JP2000117810A - 充填され変更され繊維で強化された熱可塑性物質を製造するための方法と当該方法を実施するための双軸スクリュ―タイプ押し出し成形機 - Google Patents

充填され変更され繊維で強化された熱可塑性物質を製造するための方法と当該方法を実施するための双軸スクリュ―タイプ押し出し成形機

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JP2000117810A
JP2000117810A JP11294031A JP29403199A JP2000117810A JP 2000117810 A JP2000117810 A JP 2000117810A JP 11294031 A JP11294031 A JP 11294031A JP 29403199 A JP29403199 A JP 29403199A JP 2000117810 A JP2000117810 A JP 2000117810A
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fiber
filler
polymer
zone
mixing
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Scheuring Bernhard
ショイリンク ベルンハルト
Erwin Haering
ヘーリンク エルヴィン
Schwendemann Daniel
シュヴェンデマン ダニエル
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Krupp Werner and Pfleiderer GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 生じた熱可塑性物質が高い機械的安定性と高
い衝撃耐性並びに破損の際の破砕防止性及び射出成形の
際の寸法安定性を有するようにする。 【解決手段】 製造プロセスでのみ、母材としてのポリ
マーがブレンドポリマーと共に双軸スクリュータイプの
押し出し成形機（２）に供給され、溶融後に充填剤が供
給装置（８）を介して供給される。次いで繊維ロービン
グ（１２）が供給され、繊維混入域において長い繊維断
片に細かく切られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の前提部
分にしたがう、充填され部分変更され繊維で強化／補強
された熱可塑性物質（熱プラスチック）を製造するため
の方法、及び請求項７の前提部分にしたがう、双軸（２
連）スクリュータイプの押し出し機に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】３〜６
ｍｍの平均長さを有した切断ガラス繊維が所謂側方装入
によって押し出し機に供給されるような一般的な類概念
にしたがう様式の方法は公知である。このような繊維は
混入の際に０．３〜０．６ｍｍの平均長さに寸断され
る。基本的に混入された充填剤の利点は、最終製品が安
くなる；充填剤によってふつう熱可塑性物質のＥモジュ
ールが高くなり、熱可塑性物質から射出成形によって製
造される部品の寸法安定性が改善される点にある。上記
ブレンド(Blenden、配合)はふつう、熱可塑性物質に良
好な流動性、温度耐性及び化学製品耐性をもたらし、並
びに機械特性、例えば衝撃耐性(Schlagzaehigkeit)を改
善するために用いられる。
【０００３】更に、熱可塑性物質に１．５ｍｍを越える
平均繊維長さを有した繊維断片形状である繊維を加える
ことが公知である。しかしながら、このような熱可塑性
物質は幾つかの使用においては寸法的に十分安定という
わけでなく；更に衝撃耐性も望むべき部分を残してい
る。更に感温性の乃至剪断に反応しやすい(scherempfin
dlich)ポリマーが度重なる溶融・加工処理プロセスで、
例えば充填剤の後からの装入の際に分解されるという事
情が加わる。
【０００４】（米国特許第５１１０２７５号に対応す
る）ＤＥ ４０１６７８４ Ｃ２から押し出し機が公知
で、当該押し出し機に所謂繊維ロービングの繊維ストラ
ンドの形状をしたガラス繊維が、押し出し機にて溶融し
たプラスチックで十分な湿らしがなされるように、供給
される。
【０００５】（米国特許出願 Serial No.０８／６６９
７１０号に対応する）ＥＰ ０８３５１７５Ａから、押
し出し機に供給された繊維ロービングにプラスチックを
しみ込ませる浸透装置が公知である。
【０００６】公知の押し出し機では、繊維が所謂短繊維
に、即ち０．２〜０．７ｍｍ長さの非常に短い部片に砕
かれ或いは断ち切られることが共通である。ＥＰ ００
５６７０３ Ｂ２から、所謂引き出し法（プルトルーシ
ョン法、Pulltrusions-Verfahren）が公知であり、ここ
を抜けて複合材料を形成するために、無端の繊維ストラ
ンドがプラスチック溶融物によって引っ張り製造され
る。この際、繊維はその全長にわたって保持されたまま
であるが；この方法は非常に低粘性のプラスチック溶融
物でのみ実行可能で、それ故に限定的にのみ使用可能で
ある。
【０００７】本発明の課題は、類概念にしたがう様式、
即ち、一般的タイプの方法を、生じた熱可塑性物質が高
い機械的安定性と高い衝撃耐性並びに破損の際の破砕防
止性及び射出成形の際の寸法安定性を有するように発展
させて仕上げ、また当該方法の実施のための双軸スクリ
ュータイプの押し出し機を準備することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、請求項１の特徴部分の構成によって解決される。
そこに与えられた方法ステップの組み合わせによって、
射出成形の際に機械的安定性と高い衝撃耐性並びに破損
の際の破砕防止性をもたらし、特に精密に寸法通りの製
品となる熱可塑性物質が作り上げられる。後者の破砕防
止性は特に長い繊維断片によってもたらされる。この熱
可塑性物質はこれまで１段階のプロセスでは製造されて
いない。本発明にしたがう１段の製造プロセスによっ
て、特に感温性の乃至剪断に反応しやすいポリマー、例
えばポリエステルを用いることも可能である。例えばそ
のような熱可塑性物質から、原動機付き車両のためのシ
ョックアブソーバーが製造される。
【０００９】上記方法を実施するために用いられる押し
出し機は、特に請求項７の特徴部分の構成によって際立
たされる。この際、繊維混入域においてプラスチックと
繊維の非常に慎重な取り扱いがなされ、これらはごく僅
かな範囲でのみ砕かれ、要するに統計的に１．５〜４ｍ
ｍの平均的な長さ範囲に保たれたままである。とりわ
け、請求項８にしたがって、それぞれ各回転軸に唯一の
混合要素が、要するに両方の回転軸に１対の混合要素
が、その後、次の対の混合要素の前に搬送スクリュー要
素があることが有利である。
【００１０】請求項９〜１１にしたがう展開によれば、
ガラス繊維がプラスチックに閉じ込められ、射出成形機
での後の更なる加工の際に相当な妨害となりうるような
当該プラスチックから突き出る事態がないことが保証さ
れる。請求項１２にしたがい備えられる繊維ロービング
の事前浸透は、繊維断片の熱可塑性物質への良好で十分
な混入を、このために繊維断片を非常に細かくするよう
な激しい捏和を必要とすることなしに可能とする。
【００１１】本発明の更なる特徴、利点及び詳細は図面
に関連した本発明の例示的な実施形態の以下の記載から
明らかとなろう。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１に示された設備は、充填され
部分変更され長繊維で強化されたプラスチックの配合の
ためのものであり、基礎台架１上に支持された押し出し
機２を有する。この押し出し機に駆動ユニット３がクラ
ッチ４を介して並べられている。押し出し機２の送り方
向５において、一連の下記する機械設備がそのケーシン
グ６に組み込まれている。クラッチ４に隣接して、要す
るに送り方向５で上流端で供給ホッパー７がケーシング
６につながっている。これによって母材（マトリックス
／基質）材料としての調製されるべきポリマー、例えば
ポリエステルと配合物(Blend)が押し出し機２に配量供
給される。送り方向５において供給ホッパー７に後置し
て、二軸のスクリューコンベア８がケーシング６につな
がれ、これによって充填剤が供給される。この充填剤は
コンベア８に対し前方側に設置された配量装置９におい
て配量される。送り方向５においてコンベア８の側方に
交差するように後置してガス抜き開口１０が設けられ、
これを介して排気と換気が大気に対して、要するに真空
でなく行われる。このガス抜き開口１０に後置してケー
シング６内に繊維ロービング１２、詳しく言うとつまり
ガラス繊維ロービングのための導入開口１１が、備えら
れる。多数の導入開口１１を備えることも可能である。
この繊維ロービング１２はストランドとして対応する巻
き体１３から注ぎ出され、場合によってはしみ込み装置
１４を介して案内され、そして導入開口１１を通ってケ
ーシング６に導入される。しみ込み装置１４に、しみ込
み剤の配量供給のための供給押し出し機１５が備えられ
る。ここでは母材材料が問題である。このようなしみ込
み装置１４は、詳細に関して明文をもって言及する（米
国特許出願 Serial No.０８／６６９７１０号、特開平
９−５０４１５５号に対応する）ＥＰ ０８３５１７５
Ａから公知である。更に送り方向５下流に真空ガス抜き
開口１６が備えられる。ケーシング６の下流端に射出ヘ
ッド１７が設けられている。この射出ヘッドに、駆動さ
れたコンベアベルト１８が後置されている。
【００１３】押し出し機２の内部構造は図２及び３から
読み取れる。ケーシング６は通例のように互いに貫通し
て広がった２つのケーシング孔１９，２０を有し、要す
るに８形状の内部横断面を有する。このケーシング孔１
９，２０において、それらの縦中心軸２１，２２に同心
の２本のシャフト２３，２４が配置される。当該シャフ
トはクラッチ４を介して駆動ユニット３によって同じよ
うに回転駆動される。供給ホッパー７の範囲において、
要するに進入域２５の範囲において、互いに食め合った
スクリュー要素２６がシャフト２３，２４に取り付けら
れている。当該スクリュー要素に溶融域２７でシャフト
２３，２４に取り付けられた捏和要素２８がつながって
いる。所謂捏和ブロック(Knetblock)に配置されたこの
ような捏和要素２８は例えば（米国特許第４８２４２５
６号に対応する）ＥＰ ０１６０１２４ Ｂ１から公知で
あり、当該文献を参照されてしかるべきである。そのよ
うな捏和要素２８を用いて、供給ホッパー７からスクリ
ュー要素２６で供給されたプラスチックが激しいこね混
ぜ・剪断プロセスにおいて溶融され、場合によっては既
に供給ホッパー７で添加された添加剤とブレンドポリマ
ー(Blendpolymer、配合ポリマー)も溶融され、混入溶融
される。
【００１４】捏和ブロックとして形成された捏和要素２
８に、これまた同様に搬送に用いられ上記スクリュー要
素２６と同種のスクリュー要素２９が接続する。これは
充填剤添加域３１にわたって延在している。当該域にお
いて、スクリューコンベア８がケーシング６に接合し、
ここを通じて送り方向５に逆らって大気への戻し換気を
行う。充填剤が充填剤混入域３２においてプラスチック
に混入される。ここで、これまた同様に基本的に捏和要
素２８と同種で同じく所謂捏和ブロックの形態で存在す
る捏和要素３３がシャフト２３，２４に取り付けられて
いる。捏和要素３３と繊維ロービング１２のための導入
開口１１との間に、ガス抜き開口１０が備えられてい
る。充填剤混入域３２に繊維添加域３４が接続してお
り、ここにおいてシャフト２３，２４にこれまた同様
に、スクリュー要素２６や２９と基本的に等しく形成さ
れたスクリュー要素３５が取り付けられる。この繊維添
加域３４に、繊維ロービング１２のための導入開口１１
がつながっている。この領域は基本的に（米国特許第５
１１０２７５号に対応する）ＤＥ ４０１６７８４ Ｃ２
に示され記載され、明文をもって言及しているように、
形成可能である。
【００１５】この繊維添加域３４に繊維混入域３６が接
続する。ここで、ガラス繊維が慎重に、即ち、本質的な
破壊なしに、充填剤で充填され追加的にブレンドポリマ
ーを備えポリマーによって形成された母材（マトリック
ス）材料に所謂長繊維として混入される。この慎重な混
入が行われるように、シャフト２３，２４に軸方向に互
いに間隔を置いた混合要素３７，３８が備えられ、その
際、それぞれ１対の混合要素３７乃至３８に、搬送に用
いられるスクリュー要素３９，４０が接続する。この混
合要素３７乃至３８は（米国特許第５３１８３５８号に
対応する）ＥＰ０５３７４５０ Ｂ１から公知であるよ
うな歯付き混合要素としても形成可能であり、また明文
をもって言及する（米国特許第５５９３２２７号に対応
する）ＤＥ ４４２６４４１ Ａ１から公知であるような
混合要素としても形成可能である。粒状材料の製造(Gra
nulatherstellung)のために繊維で強化されたストラン
ドの製造の場合、繊維ロービング１２の繊維が平均で
１．０ｍｍ以上の、特に１．５ｍｍから４．０ｍｍの繊
維断片に細かく切断される。繊維で強化された帯状体
（ベルト）や輪郭成形体の製造の場合、繊維断片の長さ
は平均で１０〜５０ｍｍになる。混合要素３７乃至３８
が多く備えられていればいるほど、あるいは比エネルギ
ー乃至固有エネルギーがシャフト２３，２４を介して導
入されればされるほど、繊維断片は短くなる。
【００１６】繊維混入域３６に、真空ガス抜き開口１６
に付設されたガス抜き域４１がつながっていて、これに
更に圧力構成域４１ａがつながっている。これらの域４
１，４１ａにおいて同様にまた描写されたスクリュー要
素４２が備えられている。
【００１７】射出ヘッドは、これまでのように、先細り
する出口管４３を有し、これは前側で射出ヘッド１７に
ネジ固定された所謂孔枠縁(Lochleiste)４５に形成され
ている多数の噴射管４４につながっている。それぞれの
噴射管は先細りした管部分４６を有し、その開口角ａは
ａ＜３０°である。送り方向５でのこの管部分４６の先
細り乃至その横断面減少は長い区間にわたって生じ、噴
射管４４を通って流れ出る材料の加速がゆっくりと且つ
絶え間なく生じる。隣接するシリンダ状の管部分４７は
径ｄと、当該径に比べて比較的大きな長さｌを有する。
ｌ／ｄ≧５が当てはまり、その際、この比率は径ｄが小
さくなるにしたがって大きくなる。孔枠縁における噴射
管４４のこの最適化された形態調整によって、プラスチ
ックに含有される長繊維が再び剥がされるのではなくて
押し出されたプラスチックストランドに閉じ込められと
どめられることが達成される。相並んでコンベアベルト
１８上に押し出されたプラスチックストランドは、不図
示の顆粒化装置に供給され、顆粒物に細かく砕かれる。
長繊維が個々のプラスチックストランドから出ないこと
によって、個々の顆粒物粒子が滑らかな表面を有し、そ
れでサラサラした感じであることが保証され、このこと
は射出成形機械等への重力供給にとって重要である。顆
粒物を製造せず、帯状体や輪郭体を押し出し成形する場
合、公知の普通一般のノズルを用いることができる。
【００１８】処方範囲は、 ３０〜７０重量％のポリマー ５０重量％までの充填剤、普通は粉末滑石、胡粉等々 ５０重量％までのブレンドポリマー ５〜５０重量％の繊維、普通はガラス繊維、炭素繊維 ２０重量％までの添加剤。
【００１９】処方例は、 基質材料として４９重量％のポリプロピレン（ＰＰ） 充填剤として２５重量％の粉末滑石 ブレンドポリマーとしての１０重量％のエチレンプロピ
レンジエンゴム（ＥＰＤＭ） １５重量％のガラス繊維 １重量％の添加剤。
【００２０】重量パーセント（重量％）表示はそれぞれ
準備された熱可塑性物質の全重量と関連付けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラスチックを充填剤、繊維及びブレンド物で
配合するための設備の概略側面図である。
【図２】図１に示された押し出し機を通る水平断面図で
ある。
【図３】図１に示された押し出し機を通る垂直断面図で
ある。
【図４】図１に示された射出ヘッドを通る垂直断面図で
ある。
【符号の説明】
１ 双軸スクリュー押し出し機 ５ 搬送方向 １２ 繊維ロービング ２３ シャフト ２７ 溶融域 ３１ 充填剤添加域 ３６ 繊維混入域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２９Ｋ 101:12 105:06 (72)発明者 エルヴィン ヘーリンク ドイツ連邦共和国 デー・70195 シュツ ットガルト ブルックナーシュトラーセ 22 (72)発明者 ダニエル シュヴェンデマン ドイツ連邦共和国 デー・70839 ゲルリ ンゲン イム アスパークレ 14

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ポリマー、ブレンドポリマー、場合によ
    っては添加剤、充填剤及び繊維の混合によって、充填さ
    れ変更され繊維で強化された熱可塑性物質を製造するた
    めの方法において、 同じように駆動可能なシャフト（２３，２４）を備えた
    双軸スクリュータイプ押し出し成形機（２）で、次の方
    法ステップ： −ポリマーとブレンドポリマーとが進入域（２５）に配
    量供給されること、 −ポリマーとブレンドポリマーとが溶融域（２７）にて
    溶融され混合されること、 −充填剤が充填剤添加域（３１）に導き入れられるこ
    と、 −ポリマー、ブレンドポリマー及び充填剤が充填剤混入
    域にて混合され練られること、 −繊維ロービング（１２）が繊維添加域（３４）に取り
    込まれること、 −繊維が繊維混入域（３６）にて少なくとも１．０ｍｍ
    の平均長さの長い繊維断片に切断されて混入されるこ
    と、 −ガス抜き域で真空下にガス抜きされること、及び −充填され変更され繊維で強化された熱可塑性物質が持
    ち出し域にて持ち出されることが送り方向（５）にて遂
    行されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 送り方向（５）とは逆に上記充填剤の供
    給から大気の戻し換気が行われることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 充填剤混入と繊維ロービング（１２）の
    添加の間で、大気換気とガス抜きとが行われることを特
    徴とする請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 顆粒物の製造に際して上記繊維が１．５
    〜４．０ｍｍの平均長さの繊維断片に細かく切られるこ
    とを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 帯状体や輪郭成形体の製造に際して上記
    繊維が１０〜５０ｍｍの平均長さの繊維断片に細かく切
    られることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 繊維ロービング（１２）が繊維添加域
    （３４）へ入る前にポリマーの部分でしみ込まされるこ
    とを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一項にしたがう
    方法を実施するための双軸スクリュータイプの押し出し
    成形機（２）において、 −ケーシング（６）、 −当該ケーシング（６）にて互いに平行に配置された同
    じように回転駆動可能なシャフト（２３，２４）、 −当該シャフト（２３，２４）に取り付けられたスクリ
    ュー要素（２６，２９，３５，３９）と捏和要素（２
    ８，３３）、 −ポリマーとブレンドポリマーのための供給開口
    （７）、 −上記供給開口（７）の送り方向（５）上流に備えられ
    た溶融域（２７）、 −充填剤供給装置（８）の送り方向（５）上流に備えら
    れた充填剤混入域（３２）、 −当該充填剤混入域（３２）の送り方向（５）上流に備
    えられ繊維添加域（３４）につながった少なくとも１つ
    の繊維ロービング（１２）用導入開口（１１）、 −上記シャフト（２３，２４）に夫々交互に一つの混合
    要素（３７，３８）と搬送スクリュー要素（３９，４
    ０）とが取り付けられているような上記繊維添加域（３
    ４）の上流に形成された繊維混入域（３６）、 −当該繊維混入域（３６）の上流に備えられた真空ガス
    抜き域（４１ａ）、及び −送り方向（５）にて後置された射出ヘッド（１７）を
    特徴とする押し出し成形機。
  8. 【請求項８】 上記繊維混入域（３６）にて各シャフト
    （２３，２４）に夫々対のように唯一の混合要素（３
    ７，３８）と後続する搬送スクリュー要素（３９，４
    ０）とが備えられていることを特徴とする請求項７に記
    載の押し出し成形機。
  9. 【請求項９】 上記射出ヘッド（１７）が、送り方向
    （５）に連続的に次第に細くなる管部分（４６）を備え
    た噴射管（４４）を少なくとも１つ有し、その開口角ａ
    に対してａ≦３０°が当てはまることを特徴とする請求
    項７に記載の押し出し成形機。
  10. 【請求項１０】 上記次第に細くなる管部分（４６）
    に、長さｌと径ｄの柱体状管部分（４７）が接続し、そ
    の際、ｌ／ｄの比率が大きいことを特徴とする請求項９
    に記載の押し出し成形機。
  11. 【請求項１１】 上記ｌ／ｄの比率に対してｌ／ｄ≧５
    が当てはまることを特徴とする請求項１０に記載の押し
    出し成形機。
  12. 【請求項１２】 繊維ロービング（１２）のための導入
    開口（１１）が、繊維ロービング（１２）のためのしみ
    込み装置（１４）を付設していることを特徴とする請求
    項７〜１１のいずれか一項に記載の押し出し成形機。
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