultat erfüllt ein Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, wie er in JP-A-7-184704 und JP-A-11-56410 offenbart ist, die mechanische Festigkeit für L-Art und S-Art, wie im japanischen Industriestandard (JIS) T 8101 festgelegt (einem auf Leder hergestellten Sicherheitsschuh). Das Formen unter Einsatz der oben erwähnten Platte führt jedoch zu dürftiger Produktivität und Wirtschaftlichkeit.
Unter diesen Umständen ist es eine Aufgabe, ein neues Verfahren zum Herstellen eines Formproduktes aus faserverstärktem thermoplastischem Harz mit hoher mechanischer Festigkeit und ohne wesentliche Wärmebeeinträchtigung des eingesetzten Harzes zu schaffen, was erzielt wird durch ein effizientes Erhitzen ohne Ausüben einer Scherspannung auf das faserverstärkte thermoplastische Harzbasismaterial.
Es ist eine andere Aufgabe, ein faserverstärktes thermoplastisches Harz-Formprodukt, wie einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, der nach denn neuen Verfahren hergestellt ist, bereitzustellen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes nach der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgaben umfasst eine Stufe des Zuführens eines Basismaterials, bei dem ein faserverstärktes thermoplastisches Harzbasismaterial in eine Streifenform oder in eine Bandform zerkleinert und gesammelt wird, eine Stufe des Formens einer geschmolzenen Masse, bei der ein Heizgas dem gesammelten Basismaterial zu- geführt wird, um es zu schmelzen und dadurch eine geschmolzene Masse zu bilden, und eine Formstufe, bei der die geschmolzene Masse einer Form zugeführt und dann unter Bilden eines Formproduktes pressgeformt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das faserverstärkte thermoplastische Harzbasismaterial in eine Streifenform oder in eine Bandform zerkleinert und gesammelt, und ein Heizgas wird Öffnungen oder Spalten der in einer Masse gesammelten Basismaterialien zugeführt, wodurch dieses Basismaterial unter Bildung einer geschmolzenen Masse geschmolzen wird. Die resultierende geschmolzene Masse kann dann pressgeformt werden, um ein Formprodukt mit hervorragender mechanischer Festigkeit herzustellen, die den darin enthaltenen lan- gen Restfasern zuzuschreiben ist, und das ein gutes äußeres Aussehen aufweist. Nach dem Herstellen des Basismaterials kann das Hitzeschmelzen des Harzes zu einer Zeit ausgeführt werden, wodurch die Kosten des Energieverbrauchs verringert und die Arbeitseffizienz verbessert werden, sowie die Wärmebeeinträchtigung des Harzes vermindert wird.
Ist die Massendichte des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials im akkumulierten Zustand als _ϱl definiert und ist eine wahre Dichte des Basismaterials als _ϱ0 definiert, dann wird vorzugsweise die folgende Gleichung erfüllt. 1/100 ≦ ϱ1/ϱ0 ≦ 1/2
Erfüllt das Basismaterial die obige Gleichung, dann kann die Akkumulation des Basismaterials in der richtigen Weise massiv werden, wodurch Heizgas wirksam durch das Basismaterial hindurchgehen und somit das Erhitzen in einer kurzen Zeitdauer ausgeführt werden kann. Die obige Massendichte ϱ₁ ist die Dichte des Basismaterials, das zerkleinert und statistisch so weit wie möglich in einem Gefäß akkumuliert ist, dessen innerer Durchmesser größer als die Länge des Basismaterials ist. Die obige wahre Dichte ϱ₀ (eine theoretische Dichte) ist die Dichte des Basismaterials selbst.
Das eingesetzte faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial hat vorzugsweise die folgenden Charakteristika von (a) bis (d).

(a) eine Streifenform mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 1,5 mm,
(b) einen Gehalt an verstärkender Faser von 15 bis 80 Vol.-%,
(c) eine mittlere Länge L von 10 bis 50 mm,
(d) L/D von 15 bis 100, wobei D der mittlere Durchmesser ist.

Hat das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial die obigen Charakteristika, dann wird das Basismaterial eine feine und nadelartige Gestalt, um das resultierende akkulmulierte Basismaterial leicht voluminös zu machen, wodurch das Heizgas glatt durch das Basismaterial hindurchgeführt werden kann, um zu einem gleichmäßigen und raschen Erhitzen des Basismaterials zu führen.
Nach dem Leiten des Heizgases zum akkumulierten faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterial, um es zu schmelzen, ist es bevorzugt, das resultierende geschmolzene Basismaterial zu pressen, um eine geschmolzene Masse zu formen, wobei die Zeit zum Abkühlen der geschmolzenen Masse zu einem Feststoff verzögert werden kann, da die Oberfläche der geschmolzenen Masse klein werden kann.
Es ist auch bevorzugt, die geschmolzene Masse in einer solchen Weise herzustellen, dass die mittlere Faserlänge in der geschmolzenen Masse mindestens 95% der ursprünglichen Länge im Basismaterial beibehalten kann, wodurch die mechanische Festigkeit des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes, wie einem Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, verbessert werden kann.
Es ist auch bevorzugt, die Stufe des Formens der geschmolzenen Masse und die Stufe des Formens des Formproduktes in einer solchen Weise auszuführen, dass die mittlere Faserlänge im Formprodukt mindestens 90% der ursprünglichen Länge im Basismaterial beibehalten kann, wodurch die mechanische Festigkeit des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes, wie einem Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, verbessert werden kann.
Es ist auch bevorzugt, Luft und/oder inaktives Gas als das Heizgas zu benutzen, das durch das akkumulierte faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial hindurchgeführt wird. Luft wird vorzugsweise zur Kostenersparnis benutzt und inaktives Gas, wie N₂, Ar, CO₂ usw., kann die durch die Oxidation des thermoplastischen Harzes verursachte Beeinträchtigung verringern.
Es ist auch bevorzugt, die Temperatur T des durch das akkumulierte faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial hindurchgeführten Heizgases innerhalb der folgenden Gleichung zu halten: T₁ ≦ T ≦ T₁ + 100°C, worin T₁ ein Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes ist. Als ein Resultat kann das thermoplastische Harz effizient geschmolzen werden, während die Beeinträchtigung des thermoplastischen Harzes verringert wird.
Ein Verfahren zum Herstellen des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes der vorliegenden Erfindung kann ausgeführt werden unter Einsatz einer Packung, die ein faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial enthält, wobei das Heizgas auf die Packung angewendet wird, um sie zu schmelzen und dadurch eine Öffnung oder ein Loch in der Packung herzustellen, durch die das Heizgas zum Basismaterial geführt werden kann. Als ein Resultat kann es zur Herstellung der geschmolzenen Masse durch Hitzeschmelzen des Basismaterials und Zuführen der resultierenden geschmolzenen Masse zu einer Form zum Pressformen ausgeführt werden.
Bei Benutzung der Packung wird eine vorbestimmte Menge des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials mit einem thermoplastischen Harzfilm eingepackt, wodurch eine gute Handhabung und ein guter Transport des Basismaterials erzielt werden kann. Es ist möglich, ein Formprodukt effizient herzustellen, da eine Scchneidestufe und eine Messstufe an Ort und Stelle vermieden werden. Es ist demgemäß an der Stelle, an der ein Formen ausgeführt wird, lediglich erforderlich, die ein faserverstärktes thermoplastisches Harz in einer Fadenform oder in einer Bandform enthaltende Packung in einem Gefäß anzuordnen, durch das ein Heizgas geleitet wird. Das in der Packung verpackte faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial wird in seinem massiv akkumulierten Zustand gehalten, wodurch eine Stufe des Zerkleinerns und Akkumulierens des Basismaterials an der Stelle nicht erforderlich ist.
In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Heizgas leicht durch die Spa1ten in dem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterial in seinem massiv akkumulierten Zustand zu leiten, indem man ein Heizgas auf die Packung anwendet, um ein Loch in dem thermoplastischen Harzfim der Packung herzustellen. Das Basismaterial kann unter Herstellung einer geschmolzenen Masse rasch und gleichmäßig hitzegeschmolzen werden. Die resultierende geschmolzene Masse wird danach pressgeformt, um ein Formprodukt mit einer hohen mechanischen Festigkeit, aufgrund der darin enthaltenen langen Fasern, und einem guten äußeren Aussehen zu bilden. Nachdem das Basismaterial hergestellt worden ist, kann das Hitzeschmelzen des Harzes zu einer Zeit erfolgen, wodurch die Kosten des Energieverbrauchs verringert und die Arbeitseffizienz verbessert Sind und die Wärmebeeinträchtigung des Harzes vermindert wird.
Werden die massiv akkumulierten faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismater- rialen zur Herstellung der geschmolzenen Masse hitzegeschmolzen, dann werden die Enden der geschmolzenen Masse zu stark gekühlt, während die Enden der geschmolzenen Masse mit dem geschmolzenen thermoplastischen Harzfilm der Packung während der Heizstufe abgedeckt werden können und so das Abkühlen der geschmolzenen Masse vermieden werden kann.
Als ein Beispiel eines nach einem der oben offenbarten Verfahren hergestellten Formproduktes ist es möglich, einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh herzustellen, der die Leistungsfähigkeit des S-Standards als Sicherheitsschuhe, in JIS T 8101 festgelegt, erfüllt. Der Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, hergestellt durch Hitzeschmelzen des faserver- stärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials zur Herstellung einer geschmolzenen Masse und dann Pressformen der resultierenden Masse, wie oben erwähnt, hat das gute äußere Aus- sehen und das leichte Gewicht sowie die mechanische Festigkeit, die die Leistungsfähigkeit des S-Standards als Sicherheitsschuh, festgelegt in JIS T 8101, aufgrund der darin enthaltenen langen Fasern und der geringen Wärmebeinträchtigung des Harzes erfüllt.
Der Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh hat vorzugsweise ein Gewicht von höchstens 35 g und eine Dicke seines maximalen Teiles von höchstens 4 mm. Dieser Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh ist daher ausgezeichnet im Gewicht, der Kompaktheit und der mechanischen Festigkeit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Ansicht, die eine Stufe des Zuführens des Basismaterials und eine Stufe des Herstellens der geschmolzenen Masse veranschaulicht als ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel der Stufe des Formens im Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel des nach dem Verfahren der vorliegenden Endung erhaltenen Produktes zeigt.
4 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der Stufe des Formens im Verfahren der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des nach der vorliegenden Erfindung erhaltenen Produktes zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel der in der vorliegenden Erfindung benutzten Packung zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der in der vorliegenden Erfindung benutzten Packung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.
Das einzusetzende thermoplastische Harz ist nicht besonders eingeschränkt und es können verschiedene Harze, die am Markt üblicherweise erhältlich sind, benutzt werden. So kann, z. B., ein Polyolefinharz, ein Polyamidharz, ein Polyesterharz, Polycarbonatharz, ein Polyphenylensulfidharz oder ein Polystyrol benutzt werden. Von diesen ist ein Polyolefinharz, ein Polyamidharz oder ein Polyesterharz vom Standpunkt der Imprägnierung der Fasern, der Kosten und der physikalischen Eigenschaften besonders bevorzugt. Spezifisch kann das Polyolefin, z. B., Polypropylen oder Polyethylen sein. Das Polyamidharz kann, z. B., Nylon 6–6, Nylon 6, Nylon 12 oder MXD-Nylon sein. Das Polyesterharz kann, z. B., Polyethylenterephthalat oder Polybutylen- terephthalat sein. Diese Harze werden besonders bevorzugt eingesetzt. Zu einem solchen Harz können Zusätze, wie ein Färbemittel, ein Modifiziermittel, ein Antioxidationsmittel und ein wetterbeständig machendes Mittel, hinzugegeben werden.
Die für das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial zu benutzenden verstärkenden Fasern können, z. B., Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern, Keramikfasern usw. sein und sie werden in Abhängigkeit von dem Einsatz des Formproduktes ausgewählt. So werden, z. B., Kohlenstofffasern in der Masse für eine elektromagnetische Wellenabschirmung und Glasfasern in dem Falle eingesetzt, bei dem die Kosten in Betracht gezogen werden. Diese Fasern können allein oder in Kombination benutzt werden.
Die verstärkenden Fasern haben üblicherweise von 6 bis 23 μm als mittleren Durchmesser der Monofilaments und vorzugsweise von 10 bis 17 μm. Ist der mittlere Durchmesser der Monofilaments geringer als 6 μm, dann nehmen die Kosten des Basismaterials zu und weiter ist die Oberfläche der verstärkenden Fasern groß, was zu einer dürftigen Fließfähigkeit in der Formstufe führt, wenn der Gehalt der verstärkenden Fasern im Basismaterial identisch ist. Übersteigt andererseits der mittlere Durchmesser der Monofilaments 23 μm, dann hat das resultierende faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial dürftige mechanische Eigenschaften.
Die Anzahl der Filaments in der kontinuierlichen verstärkenden Faser, die in einem einzelnen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterial enthalten ist, beträgt vorzugsweise von 100 bis 1600 Filaments. Ist die Anzahl der Filaments geringer als 100 Filaments, dann ist eine große Anzahl von Strängen aus den verstärkenden Fasern erforderlich, um ein Basismaterial genügender Festigkeit herzustellen, wodurch die Operation mühsam wird. Übersteigt an- dererseits die Anzahl der Filaments 1600 Filaments, dann wird die gleichmäßige Imprägnierung des thermoplastischen Harzes um die Monofilaments herum schwierig und das resultierende Basismaterial wird dick, wodurch die Aufgabe nicht gelöst werden kann. Außerdem ist die Dispersion der Fasern im Formprodukt dürftig, wodurch es schwierig ist, die erwartete mechanische Festigkeit des schließlich erhaltenen Formproduktes zu erzielen.
Wird das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial zerkleinert, dann befindet sich das Basismaterial vorzugsweise in einem voluminösen Zustand, wodurch das Heizgas leicht durch das Basismaterial hindurchgehen kann. Der Grad der Voluminösität des Basismaterial soll vorzugsweise die folgende Gleichung erfüllen: 1/100 ≦ _ϱ1/ϱ0 ≦ 1/2, bevorzugter 1/50 ≦ _ϱ1/ϱ0 ≦ 1/3, worin ϱ₁ die Massendichte des Basismaterials im akkumulierten Zustand und ϱ₀ die wahre Dichte des Basismaterials ist. Übersteigt _ϱ1/ϱ0 1/2, dann ist der Grad der Voluminösität zu gering, wodurch das Heizgas schwierig hindurchgeht und eine zu lange Heiz schmelzzeit erforderlich ist. Ist _ϱ1/ϱ0 geringer als 1/100, dann ist der Grad der Voluminösität zu groß, was zu einer geringen Dichte des Basismaterials führt, wodurch die geschmolzene Menge gering ist, selbst wenn viel Heizgas zugeführt wird, und somit eine dürftige Produktivität erzielt wird, was unerwünscht ist.
Die Massendichte _ϱ1 des Basismaterials, das zerkleinert und akkumuliert ist, kann in einem Behälter, wie einem Messzylinder, einem Becher usw. gemessen werden, der einen inneren Durchmesser aufweist, der größer ist als die Länge des Basismaterials, worin das Basismaterial statistisch so weit wie möglich zerkleinert ist. Die wahre Dichte _ϱ0 kann aus der theo- retischen Dichte des Basismaterials erhalten werden.
Das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial kann in Form eines Fadens oder eines Bandes und vorzugsweise in Form eines Fadens vorliegen. Die Fadenform bedeutet hier, dass das Basismaterial eine kreisförmige, ovale oder ähnliche Querschnittsgestalt hat und das Verhältnis eines langen Durchmessers/zum kurzen Durchmesser höchstens 3 beträgt. Übersteigt das Verhältnis 3, wobei die Gestalt im Wesentlichen flach wie ein Band ist, dann wird das Material in zwei Dimensionen zerkleinert, sodass sich Spalte, durch die das Heizgas hindurchgehen kann, nicht genügend bilden, verglichen mit der Fadenform des Basismaterials.
Befindet sich das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial in einer Fadenform, dann beträgt sein mittlerer Durchmesser vorzugsweise von 0,1 bis 1,5 mm, bevorzugter von 0,2 bis 1,0 mm. Ist der Durchmesser geringer als 0,1 mm, dann findet während der Herstel- lung des Basismaterials wahrscheinlich ein Brechen der Fasern statt, wodurch die Produktivität dürftig wird. Übersteigt der Durchmesser 1,5 mm, dann ist das erhaltene Basismaterial zu dick, was zu einer dürftigen Dispersion der verstärkenden Fasern sowie einer dürftigen Wärmeeffizienz beim Heizgas führt, wodurch eine erwartete mechanische Festigkeit des schließlich erhaltenen Formproduktes schwierig zu erzielen ist, was unerwünscht ist.
Die Länge (Schnittlänge) des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials beträgt vorzugsweise von 10 bis 50 mm, bevorzugter von 15 bis 40 mm. Ist die Schnittlänge geringer als 10 mm, dann sind die mechanischen Eigenschaften des schließlich erhaltenen Formproduktes dürftig, was unerwünscht ist. Übersteigt die Schnittlänge 50 mm, dann wird die Handhabungs-Effizienz dürftig und die Fließfähigkeit des Basismaterials während des Formens ist gering, was unerwünscht ist.
Liegt das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial in Fadenform vor, dann ist L/D vorzugsweise von 15 bis 100 und bevorzugter von 30 bis 80, wobei der mittlere Durchmesser D und die mittlere Länge L ist. Ist L/D geringer als 15, dann ist es schwierig, das akku- mulierte Produkt des Basismaterials voluminös zu machen, wenn das Basismaterial in einem Gefäß zerkleinert und akkumuliert wird. In einem solchen Falle werden die Pfade zum Hindurchführen des Heizgases kaum geeignet gebildet, wodurch ein gleichmäßiges Erhitzen schwierig zu erhalten ist. Übersteigt L/D 100, dann ist der Grad der Voluminösität zu groß und die Dichte des Basismaterials wird gering, wodurch die geschmolzene Menge dürftig ist, selbst wenn viel Heizgas zugeführt wird, sodass die Produktivität dürftig ist, was unerwünscht ist.
Liegt L/D innerhalb des genannten Bereiches, dann bewegen sich die verstärkenden Fasern in den verflochtenen Zustand in der Form, wenn das Basismaterial zugeführt wird. Die verstärkenden Fasern werden leicht im erhaltenen Produkt dispergiert, was die Festigkeit des erhaltenen Formproduktes verbessert.
Im einzusetzenden faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterial beträgt der Gehalt an verstärkenden Fasern vorzugsweise 50 bis 80 Vol.-%, bevorzugter von 20 bis 70 Vol.%. Ist der Gehalt an verstärkenden Fasern geringer als 15 Vol.-%, dann ist die verstärkende Wirkung gering, und übersteigt sie 80 Vol.-%, dann ist die Menge der Matrix (des thermoplastischen Harzes), die die Fasern umgibt, zu gering, wodurch es schwierig ist, eine Imprägnierungsrate von mindestens 95% sicherzustellen, wie später erwähnt.
Die Imprägnierungsrate des thermoplastischen Harzes im Basismaterial beträgt vorzugsweise mindestens 95%. Ist die Imprägnierungsrate im Formprodukt, wie einem Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, geringer als 95%, dann ist es schwierig, ein Formprodukt mit gleichmäßigen mechanischen Eigenschaften zu erhalten, und in einigen Fällen ragen die verstärkenden Fasern aus der Oberfläche des Formproduktes heraus, was unerwünscht ist.
Die Imprägnierungsrate wird durch die folgende Gleichung 1 aus dem Porenbereich und dem gesamten Querschnittsbereich, wie beobachtet, bestimmt, wenn der Querschnitt des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials durch ein Elektronenmikroskop mit 200-facher Vergrößerung und in einem 20 Maschensieb beobachtet wird. Werden Poren (Luftblasen) in dem 20 Maschensieb auch nur wenig beobachtet, dann wird dies als Porenbereich hinzugefügt. [(Gesamter Querschnittsbereich·Porenbereich)/Gesamter Querschnittsbereich)x 100(%) Formel 1
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials wird dieses vorzugsweise so ausgeführt, dass Stränge aus verstärkenden Fasern in ein Bad aus geschmolzenem Harz geführt, und die verstärkenden Faserstränge nach einem Schmelz-Imprägnierungsverfahren mit dem Harz imprägniert werden, gefolgt vom Ziehen eines einzelnen oder mehrerer der verstärkenden Faserstränge aus einer Düse, um ein langes oder kontinuierliches faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial zu erhalten.
Wird ein Verfahren zum Ziehen eines einzelnen der gebündelten verstärkenden Faserstränge ohne Anwenden des Splittens aus einer Düse benutzt, dann ist das Ziehen aus der Düse einfach und der Gehalt an verstärkenden Fasern kann erhöht werden und die Zunahme des Abfalls kann vermindert werden, was erwünscht ist.
Wird das obige Verfahren benutzt, dann kann das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial mit einem geringen Durchmesser leicht hergestellt werden. Das wie oben beschrieben hergestellte Basismaterial kann leicht erweicht oder verfestigt werden durch eine geringe Menge an Wärme. Als ein Resultat kann die Heizzeit des Basismaterials verkürzt werden, wodurch es möglich ist, die Wärmebeinträchtigung des im Basismaterial enthaltenen Harzes auf ein Minimalniveau zu unterdrücken, wenn das Basismaterial erhitzt wird.
Eine Packung aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterial wird hergestellt durch Akkumulieren des Basismaterials in Form von Fäden oder Bändern in einem voluminösen Zustand und Verpacken des resultierenden akkumulierten Produktes mit einem thermoplastischen Harzfilm.
Das für den Film einzusetzende thermoplastische Harz ist nicht beschränkt und es können verschiedene Harze benutzt werden. Ein Harz mit wechselseitiger Löslichkeit mit dem im Basismaterial enthaltenen thermoplastischen Harz ist bevorzugt, und es ist besonders bevorzugt, die gleiche Harzart wie beim Basismaterial zu benutzen. Vorzugsweise wird, z. B., ein Polyolefinharz, ein Polyamidharz oder ein Polyesterharz benutzt. Spezifisch kann das Polyolefin Polypropylen, Polyethylen und ein statistisches Copolymer oder ein Blockcopolymer von Propylen-Ethylen vom Standpunkt der Reißbeständigkeit, Bruchbeständigkeit und Kältebeständigkeit sein. Das Polyamidharz kann, z. B., Nylon 6–6, Nylon 6, Nylon 12 oder MXD-Nylon sein. Das Polyesterharz kann, z. B., Polyethylenterephthalat oder Polybutylenterephthalat sein. Es ist besonders bevorzugt, das oben erwähnte Harz zu benutzen. Zu einem solchen Harz können Zusätze, wie ein Färbemittel, ein Modifiziermittel, ein Antioxidationsmittel und ein wetterbeständig machendes Mittel, hinzugegeben werden.
Während der für die Packung zu benutzende Film behandelt wird oder nicht, ist es bevorzugt, einen Film mit Wärmeschrumpfungs-Eigenschaften zu verwenden, um zu verhindern, dass er voluminös wird, wenn er zum Verpacken benutzt wird. Ein gereckter Film wird bevorzugt eingesetzt, sodass er rasch schmilzt und Öffnungen bildet, wenn das Heizgas darauf angewendet wird.
Die Dicke des Filmes beträgt vorzugsweise von 10 bis 100 μm, bevorzugter von 10 bis 50 μm, doch ist dies nicht beschränkt. Ist die Dicke geringer als 10 μm, dann zerbricht der Film leicht. Übersteigt die Dicke 100 μm, dann ist es schwierig, den Film zu schmelzen, was eine dürftige Produktivität verursacht, wenn Heizgas darauf angewendet wird, und der Teil auf dem Film, der eine große Menge Harz aufweist, wird klebrig beim Schmelzen, was zu einer dürftigen Arbeitseffizienz führt, was unerwünscht ist.
Während dies keine notwendige Einschränkung ist, hat die Packung vorzugsweise eine ähnliche Gestalt und eine ähnliche Größe wie das Gefäß, durch das das Heizgas hindurchgeht. Dies deshalb, weil das Basismaterial gleichmäßig und voluminös akkumuliert werden kann, wodurch das Heizgas gleichmäßig durch die Spalte des Basismaterials hindurchgehen kann, wenn das Heizgas auf den Film der Packung angewendet wird, um den Film zu schmelzen. Hat die Packung eine größere Größe oder eine sehr verschiedene Gestalt, verglichen mit dem Gefäß, dann ist es unmöglich, die Packung in das Gefäß zu setzen, oder es wird ein großer Raum zwischen der Packung und dem Gefäß gebildet, wodurch das Heizgas nicht effizient zum Schmelzen des Basismaterials benutzt wird, da es praktisch nicht durch die engen Spalte im Basismaterial hindurchgeht, sondern durch den großen Raum.
Während die Packung in der vorliegenden Erfindung abgedichtet oder luftdurchlässig ist, ist es bevorzugt, die gesamte Oberfläche des Basismaterials mit einem Film während des Transportes abzudecken. Um die Packung luftdurchlässig zu machen, ist es bevorzugt, ein Verfahren anzuwenden, bei dem der Mund der Packung nicht abgedichtet oder teilweise geöffnet ist, oder viele kleine Löcher in dem Film der Packung bis zu dem Ausmaß gestanzt sind, dass das Basis material nicht aus der Packung herausfallen kann. Bei jedem Verfahren wird die Explosion der Packung während des Transportes durch Ventilation verhindert; die Packung ist flexibel und leicht zu handhaben und das Heizgas kann leicht hindurchgehen, um die Packung zu schmelzen. Der Film der Packung kann üblicherweise von einer membranartigen Gestalt sein, doch kann eine netzartige Gestalt, Gewebe oder Vließ, vorzugsweise benutzt werden, solange das Basismaterial nicht aus der Packung herausfällt.
Es ist bevorzugt, ein solches Verfahren zu benutzen, bei dem die Größe der Packung klein sein kann, z. B. ein Verfahren, bei dem das Basismaterial verpackt wird, während die Luft in der Packung absorbiert wird, oder ein Verfahren, bei dem der Film nach dem Verpacken ge- schrumpft wird. Als ein Verfahren zum Schließen des Mundes der Packung können ein Wärme- dichtungs-Verfahren oder ein Verfahren unter Einsatz eines Leims oder eines Klebebandes usw. benutzt werden. Ein solches Verfahren zum Verschließen kann ein vollständiges Verschließen oder ein teilweises Verschließen sein, bei dem ein Teil der Packung offen gelassen wird. Es ist auch zulässig, vor oder nach dem Abdichten zur Luftdurchlässigkeit Löcher in die Packung einzubringen.
Bei der Stufe, bei der das Basismaterial oder die das Basismaterial enthaltende Packung dem Bereich zugeführt wird, durch den Heizgas hindurchgeht, wird ein Gefäß bereitgestellt, in dem das Basismaterial oder das Basismaterial in der Packung im voluminösen Zustand gehalten werden kann, wenn das Basismaterial zerkleinert und akkumuliert ist oder die Packung zuge- führt ist. Ein solches Gefäß hat vorzugsweise eine Struktur, die das Entweichen der Wärme verhindern kann, wenn das Heizgas eingeblasen wird. Das Basismaterial wird in einem solchen Gefäß zerkleinert und akkumuliert. Während ein gewöhnliches Zerkleinerungs-Verfahren leicht ein voluminös akkumuliertes Produkt aus dem Basismaterial zu machen in der Lage ist, ist es bevorzugt, das Basismaterial, jedes Mal in einer gewissen gleichmäßigen Menge, gleichmäßig zu zerkleinern, sodass das Basismaterial in allen drei Dimensionsrichtungen zerkleinert werden kann.
Das Gefäß hat vorzugsweise eine rohrartige Gestalt. Ein solches Rohr kann einen Querschnitt eines Kreises haben, es kann vierseitig sein oder einen anderen Querschnitt haben. Während die Größe des Rohres nicht bechränkt ist, ist der Durchmesser (die kürzere Seitenlänge im Falle von vierseitig) vorzugsweise mindestens die Länge des Basismaterials. Das Rohr muss eine Struktur haben, die das Einleiten des Heizgases gestattet, und sie ist somit mit einem Einlass und einem Auslass für das Heizgas versehen.
Die Anordnung des Rohres ist nicht beschränkt, und es kann eine vertikale Anordnung und eine horizontale Anordnung benutzt werden. Es ist bevorzugt, das Rohr derart anzuordnen, dass der Einlass und der Auslass für das Heizgas am oberen bzw. unteren Ende des Rohres angeordnet sind. Ist das untere Ende des Rohres mit einem Sieb aus Metall usw. versehen, dann kann das Heizgas dadurch in das Rohr geblasen werden. Es ist auch möglich, das Heizgas vom oberen Ende des Rohres einzublasen, und es durchdas Metallsieb am unteren Ende dses Rohres austreten zu lassen. Statt des aus Metall usw. hergestellten Siebes, kann am unteren Ende des Rohres ein Schlitz oder Ähnliches installiert sein.
Die Stufe des Bildens einer geschmolzenen Masse schließt ein Verfahren ein, bei dem ein Heizgas durch das zerteilte und akkumulierte Basismaterial hindurchgeleitet wird, um das im Basismaterial enthaltene Harz zu schmelzen. Als ein Verfahren zum Hindurchleiten des Heizgases kann ein solches Verfahren benutzt werden, bei dem der heiße Wind des Heizgases in das zerkleinerte und akkumulierte Basismaterial geblasen wird, oder ein Verfahren, bei dem das Heizgas durch das Basismaterial geleitet wird, das in einer erhitzten Atmosphäre angeordnet ist. Von diesen ist das Verfahren unter Einsatz heißen Windes besonders bevorzugt, da es das Basismaterial rasch zu schmelzen in der Lage ist.
Bei dem Verfahren unter Einsatz eines heißen Windes ist die Windgeschwindigkeit nicht besonders beschränkt, da sie vom zu benutzenden Gefäß, der Gestalt und der Größe des Basismaterials usw. abhängt. Vor allem ist es bevorzugt, eine Geschwindigkeit des heißen Windes innerhalb eines Bereiches zu benutzen, in dem das Basismaterial nicht weggeblasen wird, und somit von 0,3 bis 10 m/s, wobei 0,5 bis 5 m/s besonders bevorzugt sind.
Durch Hindurchleiten des Heizgases wird das im akkumulierten Basismaterial enthaltene Harz geschmolzen und somit das Volumen des Basismaterials durch das Eigengewicht oder einen Außendruck zur Bildung einer geschmolzenen Masse aus einem Klumpen des Basismaterials verringert. Da die durch das Eigengewicht erhaltene geschmolzene Masse voluminös ist und eine große Oberfläche hat, ist es bevorzugt, sie durch einen geringen Druck zur Bildung einer gepressten geschmolzenen Masse zu pressen, die beim Überführen zu einer Form leicht gehandhabt werden kann und vor dem Formen nicht stark gekühlt wird. Ein Druck, unter dem die voluminös geschmolzene Masse gepresst wird, beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 1,5 kg/cm². Da das gesamte Basismaterial erhitzt wird, um flexibel zu werden, werden die verstärkenden Fasern nicht zerbrochen oder zerstört, selbst wenn ein Druck angewandt wird, wodurch eine geschmolzene Masse mit einer beträchtlich hohen Dichte erhalten wird, und das schließlich resultierende Formprodukt eine genügende mechanische Festigkeit und ein hervorragendes äußeres Aussehen aufweist.
Wird die geschmolzene Masse in dem Gefäß gepresst, dann werden der Einlass und der Auslass vorzugsweise geschlossen, um das Heizgas auszuschließen, um ein zu starkes Erhitzes zu vermeiden. Zum Pressen wird vorzugsweise ein Kolben benutzt und ein erhitzter Kolben ist besonders bevorzugt, um das Verringern der Temperatur der geschmolzenen Masse zu verhin- dern. Die Pressoberfläche des Kolbens ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie dem inneren Querschnitt des Rohres angepasst ist.
Die unter Einsatz eines Kolbens gepresste geschmolzene Masse kann ein dichtes dickes Material sein, das im Wesentlichen keine Spalte aufweist, oder es kann ein Material mit wenigen Spalten bis zu dem Ausmaß sein, dass das Handhaben möglich ist.
Die Temperatur T des Heizgases variiert in Abhängigkeit von dem in dem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterial einzusetzenden thermoplastischen Harz. Ist T₁ die Schmelztemperatur des eingesetzten thermoplastischen Harzes, dann ist es bevorzugt, die folgende Gleichung zu erfüllen: T₁≦ T ≦ T₁ + 100°C, insbesondere T₁+10°C ≦ T ≦ T₁ + 80°C. Ist T kleiner als T₁, dann ist es schwierig, das Harz zu schmelzen, und übersteigt T T₁ + 100°C, dann wird ein Hitzebeeinträchtigung verursacht, was die mechanische Festigkeit des Formproduktes vermindert, was unerwünscht ist.
Das Heizgas kann durch einen Heißwind-Generator oder Ähnliches erhalten werden. Das in der vorliegenden Erfindung zu benutzende Heizgas ist nicht besonders beschränkt und, als ein Beispiel, kann es verwirbelte Luft, ein inaktives Gas, ein reduzierendes Gas usw. sein. Vor allem sind Luft und/oder ein inaktives Gas bevorzugt. Wird das eingesetzte thermoplastische Harz nicht durch Oxidation aufgrund der Erwärmung beeinträchtigt und somit die mechanische Festigkeit des Formproduktes nicht beschädigt, dann wird wegen der geringen Kosten vorzugsweise Luft benutzt. Wird es beeinträchtigt, dann wird vorzugsweise ein inaktives Gas oder ein reduzierendes Gas in einem reinen oder gemischten Zustand eingesetzt. Ein inaktives Gas schließt hier ein Gas eines Edelgases und ein chemisch inaktives Gas, wie N₂, CO₂, ein. Ein reduzierendes Gas kann zu dem obigen Gas hinzugegeben werden, um die Oxidation zu vermeiden.
Wird gemäß der Erfindung das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial in einer Fadenform oder in einer Bandform eingesetzt und durch ein Heizgas erhitzt, dann kann eine geschmolzene Masse aus dem Basismaterial zum ersten Mal in einer kurzen Zeit hergestellt werden.
Da die geschmolzene Masse fast ohne angewandte Scherkraft hergestellt wird, kann die mittlere Faserlänge der verstärkenden Fasern in der erhaltenen geschmolzenen Masse leicht die ursprüngliche mittlere Länge des Basismaterials beibehalten. Die mittlere Restfaserlänge der verstärkenden Faser in der geschmolzenen Masse beträgt vorzugsweise mindestens 95%, bevor- zugter mindestens 97%. Dies kontrolliert das Brechen der Monofilaments der verstärkenden Fasern, sodass das Vermindern der Fluidität, verursacht durch die voluminöse Ausdehnung bei angewandter Scherkraft, und die Beeinträchtigung des Harzes, verursacht durch eingefangene Luft, verhindert werden, wodurch die mechanische Festigkeit des Formproduktes nicht vermindert wird.
In der Stufe, bei der die geschmolzene Masse einer Form zugeführt und pressgeformt wird, wird die in einer vorherigen Weise erhaltene geschmolzene Masse herausgenommen und in eine Form überführt, z. B. durch einen Arbeiter, ein Förderband oder einen Roboter. Die Zufuhr-Einrichtung kann in Berücksichtigung der Fließfähigkeit, des äußeren Aussehens und der Erstarrungszeit des benutzten thermoplastischen Harzes ausgewählt werden, und es wird vor- zugsweise direkt der Form zugeführt, um die Fließfähigkeit beim Formen beizubehalten.
Während Bedingungen zum Pressformen der geschmolzenen Masse wahlweise unter Berücksichtigung der Fluidität, des äußeren Aussehens und der Erstarrungszeit des einzusetzenden thermoplastischen Harzes ausgewählt werden, werden im Allgemeinen übliche Bedin- gungen für das Pressformen benutzt. So kann, z. B., die Form vorzugsweise durch eine Heizeinrichtung erhitzt werden usw., und die Formtemperatur kann der Temperatur eines üblichen Formens des thermoplastischen Harzes folgen, die geringer ist als der Schmelzpunkt des thermoplastischen Harzes. Der Druck beim Pressformen beträgt vorzugsweise von 80 bis 300 kg/cm².
Das Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Formproduktes nach der vorliegenden Erfindung kann angewendet werden auf die Herstellung verschiedener Formprodukte, wie Automobilteile, elektrische Haushaltsgeräte, Industriematerialien, Konstruktionsmaterialien und Gebrauchsgütern. Es wird vorzugsweise auf die Herstellung eines Zehenspitzenkernes für einen Sicherheitsschuh angewendet, der ein Höchstgewicht von 35 g in einem Stück und an seinem maximalen Teil eine Dicke von höchstens 4 mm aufweist und die Leistungsfähigkeit des S-Standards für Sicherheitsschuhe erfüllt, der in JIS T 8101 festgelegt ist.
1, 2 und 4 sind Ansichten, die ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Formproduktes nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. 3 und 5 sind perspektivische Ansichten, die Beispiele der Formprodukte zeigen, die durch die vorliegende Erfindung hergestellt sind. 6 und 7 sind Ansichten, die die Gestalten der in der vorliegenden Erfindung einzusetzenden Packungen veranschaulichen.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Formproduktes nach der vorliegenden Erfindung, wie in 1(a) gezeigt, hat das Gefäß oder Rohr 11 einen Strömungspfad 12, der sich nach oben und unten durch das Rohr erstreckt, und in der unteren Position des Strömungspfades 12 mit einem Metallsieb 13 versehen ist. Bei der weiter tiefer gelegenen Position des Metallsiebes 13 ist eine Klappe 14 angeordnet, die die Zufuhr eines heißen Windes kontrolliert. Bei der oberen Position des Rohres 11 ist ein Kolben 15 angeordnet, der sich beweglich in dem Rohr 15 befindet. Der untere Teil des Rohres 11 bildet einen Einlass 16 für den Wind H, und der obere Teil des Rohres 11 bildet einen Auslass 17. Der obere Teil des Rohres 11 ist nach oben lösbar vom Metallsieb 13 ausgebildet, wie unten erwähnt.
In 1 wird faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial P1 in einer Fadenform oder in einer Bandform auf dem Metallsieb 13 im Rohr 11 zerkleinert und akkumuliert. Im Falle des Einsatzes einer Packung, der Packung R1 nach der vorliegenden Erfindung, hergestellt durch Einpacken des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials in einer Fadenform oder in einer Bandform mit einem thermoplastischen Film, wird diese in das Innere des Rohres 11 eingeführt und auf dem Metallsieb 13 angeordnet. In dieser Situation wird in der gleichen Weise, wie in 1, durch Öffnen der Klappe 14 ein heißer Wind H vom Einlass 16 dem Strömungspfad 12 nach oben zugeführt und auf dem Auslass 17 abgelassen. Als ein Resultat kann der heiße Wind H durch die Spalte im voluminös akkumulierten Basismaterial hindurchgehen, wodurch das akkumulierte Basismaterial in einer Fadenform oder einer Bandform rasch wärmegeschmolzen wird.
Im Falle der Packung wird der Film unter Bildung von Löchern geschmolzen, durch die der heiße Wind H durch die Spalte in dem voluminös akkumulierten Basismaterial hindurchgehen kann, um R1 in der gleichen Weise wie durch Wärme zu schmelzen.
Die Temperatur T des heißen Windes H erfüllt, wie oben erwähnt, vorzugsweise die fol- gende Gleichung: T₁ ≦ T ≦ T₁ + 100°C, insbesondere T₁ + 10°C ≦ T ≦ T₁ + 80°C, worin T₁ die Schmelztemperatur des benutzten thermoplastischen Harzes ist.
Wie in 1(b) gezeigt, ist das thermoplastische Harz-Basismaterial unter Bildung der geschmolzenen Masse P2 wärmegeschmolzen, da sein Eigengewicht das Volumen vermindert.
Wie in 1(e) gezeigt, wurde die Klappe 14 geschlossen und der Kolben 15 in das Innere des Rohres 11 eingeführt, um die geschmolzene Masse P2 weiter zu pressen, wodurch die resultierende geschmolzene Masse P2 eine höhere Dichte aufwies. Der obige Druck ist, wie oben ausgeführt, vorzugsweise relativ gering von 0,1 bis 1,5 kg/cm², wodurch die Länge der Restfasern der verstärkenden Fasern in der geschmolzenen Masse P2 bei mindestens 95% der mittleren Länge der ursprünglichen Filaments im verstärkten Basismaterial P1 gehalten werden kann.
Nach dem Herstellen der geschmolzenen Masse P2 des faserverstärkten thermoplasti- schen Harz-Basismaterials in der obigen Weise, wurde das obere Ende des Rohres 11 mit dem Kolben 15 nach oben abgetrennt, wie in 1(d) gezeigt, und dann wurde die geschmolzene Masse P2 herausgenommen, um sie in die Form 20 zu überführen, wie in 2 gezeigt. Diese Überführung kann mittels Arbeitern, einem Förderband, einem Roboter usw. ausgeführt werden.
Wie in den 2 bzw. 4 gezeigt, sind die Formen 20,24 aus Oberteilen 21,25 und Unterteilen 22,26 zusammengesetzt, zwischen denen der Hohlraum 23,27 gebildet ist. Die Formen 20,24 werden bei einer geeigneten Temperatur gehalten, vorzugsweise von 80 bis 100°C, indem man eine in den Figuren nicht gezeigte Heizeinrichtung benutzt.
Wie in den 2(e) bzw. 4(a) gezeigt, wird die aus dem Rohr 11 herausgenommene geschmolzene Masse P2 in den Hohlraum 23,27 der Formen 22,26 innerhalb einer Zeit, z. B. mehreren 10 Sekunden, eingeführt, sodass das geschmolzene thermoplastische Harz nicht erstarrt ist.
In diesem Falle wird, wie in den 2(f) bzw. 4(b) gezeigt, das Formoberteil 21,25 in das Formunterteil 22,26 eingeführt, um die geschmolzene Masse P2 dazwischen zu pressen, und das thermoplastische Harz der geschmolzenen Masse wird in dieser Stufe verfestigt, um das Formprodukt P3 zu erhalten. Dann wird das Formprodukt P3 herausgenommen, nachdem Formoberteile 21,25 und Formunterteile 22,26 geöffnet wurden.
Als ein Beispiel des in der oben beschriebenen Weise hergestellten Formproduktes P3 ist ein Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh in 3 und das Formprodukt in 5 gezeigt. Die Länge der Restfilaments der verstärkenden Fasern in dem Formprodukt P3 kann mindestens 90% der mittleren Länge der ursprünglichen Filaments in dem verstärkten Basismaterial P1 beibehalten, wodurch die Festigkeit des Formproduktes P3 verbessert werden kann.
BEISPIEL 1
Ein einzelner Glasfaserstrang, erhalten durch Bündeln von 600 Monofilaments mit einem mittleren Durchmesser von 13 μm, wurde in ein Säure-modifiziertes geschmolzenes Polypropylen (260°C) mit MI (Schmelzindex) von 40 eingeführt und der Schmelzimprägnierung un- terworfen und dann aus einer Düse mit einem Innendurchmesser von 0,53 mm mit einer Rate von 50 m/min gezogen und mit einer Pelletisier-Vorrichtung in eine Länge von 20 mm ge schnitten, um ein faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial zu erhalten. Dieses Basismaterial hatte einen mittleren Durchmesser von 0,53 mm, L/D von 37,7, einen Glasgehalt von 45,5 Vol.-% und eine Rate der Harzimprägnierung von 100% (Durchschnittszahl von n=5, n ist die Anzahl der Messungen).
Der obige Glasgehalt wurde erhalten durch Erhitzen des erhaltenen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials in einem elektrischen Ofen auf 600°C, um das Harz zu verbrennen, Errechnen des Glasgehaltes (Gew.-%) aus dem Gewicht des verbliebenen Glases und Umwandeln dieses Wertes in Vol.% auf der Grundlage, dass das spezifisache Gewicht des Harzes 0,91 und das spezifische Gewicht der Glasfasern 2,54 beträgt.
30 g des wie oben erhaltenen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials wurde in einem Rohr 11 mit einem inneren Durchmesser von 60 mm, gezeigt in 1, zerkleinert und durch Einblasen von heißem Wind H von einem unteren Ende des Rohres durch ein Metallsieb 13 geschmolzen. Die Geschwindigkeit des heißen Windes betrug 1,7 m/s, die Temperatur des heißen Windes oberhalb des Metallsiebes 13 war 200°C und die Schmelzzeit betrug 30 Sekunden.
Nach dem Beenden des Einblasens des heißen Windes wurde ein auf 200°C erhitzter Kolben 15 vom oberen Ende des Rohres 11 eingeführt und durch einen Druck von 1 kg/cm² beaufschlagt, um eine geschmolzene Masse P2 zu erhalten. Die Länge der Restfilaments der Glasfasern in der geschmolzenen Masse P2 wurde erhalten durch Verbrennen der geschmol- zenen Masse P2 bei 600°C und Messen von 100 wahlweise ausgewählten übrigen Monofilaments, um den Mittelwert zu erhalten. Dieser betrug 20 mm, was 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial war.
Die resultierende geschmolzene Masse P2 wurde durch Arbeiter in eine Metallform 20, gezeigt in 2, überführt und zum Erhalt eines Zehenspitzenkernes für einen Sicherheitsschuh als einem Formprodukt P3 pressgeformt. Die Länge der Restfilaments in dem erhaltenen Formprodukt war 19,4 mm, was 97% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial war.
BEISPIEL 2
Ein Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, als einem Formprodukt, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass L/D des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials 56,6 (Schnittlänge: 30 mm) betrug. Die Länge der Restfilaments in der geschmolzenen Masse betrug 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Die Länge der Filaments im Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh betrug 95% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial.
BEISPIEL 3
Ein Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial mit einem mittleren Durchmesser von 0,70 mm, einem Glasgehalt von 32,2 Vol.-% und L/D von 28,6 (Schnittlänge: 20 mm) eingesetzt wurde. Die Länge der Restfilaments in der geschmolzenen Masse war 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Die Länge der Restfilaments im Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh betrug 97% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial.
BEISPIEL 4
Es wurde ein ähnliches faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme benutzt, dass L/D 18,9 (Schnittlänge: 10 mm) betrug. 30 g des oben erhaltenen Basismaterials wurden in ein Rohr 11 mit einem Innendurchmesser von 60 mm, gezeigt in 1, zerkleinert und durch Einblasen von heißem Wind H von einem unteren Ende des Rohres durch ein Metallsieb 13 geschmolzen.
Die Geschwindigkeit des heißen Windes betrug 1,7 m/s, die Temperatur des heißen Windes oberhalb des Metallsiebes 13 war 200°C und die Schmelzzeit betrug 40 Sekunden, was ein wenig länger ist, da die Durchgangsspalte für den heißen Wind eng waren. Dann wurde ein Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Länge der Restfilaments in der geschmolzenen Masse betrug 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Die Länge der Restfilaments im Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh betrug 95% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial.
BEISPIEL 5
Sechzehn Glasfaserstränge (der mittlere Durchmesser der Monofilaments: 13 μm, die Anzahl der Monomfilaments pro Strang: 600) wurden gebündelt in ein Säure-modifiziertes geschmolzenes Polypropylen (260°C) mit MI (Schmelzindex) von 40 eingeführt und einer Schmelz- imprägnierung unterworfen und dann durch eine Düse mit einem Innendurchmesser von 2,2 mm mit einer Rate von 20 m/min gezogen und mittels einer Pelletisier-Vorrichtung in eine Länge von 20 mm geschnitten, um ein faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial zu erhalten. Dieses Basismaterial hatte einen mittleren Durchmesser von 2,2 mm, L/D von 9,1, einen Glasgehalt von 45,5 Vol.-% und eine Rate der Harzimprägnierung von 98% (Durchschnittszahl von n=5).
30 g des oben erhaltenen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials wurden in ein Rohr 11 mit einem Innendurchmesser von 60 mm, gezeigt in 1, eingeführt und durch Einblasen heißen Windes H vom unteren Ende des Rohres durch das Metallsieb 13 geschmolzen.
Die Geschwindigkeit des heißen Windes betrug 1,7 m/s und die Temperatur des heißen Windes oberhalb des Metallsiebes 13 war 200°C und die Schmelzzeit betrug 90 Sekunden, was wegen L/D etwas länger ist. Das Volumen des Basismaterials war gering, was die Durchgangs- spalte für den heißen Wind klein machte und der Durchmesser des Rohres war groß. Dann wurde ein Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Länge der Restfilaments in der geschmolzenen Masse betrug 100% der ursprünglichan Länge der Filaments im Basismaterial. Die Länge der Restfilaments im Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh betrug 89% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial.
BEISPIEL 6
Es wurden fünf Glasfaserstränge (mittlerer Durchmesser der Monofilaments: 13 μm, Anzahl der Monomfilaments pro Strang: 600) gebündelt, in ein Säure-modifiziertes geschmolzenes Polypropylen (260°C) mit MI (Schmelzindex) von 40 eingeführt und einer Schmelzimprägnierung unterworfen und dann aus einer Schlitzdüse mit einer Dicke von 0,12 mm und einer Breite von 10,0 mm mit einer Rate von 30 m/min gezogen und mittels einer Pelletisier-Vorrich- tung in eine Länge von 20 mm geschnitten, um ein bandförmiges, faserverstärktes thermoplastisches Harz-Basismaterial zu erhalten. Das erhaltene Basismaterial hatte eine Dicke von 0,12 mm, eine Breite von 10 mm, eine mittlere Länge von 20 mm, einen Glasgehalt von 43 Vol. % und eine Harzimprägnierungrate von 98% (Durchschnittszahl von n=5).
30 g des wie oben erhaltenen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials wurden in ein Rohr 11 mit einem Innendurchmesser von 60 mm, gezeigt in 1, eingeführt und durch Einblasen heißen Windes H vom unteren Ende des Rohres durch ein Metallsieb 13 geschmolzen. Die Geschwindigkeit des heißen Windes betrug 0,9, was geringer war als die 1,7 m/s in Beispiel 1, da die Bandform des Basismaterials einen großen Strömungswiderstand auf- wies. Die Temperatur des heißen Windes oberhalb des Metallsiebes 13 war 200°C und die Schmelzzeit betrug 90 Sekunden.
Nach Beenden des Einblasens des heißen Windes wurde ein auf 200°C erhitzer Kolben 15 vom oberen Ende des Rohres 11 aus eingeführt und durch einen Druck von 1 kg/cm2 beaufschlagt, um eine geschmolzene Masse zu erhalten. Die Länge der Restfilaments in der geschmolzenen Masse betrug 20,0 mm, was 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial entsprach. Unter Einsatz dieser geschmolzenen Masse wurde als Formprodukt eine Zehen- spitzenkern für einen Sicherheitsschuh in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Länge der Restfilaments im Zehenspitzenkern des Formproduktes betrug 19,4 mm, was 97% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial entsprach.
BEISPIEL 7
383 g des in Beispiel 1 eingesetzten faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials wurden in einen Beutel aus Polypropylenfilm mit einem inneren Durchmesser von 150 mm und einer Dicke von 20 μm verpackt, um eine Packung zu erhalten. Nach dem Messen des Gewichtes der 5 Packungen wurde eine der Packungen R1 in einem Rohr 11 mit einem Innendurchmesser von 150 mm, gezeigt in 1, angeordnet. Ein heißer Wind H wurde vom unteren Ende durch ein Metallsieb 13 in das Rohr geblasen. Die Geschwindigkeit des heißen Windes H betrug 1,7 m/s und die Temperatur des heißen Windes oberhalb des Metallsiebes 13 war 200 und die Schmelzzeit 60 Sekunden. Da das Basismaterial bereits in der Packung verpackt war, war das Anordnen der Packung im Rohr einfach.
Nach Beenden des Einblasens des heißen Windes wurde ein auf 200°C erhitzter Kolben 15 vom oberen Ende des Rohres 11 aus eingeführt und mit einem Druck von 1 kg/cm² beaufschlagt, um eine geschmolzene Masse P2 zu erhalten. Die Länge der Restfilaments aus Glasfaser in der geschmolzenen Masse P2 wurde erhalten durch Verbrennen der geschmolzenedn Masse P2 bei 600°C und Messen von 100 wahlweise ausgewählten übrigen Monnofilaments, um den Mittelwert zu errechnen. Er betrug 20 mm, was 100% der usprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial waren.
Die erhaltene geschmolzene Masse P2 wurde von Hand in eine Pressform 24 mit einem schachtelartigen Hohlraum mit einer Länge von 200 mm x einer Breite von 200 mm x einer Höhe von 50 mm x einer Höhe von 3 mm zwischen einer oberen Form 25 und einer unteren Form 26, gezeigt in 4, angeordnet. Die geschmolzene Masse wurde unter einem Druck von 150 kg/cm² für 1 Minute durch eine hydraulische Presse gepresst, um ein schachtelartiges Formprodukt P3 zu erhalten. Von einem Teil (einem Ladungsteil) des Produktes wurde, gemäß ASTM D256 und D790, ein Teststück abgeschnitten, das bei dem obigen Formen der Erde zugewandt war und seine mechanische Festigkeit bei jeweils n=3 gemessen. Die Länge der Restfilaments in dem resultierenden Formprodukt P3 betrug 19,4 mm, was 97% der ursprünglichen Länge der Filaments in der Faser entsprach.
BEISPIEL 8
Durch Einsetzen der gleichen mit thermoplastischem Harz kombinierten Faser, die in Beispiel 2 benutzt wurde, wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 7 ein schachtelförmiges Formprodukt P3 erhalten. Die Länge der Restfilaments der Glasfaser in der geschmolzenen Masse betrug 100% der usprünglichen Länge der Filaments in der Faser. Die Länge der Restfilaments in dem resultierenden Formprodukt P3 betrug 95% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Da das Basismaterial bereits in der Packung verpackt war, war das Einführen der Packung in das Rohr einfach. In der gleichen Weise wie in Beispiel 7 wurde ein Teststück gemäß ASTM D256 und D790 herausgeschnitten und dessen Festigkeit bei jeweils n=3 gemessen.
BEISPIEL 9
332 g des gleichen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials, wie in Beispiel 3 eingesetzt, wurde in einen Beutel aus Polypropylenfilm mit einem inneren Durchmesser von 150 mm und einer Dicke von 20 μm verpackt, um eine Packung zu erhalten. Ein schachtelartiges Formprodukt P3 wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 7 mit der Ausnahme erhalten, dass das Basismaterial und die Packung eingesetzt wurden, Die Länge der Restfilaments der Glasfasern in der geschmolzenen Masse betrug 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Die Länge der Restfilaments in dem resultierenden Formprodukt P3 betrug 97% der usprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Da das Basismaterial bereits in der Packung verpackt war, war das Verfahren des Einsetzens der Packung in das Rohr einfach. In der gleichen Weise wie in Beispiel 7 wurde gemäß ASTM D256 und D790 ein Teststück herausgeschnitten und seine Festigkeit bei jeweils n=3 gemessen.
BEISPIEL 10
383 g des in gleichen faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials, wie in Beispiel 4 eingesetzt, wurde in einen Beutel aus Polypropylenfilm mit einem Innendurchmesser von 160 mm und einer Dicke von 20 μm verpackt. Es wurde die Streuung der Gewichte zwischen 5 Packungen, die nach dem obigen Verpacken erhalten worden waren, gemessen. Dann ordnete man eine der Packungen R1 in einem Rohr mit einem Innendwchmesser von 150 mm, gezeigt in
1, an und bließ einen heißen Wind H durch ein Metallsieb 13 vom unteren Ende des Rohres in das Rohr, um die Packung zu schmelzen. Da das Basismaterial bereits in der Verpackung verpackt war, war das Anordnen der Verpackung im Rohr einfach.
Die Geschwindigkeit des heißen Windes betrug 1,7 m/s, die Temperatur des heißen Windes oberhalb des Metallsiebes 13 war 200°C und die Schmelzzeit 90 Sekunden, was etwas länger war, da die Durchgangsspalte für den heißen Wind klein wurden. Dann erhielt man ein schachtelförmiges Formprodukt P3 in der gleichen Weise wie in Beispiel 7. Die Länge der Restfilaments der Glasfasern in der geschmolzenen Masse hatte 100% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. Die Länge der Restfilaments im resultierenden Formprodukt P3 betrug 95% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. In der gleichen Weise wie in Beispiel 7 wurde gemäß ASTM D256 und D790 ein Teststück herausgeschnitten und seine Festigkeit bei jeweils n=3 gemessen.
KONTROLLBEISPIEL 1
Es wurde das gleiche faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial wie in Beispiel 1 hergestellt und unter Benutzung einer flachen Presse vom Heiz- und Kühltyp wurde es zu einer Platte mit einer Dicke von 5 mm gepresst. Zwei Platten mit einer Größe von 4 cm × 4,6 cm wurden aus der obigen Platte herausgeschnitten. Die Rohlinge wurden mittels fernen Infrarotstrahlen in einem Heizofen bei 250°C wieder geschmolzen. Das Wiederschmelzen erforderte 280 Sekunden und es war etwas länger als erwartet.
Zwei Platten des resultierenden Rohlings, die zu einer Schicht zusammengelegt waren, wurden einer Metallform für einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh zugeführt und geformt, um einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh als Formprodukt zu erhalten. Die Länge der Restfilaments aus Glasfaser in den geschmolzenen Rohlingen betrug 98% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial, da die Platte in Form des Rohlings geschmolzen wurde. Die Länge der Restfilaments im geformten Zehenspitzenkern betrug 94% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial.
KONTROLLBEISPIEL 2
Aus einer zusammenhängenden faserverstärkten stanzbaren Platte (Handelsname "Azdel GC 40%", hergestellt durch Ube Nitto Co. Ltd.) mit einer Dicke von 3,8 mm, die am Markt erhältlich ist, wurden zwei Rohlingsplatten mit einer Größe von 4 cm × 6,1 cm herausgeschnitten. Diese Platten wurden zum erneuten Schmelzen durch ferne Infrarotstrahlen in einem Heizofen bei 250°C angeordnet. In dieser Stufe wurden die isolierenden Schichten in den Rohlingen aufgrund ihrer Ausdehnung aufgrund der Abstoßung der darin enthaltenen Glasfasern geformt. Als ein Resultat erforderte das Schmelzen, trotz einer relativ geringen Dicke von 3,8 mm, 280 Sekunden.
Zwei Platten des resultierenden Rohlings, die unter Bildung einer Schicht zusammengelegt worden waren, wurden einer Metallform für einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh zugeführt und geschmolzen, um einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh als Formprodukt zu erhalten.
KONTROLLBEISPIEL 3
Aus einer zusammenhängenden faserverstärkten stanzbaren Platte (Handelsname "Azdel GC 40%", hergestellt durch Ube Nitto Co. Ltd.) mit einer Dicke von 3,8 mm, die am Markt erhältlich ist, wurden zwei Rohlingsplatten mit einer Größe von 4 cm × 9,2 cm (Gesamtgewicht: 45 g) herausgeschnitten. Diese Platten wurden zum erneuten Schmelzen durch ferne Infrarotstrahlen in einem Heizofen bei 250°C angeordnet. In dieser Stufe wurden die isolierenden Schichten in den Rohlingen aufgrund ihrer Ausdehnung aufgrund der Abstoßung der darin enthaltenen Glasfasern, geformt. Als ein Resultat erforderte das Schmelzen, trotz einer relativ geringen Dicke von 3,8 mm, 280 Sekunden.
Zwei Platten des resultierenden Rohlings, die unter Bildung einer Schicht zusammengelegt worden waren, wurden einer Metallform für einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh zugeführt und geschmolzen, um einen Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh als Formprodukt zu erhalten.
KONTROLLBEISPIEL 4
Es wurde das gleiche faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial, wie es in Beispiel 1 eingesetzt wurde, hergestellt und unter Benutzung einer flachen Presse des Heiz- und Kühltyps wurde es zu einer Platte mit einer Dicke von 5 mm gepresst. Es wurden fünf Rohlingsplatten mit einer Größe von 15,3 cm² aus der obigen Platte herausgeschnitten und die Streuung in den Gewichten wurde als groß festgestellt. Zwei Platten davon wurden dann durch ferne Infrarotstrahlen in einem Heizofen bei 250°C wieder geschmolzen. Das Wiederschmelzen erforderte 280 Sekunden, was etwas länger war als erwartet.
Zwei unter Bildung einer Schicht zusammengelegte Platten des resultierenden Rohlings wurden einer schachtelförmigen Metallform, wie sie in 4 gezeigt ist, zugeführt und geformt, um ein schachtelförmiges Formprodukt zu erhalten. Die Länge der Restfilaments der Faser in den geschmolzenen Rohlingen betrug 98% der ursprünglichen Länge der Filaments Basismaterial, da die Platte in Form des Rohlings geschmolzen wurde. Die Länge der Restfilaments der Faser im geformten Produkt betrug 94% der ursprünglichen Länge der Filaments im Basismaterial. In der gleichen Weise wie in Beispiel 7wurde gemäß ASTM D256 und D790 ein Teststück herausgeschnitten und seine Festigkeit bei jeweils n=3 gemessen.
KONTROLLBEISPIEL 5
Es wurde das gleiche faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial wie in Beispiel 1 hergestellt und unter Benutzung einer flachen Presse vom Heiz- und Kühltyp wurde es zu einer Platte mit einer Dicke von 5 mm gepresst. Zwei Platten mit einer Größe von 14,3 cm² (Gewicht: 93,3 g) wurden aus der obigen Platte herausgeschnitten. Die Streuung in den Gewichten wurde als groß festgestellt. Drei Platten davon wurden mittels fernen Infrarotstrahlen in einem Heizofen bei 250°C wieder geschmolzen. Das Wiederschmelzen erforderte 280 Sekunden und es war etwas länger als erwartet.
Drei Platten des resultiernden Rohlings, die unter Bildung einer Schicht zusammengelegt worden waren, wurden einer schachtelförmigen Metallform zugeführt und dort zu einem schachtelförmigen Formprodukt geformt. In der gleichen Weise wie in Beispiel 7 wurde gemäß, ASTM D256 und D790 ein Teststück ausgeschnitten und dessen Festigkeit bei jeweils n=3 gemessea.
Die festgestellten Resultate der in den Beispielen 1 bis 6 und den Kontrollbeispielen 1 bis 3 erhaltenen Formprodukte sind in Tabelle 1 gezeigt. Die festgestellten Resultate der in den Beispielen 7 bis 10 und den Kontrollbeispielen 4 und 5 erhaltenen Formprodukte sind in Tabelle 2 gezeigt.
Aus den Resultaten in TABELLE 1 wird deutlich, dass die BEISPIELE 1 bis 6 eine geringere Wärmeschmelzzeit haben, d.h., eine bessere Verarbeitbarkeit, verglichen mit KONTROLLBEISPIELEN 1 bis 5. Wurde das gleiche faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial in Fadenform benutzt, dann wird deutlich, dass BEISPIELE eine kürzere Schmelzzeit aufweisen und die Festigkeit der Formprodukte ausgezeichnet ist.
In den BEISPIELEN 7 bis 10 hatten die Formmaterialien (Packungen) keine Trimmverluste, Ausschneidverluste und keine beträchtlichen Gewichtsunterschiede zwischen den Packungen. Ihre Wärmeschmelzzeiten waren gering und die Beigefestigkeit, der Biegemodul und die Schlagzähigkeit waren ausgezeichnet.
Im Vergleich damit hatte das Formmaterial (Platte) in KONTROLLBEISPIEL 4 Trimmverluste, Ausschneidverluste, große Gwichtsabweichungen zwischen den Packungen und erforderte eine lange Wärmeschmelzzeit. Das Formmaterial (Platte) in KONTROLLBEISPIEL 6 hatte Trimmverluste, Ausschneidverluste, große Gewichtsunterschiede zwischen den Packungen und erforderte eine lange Wärmeschmelzzeit. Die Festigkeit der geformten Produkte waren nicht genügend.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Endung wird das faserverstärkte thermoplastische Harz-Basismaterial in Fadenform oder in Bandform zerkleinert und akkumuliert und Heizgas durch Spalte in die voluminös akkumulierten Basismaterialien geleitet, wodurch die faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterialien rasch und gleichmäßig wärmegeschmolzen werden können, um die geschmolzene Masse zu erhalten. Die erhaltene geschmolzene Masse kann pressgeformt werden, um ein Formprodukt mit hervorragender mechanischer Festigkeit aufgrund der darin enthaltenen langen Fasern und mit ausgezeicnetem äußeren Aussehen herzustellen. Insbesondere der Zehenspitzenkern für einen Sicherheitsschuh, der ein Gewicht von höchstens 35 g in einem Stück hat, und dessen Dicke an seinem maximalen Teil höchstens 4 mm beträgt, kann den S-Standard als Sicherheitsschuh, festgelegt in JIS T 8101, erfüllen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei Einsatz der Packung eine vorbestimmte Menge des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Basismaterials mit einem thermoplastischen Harzfilm eingepackt, wobei die Handhabung und der Transport des Basismaterials ausgezeichnet sind und es möglich ist, ein Formprodukt wirksam herzustellen, da die Schneidstufe und die Messstufe an Ort und Stelle weggelassen werden können. Nachdem das Basismaterial hergestellt worden ist, kann das Wärmeschmelzen des Harzes zu einer Zeit erfolgen, wodurch die Kosten des Energieverbrauchs verringert und die Arbeitseffizienz verbessert werden können, und die Wärmebeeinträchtigung des Harzes vermindert wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes, umfassend eine Stufe des Zuführens eines Grundmaterials, bei dem ein faserverstärktes thermoplastisches Harz-Grundmaterial in einer Fadenform oder einer Bandform verteilt und gesammelt wird, eine Stufe des Bildens einer geschmolzenen Masse, bei der ein Heizgas durch das gesammelte Grundmaterial geleitet wird, um es dadurch zu erhitzen-schmiel- zen, um eine geschmolzene Masse zu bilden, und eine Formstufe, bei der die geschmolzene Masse einer Form zugeführt und dann zur Bildung eines Formproduktes gepresst wird.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes nach Anspruch 1, worin das Grundmaterial die folgende Formel erfüllt: 1/100 ≦ _ϱ1/ϱ0 ≦ 1/2, worin _ϱ1 die Dichte des verteilten und gesammelten Grundmaterials ist und _ϱ0 die wahre Dichte des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterials ist.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formpro- duktes nach Anspruch 1 oder 2, worin das Grundmaterial die folgenden Eigenschaften von a) bis d) aufweist, a) eine Fadenform mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 1,5 mm, b) einen Gehalt an verstärkenden Fasern von 15 bis 80 Vol.-%, c) eine mittlere Länge L von 10 bis 50 mm, d) L/D von 1 bis 100, worin D ein mittlerer Durchmesser ist.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formpro-duktes nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Grundmaterial durch Erhitzen geschmolzen Wird durch Hindurchleiten eines Heizgases und dann durch Pressen des geschmolzenen Materials zum Erhalt einer geschmolzenen Masse des Grundmaterials.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die geschmolzene Masse in einer solchen Weise hergestellt wird, dass die mittlere Faserlänge der verstärkenden Fasern in der geschmolzenen Masse mindestens 95% der ursprünglichen Faserlänge des Grundmaterials beibehält.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Stufe des Bildens einer geschmolzenen Masse und die Formstufe in einer solchen Weise ausgeführt werden, dass die mittlere Faser- länge der verstärkenden Fasern in dem Formprodukt mindestens 90% der ursprünglichen Faserlänge des Grundmaterials beibehält.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin Luft und/oder ein inaktives Gas als das Heizgas benutzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, worin eine Temperatur T des Heizgases T₁ ≦ T ≦ T₁ + 100°C erfüllt, worin T₁ die Schmelztemperatur des eingesetzten thermoplastischen Harzes ist.
Packung aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterial für ein Formmaterial, dadurch charakterisiert, dass ein gesammeltes faserverstärktes thermoplastiches Harz-Grundmaterial in einer Fadenform oder in einer Bandform mit einem Film auf thermoplastischem Harz verpackt ist.
Packung eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterials für in Formmaterial nach Anspruch 9, worin das Grundmaterial die folgende Formel erfüllt: 1/100 ≦ _ϱ1/ϱ0 ≦ 1/2, worin _ϱ1 die Dichte des verteilten und gesammelten Grundmaterials ist und _ϱ0 die wahre Dichte des faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterials ist.
Packung aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterial für ein Formmaterial nach Anspruch 9 oder 10, worin das Grundmaterial die folgenden Eigenschaften von a) bis d) aufweist, a) eine Fadenform mit einem mittleren Durchmesser von 0,1 bis 1,5 mm, b) einen Gehalt an verstärkenden Fasern von 15 bis 80 Vol.-%, c) eine mittlere Länge L von 10 bis 50 mm, d) L/D von 1 bis 100, worin D ein mittlerer Durchmesser ist.
Packung eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterials für ein Formmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 11, worin eine Dicke des Films des thermoplastischen Harzes von 10 bis 100 μm beträgt.
Packung aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterial für ein Formmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 12, worin der Film aus einem thermoplastischen Harz ein gereckter Film ist.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten thermoplastischen Harz-Formproduktes, umfassend das Anwenden eines Heizgases auf die Packung aus einem faserverstärkten thermoplastischen Harz-Grundmaterial für in Formmaterial gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13 wobei durch Schmelzen der Packung eine Öffnung in der Packung gebildet wird, Leiten des Heizgases durch die Öffnung zum Herstellen einer geschmolzenen Masse des Grundmaterials und Zuführen der resultierenden geschmolzenen Masse zu einer Form zum Pressformen.
Faserverstärktes thermoplastisches Harz-Formprodukt, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 und 14.
Faserverstärktes thermoplastisches Harz-Formprodukt nach Anspruch 15, worin das Harz-Formprodukt ein Zehenspitzen-Kern für einen Sicherheitsschuh ist, der die Leistungstähigkeit eines S-Standards für Sicherheitsschuhe nach JIS T 8101 erfüllt.
Faserverstärktes thermoplastisches Harz-Formprodukt nach Anspruch 16, worin ein Gewicht des Zehenspitzen-Kernes für einen Sicherheitsschuh höchstens 35 g beträgt.
Faserverstärktes thermoplastisches Harz-Formprodukt nach Anspruch 16 oder 17, worin eine Dicke seines maximalen Teilen des Zehenspitzen-Kernes für einen Sicherheitsschuh höchstens 4 mm beträgt.