JP2007254566A - Filament pellet, method for producing the same, and method for producing fiber-reinforced thermoplastic resin composite material molding - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、樹脂含有長繊維テープを所定形状に形成してなる長繊維ペレット、その製造方法、及び長繊維ペレットを材料に使用した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品の製造方法に関する。 The present invention relates to a long fiber pellet formed by forming a resin-containing long fiber tape into a predetermined shape, a method for producing the long fiber pellet, and a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin composite material molded article using the long fiber pellet as a material.
炭素繊維等の強化繊維で補強された繊維強化樹脂複合材料は、引張強度・引張弾性率が高く、耐熱性、耐薬品性、疲労特性、耐摩耗性に優れる、線膨張係数が小さく寸法安定性に優れる、電磁波シールド性、X線透過性に富むなどの優れた特長を有していることから、スポーツ・レジャー、航空・宇宙、一般産業用途に幅広く適用されている。従来は、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を複合材料のマトリックスとすることが多かったが、最近、リサイクル性・高速成型性の観点から熱可塑性樹脂が注目されている。 Fiber reinforced resin composite material reinforced with carbon fiber and other reinforced fibers has high tensile strength and tensile modulus, excellent heat resistance, chemical resistance, fatigue properties, and wear resistance, low coefficient of linear expansion, and dimensional stability. It has excellent features such as excellent electromagnetic shielding properties and excellent X-ray transparency, and is therefore widely applied to sports / leisure, aviation / space, and general industrial applications. Conventionally, a thermosetting resin such as an epoxy resin is often used as a matrix of a composite material, but recently, a thermoplastic resin has attracted attention from the viewpoint of recyclability and high-speed moldability.
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料のマトリックスとしては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66など)、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどが挙げられる。
As a matrix of fiber reinforced thermoplastic resin composite material, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyamide (
繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の成型方法としては、コンパウンドペレットの射出成型、長繊維ペレットの射出成型、射出圧縮成型、押出成型、ランダムマットを使用したスタンピング成型などが挙げられる。 Examples of the molding method of the fiber reinforced thermoplastic resin composite material include injection molding of compound pellets, injection molding of long fiber pellets, injection compression molding, extrusion molding, and stamping molding using a random mat.
これらのうち、長繊維ペレットを材料に使用する射出成型は、複雑な形状を容易に成型でき、且つ、バリ取りなどの後加工が不要であり、生産性が高いことから急速に市場が成長している。なお、長繊維ペレットは、例えば、特許文献1に開示された方法によって製造することができる。
Of these, injection molding using long fiber pellets as a material can easily form complex shapes, and does not require post-processing such as deburring. ing. In addition, a long fiber pellet can be manufactured by the method disclosed by
しかしながら、上記長繊維ペレットを材料に使用して射出成型法で成型された成型品は、プレス成型法により成型された成型品と比べて機械的特性が劣る。 However, a molded product molded by the injection molding method using the long fiber pellets as a material is inferior in mechanical properties to a molded product molded by the press molding method.
その原因は、射出成型法においては、材料である長繊維ペレットを投入してから成型に至るまでの間に長繊維ペレット中の強化繊維が折損されて短くなるためである。 This is because, in the injection molding method, the reinforcing fibers in the long fiber pellet are broken and shortened between the time when the long fiber pellet as the material is introduced and the time of molding.
プレス成型法では、例えば繊維長10mmの樹脂含有炭素繊維からなる長繊維ペレットを材料として用いて繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を成型した場合、成型品から抽出した炭素繊維の長さは約10mmで短くはなっていない。これに対し、射出成型法では同じ繊維長10mmの樹脂含有炭素繊維からなる長繊維ペレットを材料として用いて繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を成型した場合、成型品から抽出した炭素繊維の長さは僅か1mm程度と短くなることがある。 In the press molding method, for example, when a fiber reinforced thermoplastic resin composite material is molded using a long fiber pellet made of resin-containing carbon fiber having a fiber length of 10 mm as a material, the length of the carbon fiber extracted from the molded product is about 10 mm. It is not shortened. On the other hand, in the injection molding method, when a fiber reinforced thermoplastic resin composite material is molded using a long fiber pellet made of resin-containing carbon fiber having the same fiber length of 10 mm as a material, the length of the carbon fiber extracted from the molded product is It may be as short as 1 mm.
そのため、射出成型法で成型された繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品中の強化繊維の長伸化、成型品の物性向上が望まれている。
前記問題に対し射出成型機メーカーを中心に、射出成型機の押出機のスクリューの圧縮比を小さくしたり、チェックリングのクリヤランスを大きくしたりする取組がなされている。また、金型メーカーを中心に、強化繊維が折れにくいようなゲート形状を工夫する取組が進んでいる。これらは、いずれも射出成型品中における強化繊維長を長くするのに、ある程度有効であるが、まだ不充分である。 With respect to the above problems, efforts have been made mainly by injection molding machine manufacturers to reduce the compression ratio of the screw of the extruder of the injection molding machine or increase the clearance of the check ring. In addition, efforts are being made to devise gate shapes that make it difficult for reinforcing fibers to break, mainly by mold manufacturers. All of these are effective to some extent for increasing the length of the reinforcing fiber in the injection-molded product, but are still insufficient.
本発明者は、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品製造用原料の長繊維ペレットについて検討しているうち、広幅で薄肉の形状の繊維強化熱可塑性樹脂テープを束ねて形成する長繊維ペレットに想到した。 The present inventor has been studying long fiber pellets as raw materials for manufacturing fiber reinforced thermoplastic resin composite material molded articles, and has come up with long fiber pellets formed by bundling wide and thin fiber reinforced thermoplastic tapes. did.
この長繊維ペレットは柔軟性に優れるため、これを材料として用いて繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を射出成型したところ、射出成型機の押出機シリンダー内において、マトリックス樹脂が溶融する前の段階でも強化繊維が折損するのを防ぐことができ、この部分での繊維長を長く保つことについて改善できることを見出した。 This long fiber pellet is excellent in flexibility, so when it is used as a material, a fiber reinforced thermoplastic resin composite material is injection molded. In the extruder cylinder of the injection molding machine, it is reinforced even before the matrix resin melts. It has been found that the fiber can be prevented from breaking and that the fiber length in this part can be kept long.
しかしながら、射出成型機の原料供給用ホッパー内部で前記テープ同士が互いに支え合ってテープの落下を阻害するブリッジが発生してしまう場合もあった。そこで、ブリッジが発生しないようにテープを繊維軸に沿って折りたたみ、その外周辺部を軽く溶着することにより、又は、前記テープを少なくとも3000フィラメント以下になるまで繊維軸に沿って裁断した後、ちょうど薪を束ねるように丸断面に束ねて、その外周辺部を軽く溶着することにより、前記ブリッジの発生を防止することが出来ることを、本発明者は見出した。 However, there is a case where the tapes support each other inside the raw material supply hopper of the injection molding machine to generate a bridge that hinders the falling of the tape. Therefore, the tape is folded along the fiber axis so as not to cause bridging, and the outer peripheral part is lightly welded, or after the tape is cut along the fiber axis until at least 3000 filaments or less, The present inventor has found that the occurrence of the bridge can be prevented by bundling the ridges in a circular cross section so as to bind the ridges and lightly welding the outer peripheral portion thereof.
以上の構成にすることにより、成型中における強化繊維の繊維長を長く保つことができ、射出成型機の長繊維ペレット供給用ホッパー内部でペレット同士が互いに支え合ってペレットの落下を阻害するブリッジの発生を防止して、長繊維ペレットは安定してホッパーから押出スクリューに供給され、更にスクリュー中で短繊維化することが抑制されることを見出し、その結果得られた成型品は高強度・高剛性であることを、本発明者は知得し本発明を完成するに至った。 By adopting the above configuration, the fiber length of the reinforcing fiber during molding can be kept long, and the pellets support each other inside the long fiber pellet supply hopper of the injection molding machine to prevent the pellet from falling. It has been found that long fiber pellets are stably supplied from the hopper to the extrusion screw and further shortening in the screw is suppressed, and the resulting molded product has high strength and high strength. The inventor has learned that it is rigid and has completed the present invention.
従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した長繊維ペレット、その製造方法、及び当該長繊維ペレットを使用した繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品の製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a long fiber pellet that solves the above problems, a method for producing the same, and a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin composite material using the long fiber pellets. .
上記目的を達成する本発明は、以下に記載のものである。 The present invention for achieving the above object is as follows.
[1] 厚さが200μm以下の熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープ1枚以上を強化繊維の配向方向に沿って曲折して束ねた長繊維ペレットであって、強化繊維を構成する単繊維の合計が1000〜80000本、長さが1〜50mmである長繊維ペレット。 [1] A long fiber pellet in which one or more thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tapes having a thickness of 200 μm or less are bent and bundled along the orientation direction of reinforcing fibers, and the total of single fibers constituting the reinforcing fibers is 1000 to 80000 long fiber pellets having a length of 1 to 50 mm.
[2] 熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープの配向方向と直交する外周に、熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープに含浸される熱可塑性樹脂を溶融して形成した融着帯を有する[1]に記載の長繊維ペレット。 [2] The fusion band formed by melting a thermoplastic resin impregnated in the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape is formed on the outer periphery perpendicular to the orientation direction of the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape. Long fiber pellets.
[3] 長繊維ペレットに含まれる熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープが1枚であって、前記テープ1枚に含まれる単繊維が12000本以上である[1]に記載の長繊維ペレット。 [3] The long fiber pellet according to [1], wherein the number of the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape contained in the long fiber pellet is one, and the number of single fibers contained in the one tape is 12,000 or more.
[4] 長繊維ペレットに含まれる熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープが2枚以上であって、前記テープ1枚に含まれる単繊維が3000本以下である[1]に記載の長繊維ペレット。 [4] The long fiber pellet according to [1], wherein two or more thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tapes are contained in the long fiber pellet, and the number of single fibers contained in one tape is 3000 or less.
[5] 強化繊維が炭素繊維又はガラス繊維である[1]に記載の長繊維ペレット。 [5] The long fiber pellet according to [1], wherein the reinforcing fiber is carbon fiber or glass fiber.
[6] 熱可塑性樹脂がポリプロピレン、ポリアミド又はポリカーボネートである[1]に記載の長繊維ペレット。 [6] The long fiber pellet according to [1], wherein the thermoplastic resin is polypropylene, polyamide, or polycarbonate.
[7] 長繊維ペレット中の強化繊維の質量含有率が5〜70%である[1]に記載の長繊維ペレット。 [7] The long fiber pellet according to [1], wherein the mass content of reinforcing fibers in the long fiber pellet is 5 to 70%.
[8] 12000本以上の強化繊維用の単繊維からなるストランドに熱可塑性樹脂を含浸して、幅が10mm以上、厚さが200μm以下の熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを得る第1工程と、
前記熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを、強化繊維の配向方向に沿って不規則に折り曲げて折曲テープを得る第2工程と、
前記折曲テープの配向方向に直交する外周を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより前記折曲テープの外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープを得る第3工程と、
前記融着テープを強化繊維の配向方向に垂直に切断して長さ1〜50mmの長繊維ペレットを製造する第4工程とからなる、
長繊維ペレットの製造方法。
[8] A first step of impregnating a strand composed of 12,000 or more single fibers for reinforcing fibers with a thermoplastic resin to obtain a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape having a width of 10 mm or more and a thickness of 200 μm or less;
A second step of irregularly bending the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape along the orientation direction of the reinforcing fiber to obtain a bent tape;
A fusion bond having a fusion band formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer periphery of the bent tape by heating the outer periphery perpendicular to the orientation direction of the bent tape to the melting point of the thermoplastic resin or higher. A third step of obtaining a tape;
A fourth step of producing a long fiber pellet having a length of 1 to 50 mm by cutting the fusion tape perpendicularly to the orientation direction of the reinforcing fiber,
A method for producing long fiber pellets.
[9] 12000本以上の強化繊維用の単繊維からなるストランドに熱可塑性樹脂を含浸して、幅が10mm以上、厚さが200μm以下の熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを得る第1の工程と、
前記熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを、強化繊維の配向方向に沿って裁断して、3000本以下の強化繊維の単繊維からなる分割テープを得る第2工程と、
前記分割テープ複数枚を強化繊維の配向方向に揃えると共に束ねて分割テープ束を得る第3工程と、
前記分割テープ束の配向方向に直交する外周を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより前記分割テープ束の外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープ束を得る第4工程と、
前記融着テープ束を強化繊維の配向方向に垂直に切断して長さ1〜50mmの長繊維ペレットを製造する第5工程とからなる、
長繊維ペレットの製造方法。
[9] a first step of obtaining a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape having a width of 10 mm or more and a thickness of 200 μm or less by impregnating a strand composed of 12,000 or more single fibers for reinforcing fibers with a thermoplastic resin; ,
A second step of cutting the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape along the orientation direction of the reinforcing fibers to obtain a split tape consisting of 3000 or less reinforcing fiber single fibers;
Aligning the plurality of divided tapes in the orientation direction of the reinforcing fibers and bundling them to obtain a divided tape bundle;
A fusion bond having a fusion band formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer periphery of the divided tape bundle by heating the outer circumference perpendicular to the orientation direction of the divided tape bundle to a melting point or higher of the thermoplastic resin. A fourth step of obtaining a tape bundle;
The fusion tape bundle comprises a fifth step of producing a long fiber pellet having a length of 1 to 50 mm by cutting perpendicularly to the orientation direction of the reinforcing fiber.
A method for producing long fiber pellets.
[10] [1]に記載の長繊維ペレットを射出成型機に供給して射出成形型に射出することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品の製造方法。 [10] A method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin composite material molded article, wherein the long fiber pellet according to [1] is supplied to an injection molding machine and injected into an injection mold.
本発明の長繊維ペレットは、上記のような構成であるので、これを材料として用いて繊維強化熱可塑性樹脂複合材料を射出成型する場合、射出成型機のスクリューで混練される際に簡単に分解されて柔軟性が高くなる。その結果、成型中における強化繊維は折れ難くなり、繊維長を長く保つことができる。更に、射出成型機の長繊維ペレット供給用ホッパー内部でブリッジは発生せず長繊維ペレットはスクリューに安定して供給される。このため、得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品は高強度・高剛性である。 Since the long fiber pellet of the present invention has the above-described configuration, when the fiber reinforced thermoplastic resin composite material is injection molded using this as a material, it is easily decomposed when kneaded with the screw of an injection molding machine. Being more flexible. As a result, the reinforcing fiber during molding becomes difficult to break and the fiber length can be kept long. Further, no bridge is generated inside the long fiber pellet supply hopper of the injection molding machine, and the long fiber pellet is stably supplied to the screw. For this reason, the obtained fiber reinforced thermoplastic resin composite material molded article has high strength and high rigidity.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
図1は、本発明長繊維ペレットの概念の一例を示すもので、(A)は側面図、(B)は断面図である。 FIG. 1 shows an example of the concept of the long fiber pellet of the present invention, in which (A) is a side view and (B) is a sectional view.
図1において、2は長繊維ペレットで、4は熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープ(強化テープ)である。この強化テープ4は、一方向に配向した強化用原料繊維6に熱可塑性樹脂8を含浸させた薄いテープ状のものであり、長繊維ペレット2は強化テープ4を1枚以上[本図1においては1枚]、強化繊維6の配向方向に沿って曲折して束ねてなる。
In FIG. 1, 2 is a long fiber pellet and 4 is a thermoplastic resin impregnated reinforcing fiber tape (reinforcing tape). This reinforcing tape 4 is in the form of a thin tape in which a reinforcing
強化繊維6を構成する単繊維の合計は1000〜80000本、好ましくは10000〜70000本である。
The total number of single fibers constituting the reinforcing
長繊維ペレット2の長さ(繊維の配向方向長さ)lは1〜50mm、好ましくは5〜20mmである。 The length (length in the fiber orientation direction) l of the long fiber pellet 2 is 1 to 50 mm, preferably 5 to 20 mm.
長繊維ペレット2の長さが50mmを超える場合は、射出成型時にホッパー内部でブリッジが発生し、長繊維ペレットの材料としての安定供給に支障を来すため好ましくない。他方、長繊維ペレット2の長さが1mm未満の場合は、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品中の強化繊維の繊維長が短くなり、成型品の物性が低下するので好ましくない。 When the length of the long fiber pellet 2 exceeds 50 mm, a bridge is generated inside the hopper at the time of injection molding, which hinders stable supply as a material of the long fiber pellet, which is not preferable. On the other hand, when the length of the long fiber pellet 2 is less than 1 mm, the fiber length of the reinforcing fiber in the molded product of the fiber reinforced thermoplastic resin composite material is shortened, which is not preferable.
強化テープ4の厚さは200μm以下、好ましくは100μm以下である。 The thickness of the reinforcing tape 4 is 200 μm or less, preferably 100 μm or less.
強化テープ4の厚さが200μmを超える場合は、このテープからなる長繊維ペレットを材料として用いて射出成型する際に繊維が折損され易く、得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品中の強化繊維の繊維長が短くなり、成型品の物性が低下するので好ましくない。 When the thickness of the reinforcing tape 4 exceeds 200 μm, the fibers are easily broken when injection molding is performed using the long fiber pellets made of this tape as a material, and the reinforcement in the resulting fiber reinforced thermoplastic resin composite material molded product This is not preferable because the fiber length of the fiber is shortened and the physical properties of the molded product are lowered.
強化テープ4の繊維配向方向と直角方向外周には、強化テープ4を加熱溶融して形成した融着帯10が複数列[本図1(A)においては2列]、複数本[本図1(B)においては2本]形成されている。
On the outer periphery in a direction perpendicular to the fiber orientation direction of the reinforcing tape 4, there are a plurality of
本例において、長繊維ペレット2に含まれる強化テープ4は1枚であって、前記強化テープ1枚に含まれる単繊維は12000本以上である。また、強化テープ4は繊維の配向方向(テープの長さ方向)に沿って不規則に折り曲げられている。 In this example, the reinforcing fiber 4 included in the long fiber pellet 2 is one, and the number of single fibers included in one reinforcing tape is 12,000. The reinforcing tape 4 is irregularly bent along the fiber orientation direction (the length direction of the tape).
強化テープ4を構成する強化繊維6は、炭素繊維、ガラス繊維、バラ系アラミド繊維等が好ましい。これら繊維のうちでも、本発明の長繊維ペレットは、射出成型中における強化繊維の繊維長保持効果の観点から、従来の射出成型法では折損し易い炭素繊維に特に有効である。
The reinforcing
前記折曲テープ4に含浸させる熱可塑性樹脂8としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS)、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66など)、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトンなどを使用することができる。
Examples of the thermoplastic resin 8 impregnated in the bending tape 4 include acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), polyamide (
折曲テープ4中の熱可塑性樹脂の含浸量は30〜95質量%、即ち折曲テープ4中の強化繊維の含有率は70〜5質量%が好ましい。 The impregnation amount of the thermoplastic resin in the bending tape 4 is preferably 30 to 95% by mass, that is, the content of reinforcing fibers in the bending tape 4 is preferably 70 to 5% by mass.
本発明の長繊維ペレットは、その物性が上記範囲内にあれば、その製造方法及び製造装置としては、特に限定されるものではないが、例えば以下の製造方法及び製造装置により製造することができる。 As long as the physical properties of the long-fiber pellets of the present invention are within the above range, the production method and production apparatus are not particularly limited, but can be produced by, for example, the following production method and production apparatus. .
図2は、本発明長繊維ペレットの概念の他の例を示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing another example of the concept of the long fiber pellet of the present invention.
図2において、12は長繊維ペレットで、14は熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープ(強化テープ)である。この強化テープ14は、一方向に配向した強化用原料繊維16に熱可塑性樹脂18を含浸させた薄いテープ状のもので、3000本以下、好ましくは100〜2000本の単繊維を含む。
In FIG. 2, 12 is a long fiber pellet, and 14 is a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape (reinforcing tape). The reinforcing
前記強化テープ14は複数枚[本図2においては9枚]が束ねられ、強化テープ束とされている。前記強化テープ束の繊維配向方向と直角方向外周には、強化テープ束を加熱して形成した融着帯20が複数列、複数本[本図2においては3本]形成されている。
A plurality of reinforcing tapes 14 (9 sheets in FIG. 2) are bundled to form a reinforcing tape bundle. On the outer periphery in the direction perpendicular to the fiber orientation direction of the reinforcing tape bundle, a plurality of rows and three [three in FIG. 2] of the
長繊維ペレット12を構成する強化テープ14は、枚数が多いほどテープが柔軟性に富むようになり好ましいが、裁断する手間が大変なので、強化繊維の集束数にも依るが、好ましくは2枚以上、より好ましくは4〜40枚、特に好ましくは6〜25枚である。
The reinforcing
強化テープの厚さ、強化繊維の材質、熱可塑性樹脂の種類、長繊維ペレット中の強化繊維の質量含有率などについては、図2の例も図1の例と同様である。 The example of FIG. 2 is the same as the example of FIG. 1 with respect to the thickness of the reinforcing tape, the material of the reinforcing fiber, the type of the thermoplastic resin, the mass content of the reinforcing fiber in the long fiber pellet, and the like.
以下、図面を参照して本発明長繊維ペレットの製造方法を詳細に説明する。この製造方法の一例(長繊維ペレット製造例A)は、前述の図1の例の長繊維ペレットを製造する方法であって、以下のように第1工程〜第4工程とからなる。 Hereinafter, the manufacturing method of the present long fiber pellet will be described in detail with reference to the drawings. An example of this production method (long fiber pellet production example A) is a method for producing the long fiber pellets of the example of FIG. 1 described above, and includes the first to fourth steps as follows.
(長繊維ペレット製造例A第1工程)
図3は本発明の長繊維ペレット製造用原料の熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを製造するのに用いる装置の一例を示す概略図であり、(A)は上記製造装置の正面図であり、(B)は(A)におけるA〜A線に沿った右側面断面図である。
(Long fiber pellet production example A first step)
FIG. 3 is a schematic view showing an example of an apparatus used for producing a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape as a raw material for producing long fiber pellets of the present invention, (A) is a front view of the production apparatus, B) is a right side cross-sectional view along line AA in (A).
図3において、22は熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープの製造装置である。 In FIG. 3, 22 is an apparatus for manufacturing a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape.
26は、ほぼ直方体の溶融樹脂含浸装置で、下面が開放された筺状の上型部34と上面が開放された筺状の下型部38とからなり、上型部34と下型部38とを互いに嵌合することにより、その内部に空間部36を形成している。樹脂含浸装置下型部38の下流側端部はほぼ1/4円の円弧状に面取りされた摺動材料からなる部材(摺動部材)P、Qで形成されている。
前記摺動部材P、Qにはローラーからなるノズル上部部材40が、摺動部材P、Qに液密に押圧された状態でコ字状の上部支持枠42に取り付けられ、差込みバー44によって固定されている。樹脂含浸装置下型部38の下流側端部には、上型部34と同様にローラーからなるノズル下部部材46が、摺動部材P、Qに液密に押圧された状態で下部支持枠48a、48bに取り付けられ、差込みバー50によって固定されている。
A nozzle
樹脂含浸装置下型部38は、ノズル上部部材40ともノズル下部部材46とも接触しており、樹脂含浸装置下型部38側の摺動部材P、Qは、ノズル上部部材40側の接触面ともノズル下部部材46側の接触面とも同じ形状である。しかも、樹脂含浸装置下型部38の摺動部材P、Qは、砲金等の強度、柔軟性が適度の材質のものが用いられている。そのため、樹脂含浸装置下型部38の、ノズル上部部材40及びノズル下部部材46との接触面は、溶融樹脂が漏れない構造になっている。
The resin impregnating apparatus
下流側スリットノズル32は、摺動部材P、Q間においてノズル上部部材40とノズル下部部材46との間隙で形成されてなる。摺動部材P、Q間の長さ(スリット幅)は10mm以上、好ましくは20mm以上であり、ノズル上部部材とノズル下部部材との間隙(スリット間隙)は500μm以下、好ましくは100μm以下である。
The
ノズル上部部材40及びノズル下部部材46は何れも加熱されている。加熱温度は溶融樹脂含浸装置26内の温度から樹脂の融点付近にあることが好ましい。この温度は通常100〜400℃、好ましくは150〜300℃の範囲でコントロールされている。
The nozzle
更に、本例においてはノズル上部部材40が上下に揺動するように形成したが、ノズル下部部材46が上下に揺動するようにしても良い。
Furthermore, in this example, the nozzle
この製造装置22において、炭素繊維24は12000本以上、好ましくは12000〜50000本の単繊維からなるストランドの形態で上流側スリットノズル30から樹脂含浸装置空間部36に供給される。樹脂含浸装置空間部36を走行中の炭素繊維ストランド24は、しごきバー64a、64bに押圧されてジグザグに走行しながら解繊されると共に溶融熱可塑性樹脂が含浸せしめられる。溶融熱可塑性樹脂で含浸された炭素繊維24は、下流側スリットノズル32に通され、幅広薄肉テープの形態で引き出される。
In the manufacturing apparatus 22, the
上部支持枠42の一方の下端58aと下部支持枠48aの上端60aとの間隙、及び、上部支持枠42の他方の下端58bと下部支持枠48bの上端60bとの間隙は、何れも下流側スリットノズル32の間隙と同じにしてある。
The gap between one
通常の運転においては下流側スリットノズル32の間隙が一定であるように、上部支持枠42の一方の下端58aと下部支持枠48aの上端60aとの間隙、及び、上部支持枠42の他方の下端58bと下部支持枠48bの上端60bとの間隙には、それぞれシムテープ等の間隙調節部材62a及び62bなどを挟んでおく。下流側スリットノズル32の間隙は、この間隙調節部材62a、62bの厚さを変更することにより調節できる。
In a normal operation, the gap between one
なお、64aは上型部34に取り付けた所定数(本図では5本)の上部しごきバー(固定)、64bは下型部38に取り付けた所定数(本図では5本)の下部しごきバー(固定)である。図2において、矢印Xは炭素繊維ストランド24の走行方向を示し、28は溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路である。
In addition, 64a is a predetermined number (five in this figure) of upper iron bars (fixed) attached to the
図2の例の製造装置22では、下流側スリットノズル32の直ぐ下流に、20℃前後の温度にされた冷却ローラー74、76が設けられている。この製造装置22を用いてテープを製造する場合、下流側スリットノズル32から引き出されたテープは融点以上の温度であるので、外気中での自然冷却では表面張力等が作用してテープ厚みが増加し、テープ幅が減少する方向に変形しやすい。
In the manufacturing apparatus 22 in the example of FIG. 2,
そこで、下流側スリットノズル32の直後に冷却ローラー74、76を設けてテープを瞬時にマトリックス樹脂の融点以下まで急冷することによりテープ変形を防止できる。
Therefore, by providing the
冷却ローラー74、76は、下流側スリットノズル32の下流のできるだけ近い位置に取り付けることが好ましい。
The cooling
冷却ローラー74は、支持枠78に取り付けられ、差込みバー(回転軸)80によって固定されている。冷却ローラー74は、支持枠82a、82b(不図示)に取り付けられ、差込みバー(回転軸)84によって固定されている。
The cooling
支持枠82a、82b(不図示)は固定端86a、86b(不図示)で接続、固定されている。一方、支持枠78は、支持枠82a、82b(不図示)から切り離され、しかも固定端には接続されていない。冷却ローラー74には差込みバー84及び支持枠78を介して圧力シリンダー88が設けられている。
Support frames 82a and 82b (not shown) are connected and fixed at fixed ends 86a and 86b (not shown). On the other hand, the support frame 78 is separated from the support frames 82a and 82b (not shown), and is not connected to the fixed end. The cooling
以上の方法により本発明の長繊維ペレット製造用原料である、12000本以上の互いに平行に配向した強化繊維からなり、テープ幅が10mm以上、テープ厚さが200μm以下である熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープ(強化テープ)が得られる。 According to the above method, the thermoplastic fiber-impregnated reinforcing fiber comprising 12,000 or more reinforcing fibers oriented in parallel with each other, which is a raw material for producing the long fiber pellets of the present invention, having a tape width of 10 mm or more and a tape thickness of 200 μm or less. A tape (reinforced tape) is obtained.
図4は、この強化テープの一例の概念を示す断面図である。図4において、92は強化テープである。この強化テープ92は、一方向に配向した強化繊維94に熱可塑性樹脂96が含浸されてなる薄いテープ状のものである。
FIG. 4 is a sectional view showing the concept of an example of this reinforcing tape. In FIG. 4, 92 is a reinforced tape. This reinforcing
(長繊維ペレット製造例A第2工程)
上記強化テープを、強化繊維の配向方向に沿って不規則に折り曲げることにより、折曲テープが得られる。
(Long fiber pellet production example A 2nd step)
A bending tape is obtained by irregularly bending the reinforcing tape along the orientation direction of the reinforcing fibers.
(長繊維ペレット製造例A第3工程)
上記折曲テープの配向方向に直交する外周を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより、前記折曲テープの外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープが得られる。
(Long fiber pellet production example A third step)
The fusion tape having a fusion band formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer circumference of the bent tape by heating the outer circumference perpendicular to the orientation direction of the bent tape to the melting point of the thermoplastic resin or higher. Adhesive tape is obtained.
(長繊維ペレット製造例A第4工程)
上記融着テープを強化繊維の配向方向に垂直にペレット長さを調節しつつ切断することにより、長さが1〜50mmの長繊維ペレットが得られる。
(Long fiber pellet production example A, 4th step)
A long fiber pellet having a length of 1 to 50 mm is obtained by cutting the above-mentioned fusion tape while adjusting the pellet length perpendicularly to the orientation direction of the reinforcing fibers.
次に、本発明長繊維ペレットの製造方法の他の例(長繊維ペレット製造例B)を説明する。この製造方法は、前述の図2の例の長繊維ペレットを製造する方法であって、以下のように第1工程〜第5工程とからなる。 Next, another example of the method for producing long fiber pellets of the present invention (Long fiber pellet production example B) will be described. This manufacturing method is a method for manufacturing the long fiber pellet of the example of FIG. 2 described above, and includes the first to fifth steps as follows.
(長繊維ペレット製造例B第1工程)
前述の図1の例の長繊維ペレットを製造する方法(長繊維ペレット製造例A)の第1工程と同様の方法により、本発明の長繊維ペレット製造用原料である、12000本以上の互いに平行に配向した強化繊維からなり、テープ幅が10mm以上、テープ厚さが200μm以下である熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープ(強化テープ)が得られる。
(First step of long fiber pellet production example B)
By the same method as the first step of the method for producing long fiber pellets in the example of FIG. 1 (long fiber pellet production example A), 12,000 or more parallel fibers that are raw materials for producing long fiber pellets of the present invention are parallel to each other. Thus, a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape (reinforced tape) having a tape width of 10 mm or more and a tape thickness of 200 μm or less is obtained.
(長繊維ペレット製造例B第2工程)
上記強化テープを、強化繊維の配向方向に平行に裁断することにより、テープ幅が3mm以下で、3000本以下の強化繊維の単繊維からなる分割テープが得られる。
(Long fiber pellet production example B 2nd process)
By cutting the reinforcing tape in parallel with the orientation direction of the reinforcing fibers, a split tape made of single fibers of 3000 or less reinforcing fibers with a tape width of 3 mm or less is obtained.
(長繊維ペレット製造例B第3工程)
上記分割テープ2枚以上、好ましくは4〜20枚を強化繊維の配向方向に揃えると共に束ねることにより分割テープ束が得られる。
(Long fiber pellet production example B 3rd process)
A split tape bundle is obtained by aligning and bundling two or more of the above split tapes, preferably 4 to 20 in the orientation direction of the reinforcing fibers.
(長繊維ペレット製造例B第4工程)
上記分割テープ束の配向方向に直交する外周の一部又は全部を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより前記折曲テープ束の外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープ束が得られる。
(Long fiber pellet production example B, 4th step)
A melt formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer periphery of the folded tape bundle by heating a part or the whole of the outer periphery perpendicular to the orientation direction of the split tape bundle to a temperature equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin. A fusion tape bundle having a banding is obtained.
(長繊維ペレット製造例B第5工程)
上記融着テープ束を強化繊維の配向方向に垂直にペレット長さを調節しつつ切断することにより、長さが1〜50mmの長繊維ペレットが得られる。
(Fifth process of long fiber pellet production example B)
A long fiber pellet having a length of 1 to 50 mm is obtained by cutting the above-mentioned fusion tape bundle while adjusting the pellet length perpendicularly to the orientation direction of the reinforcing fibers.
(繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品の製造例)
上記長繊維ペレット製造例A、長繊維ペレット製造例B等で得られた長繊維ペレットを加熱して熱可塑性樹脂を溶融させると共に、混練した混練物を射出成形型に射出することにより、成型中においては、強化繊維の繊維長を長く保つことができ、射出成型機の長繊維ペレット供給用ホッパー内部でブリッジは発生せず長繊維ペレットは安定して供給され、得られた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品は、高強度・高剛性である。
(Production example of fiber reinforced thermoplastic resin composite material molding)
The long fiber pellets obtained in the above long fiber pellet production example A, long fiber pellet production example B, etc. are heated to melt the thermoplastic resin, and the kneaded kneaded material is injected into an injection mold to be molded. Can keep the fiber length of the reinforcing fiber long, the bridge is not generated inside the long fiber pellet supply hopper of the injection molding machine, the long fiber pellet is stably supplied, and the obtained fiber reinforced thermoplastic resin The composite material molded product has high strength and high rigidity.
射出成型機としては、図5に示すような公知のものを用いることができる。 As the injection molding machine, a known machine as shown in FIG. 5 can be used.
図5中、102は射出成型機であり、スクリュー本体104と、加熱シリンダー106とからなる。スクリュー本体104には、長繊維ペレット108が供給されるホッパー110側(上流側)から金型112側(下流側)に向かってフライト114a、114b、114c、…、114k、114l、…、114r、114s、114tが形成され、各フライト間は、スクリュー溝116a、116b、…、116k、…、116r、116sが形成されている。
In FIG. 5,
スクリュー本体104の下流側には小径部118を間に置いてスクリューヘッド120が形成されている。小径部118の向かいの加熱シリンダー106にはチェックリング122が形成されている。
A
金型112は前型124と後型126とからなり、ゲート128から供給される長繊維ペレットの混練物は、前型と後型との間隙130に導入され、ここで成型品が得られる。
The
ホッパー110から供給された長繊維ペレット108は、加熱シリンダー106内で外部からの熱エネルギーを受けると共に、スクリュー本体104の回転に伴い、得られる混練物は、チェックリング122を通って金型112に送り込まれる。
The
この剪断流動によって従来の長繊維ペレットは、繊維が折損され易く、得られる繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品中の強化繊維の繊維長が短くなり、成型品の物性が低下する。 Due to this shear flow, the conventional long fiber pellets are easily broken, and the fiber length of the reinforcing fibers in the resulting fiber reinforced thermoplastic resin composite material is shortened, and the physical properties of the molded product are deteriorated.
これに対し、本発明の長繊維ペレットは、この剪断流動を受けても、成型中における強化繊維の繊維長を長く保つことができる。このことは、本発明の長繊維ペレット製造原料の熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープは、熱可塑性樹脂を含浸する際、しごきバーに押圧されてジグザグに走行しながら解繊され、しかも急冷によって解繊状態が保たれ、これを束ねたものは周面において融着されているものの内部は解繊状態が保たれているため、剪断流動を柔軟に受け止めることができるからと考えられる。 On the other hand, the long fiber pellet of the present invention can keep the fiber length of the reinforcing fiber during molding long even if it receives this shear flow. This is because when the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape of the raw material for producing long fiber pellets of the present invention is impregnated with the thermoplastic resin, it is defibrated while being zigzag pressed against the ironing bar and defibrated by rapid cooling. It is considered that the state is maintained and the bundle of them is fused on the peripheral surface, but the inside is kept in a defibrated state, so that shear flow can be received flexibly.
以下の実施例及び比較例に記載した条件により強化テープ、長繊維ペレット、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料成型品を作製した。 Reinforced tapes, long fiber pellets, and fiber reinforced thermoplastic resin composite material molded articles were produced under the conditions described in the following examples and comparative examples.
[実施例1]
図3に示す製造装置において、下流側スリットノズル間隙を130μm、上下ノズル部材間の応力を30Nに調整した後、樹脂含浸装置空間部内の溶融樹脂[ポリプロピレン樹脂(汎用射出成型グレード、メルトフローレート20g/10分)]の温度及び上下ノズル部材の温度を230℃に調整した。
[Example 1]
In the manufacturing apparatus shown in FIG. 3, after adjusting the downstream slit nozzle gap to 130 μm and the stress between the upper and lower nozzle members to 30 N, the molten resin [polypropylene resin (general-purpose injection molding grade, melt flow rate 20 g / 10 min)] and the temperature of the upper and lower nozzle members were adjusted to 230 ° C.
この製造装置においては、冷却ローラーを、下流側スリットノズルの下流でノズルローラーと冷却ローラーとの軸心距離で200mmの箇所に設置し、冷却ローラーの温度を20℃に調整した。 In this manufacturing apparatus, the cooling roller was installed at a location of 200 mm in the axial distance between the nozzle roller and the cooling roller downstream of the downstream slit nozzle, and the temperature of the cooling roller was adjusted to 20 ° C.
この溶融樹脂含浸装置において、原料炭素繊維ストランド[東邦テナックス社製ベスファイトSTS−24K F301(直径7μm×24000フィラメント、繊度1.6g/m)]を3m/分で走行させ、熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープ(強化テープ)を作製した。得られた強化テープの幅は30mm、炭素繊維の質量含有率は30%であった。 In this molten resin impregnation apparatus, raw material carbon fiber strand [Besphite STS-24K F301 (diameter 7 μm × 24000 filament, fineness 1.6 g / m) manufactured by Toho Tenax Co., Ltd.] was run at 3 m / min to strengthen the thermoplastic resin impregnation. A fiber tape (reinforced tape) was prepared. The width of the obtained reinforcing tape was 30 mm, and the mass content of the carbon fiber was 30%.
次いで、この強化テープを、炭素繊維の配向方向に沿って不規則に折り曲げて折曲テープを得た。 Next, the reinforcing tape was irregularly bent along the orientation direction of the carbon fibers to obtain a bent tape.
この折曲テープの外周を熱可塑性樹脂の融点以上の180℃に加熱することにより前記折曲テープの外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープを得た。 A fusion tape having a fusion band formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer periphery of the bending tape by heating the outer periphery of the bending tape to 180 ° C. which is equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin. Obtained.
この融着テープを強化繊維の配向方向に垂直に長さ10mmにカットして、長繊維ペレットを得た。続いて、この長繊維ペレットについて図5に示す射出成型機を用いて230℃で射出成型し、150mm角×3.1mm厚の平板を作製した。 This fusion tape was cut into a length of 10 mm perpendicular to the orientation direction of the reinforcing fibers to obtain long fiber pellets. Subsequently, this long fiber pellet was injection molded at 230 ° C. using an injection molding machine shown in FIG. 5 to produce a flat plate of 150 mm square × 3.1 mm thickness.
また、射出成型時に長繊維ペレット中の炭素繊維が、(1)スクリュー混練圧縮時(本スクリューの圧縮率2.96%)、(2)チェックリング通過時、(3)金型内ゲート部通過時の何処で炭素繊維が折れるかを、図5の長繊維ペレット108、スクリュー溝116k、チェックリング122入、チェックリング122出、成型品130における重量平均繊維長を測定して調べた。その結果を表1に示す。
In addition, the carbon fibers in the long fiber pellets during injection molding are (1) screw kneading compression (compression ratio of this screw: 2.96%), (2) check ring passing, (3) mold gate passing Where the carbon fiber breaks at the time was examined by measuring the weight average fiber length in the
なお、重量平均繊維長は以下の方法で測定した。 The weight average fiber length was measured by the following method.
採取した試料0.5gに熱濃硫酸を加えてマトリックスのポリプロピレン樹脂を分解し、炭素繊維を取り出した。次に、超音波装置を用いて炭素繊維を水中に分散させ、四分法を3回以上繰り返した後、濾過した。濾紙上に残った炭素繊維500本以上について繊維長を測定し、その重量平均繊維長を次式
重量平均繊維長 = Σ(繊維長)2 / Σ(繊維長)
を用いて求めた。
Hot concentrated sulfuric acid was added to 0.5 g of the collected sample to decompose the polypropylene resin of the matrix, and the carbon fiber was taken out. Next, carbon fiber was dispersed in water using an ultrasonic device, and the quadrant was repeated three or more times, followed by filtration. The fiber length of 500 or more carbon fibers remaining on the filter paper is measured, and the weight average fiber length is expressed by the following formula: weight average fiber length = Σ (fiber length) 2 / Σ (fiber length)
Was determined using.
上記150mm角×3.1mm厚の平板について、平板から10mm幅×90mm長×3.1mm厚の曲げ試験片を5本切り出し、JIS K 7171に準拠して3点曲げ試験(スパン/厚さ比=20、試験速度5mm/分)を実施し、曲げ強度を測定した。その結果を表1に示す。 For the 150 mm square × 3.1 mm thick flat plate, five bending test pieces of 10 mm width × 90 mm length × 3.1 mm thickness were cut out from the flat plate, and a three-point bending test (span / thickness ratio) in accordance with JIS K 7171. = 20, test speed 5 mm / min), and bending strength was measured. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
実施例1で得られた強化テープを、炭素繊維の配向方向に平行に裁断してテープ幅が1.3mmで、約1000本の炭素繊維からなる分割テープを得た。
[Example 2]
The reinforcing tape obtained in Example 1 was cut in parallel with the orientation direction of the carbon fibers to obtain a split tape having a tape width of 1.3 mm and consisting of about 1000 carbon fibers.
この分割テープ24枚を束ねて分割テープ束を得、前記分割テープ束の外周を熱可塑性樹脂の融点以上の180℃に加熱することにより前記分割テープ束の外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープ束を得た。 The 24 divided tapes are bundled to obtain a divided tape bundle, and the outer periphery of the divided tape bundle is heated to 180 ° C., which is equal to or higher than the melting point of the thermoplastic resin, to melt at least a part of the outer periphery of the divided tape bundle. A fusion tape bundle having a fusion zone formed of resin was obtained.
この融着テープ束を強化繊維の配向方向に垂直に長さ10mmにカットして、長繊維ペレットを得た。続いて、この長繊維ペレットについて実施例1と同様に図5に示す射出成型機を用いて成型品を作製し、射出成型時における強化繊維の重量平均繊維長の変化、並びに、射出成型品の曲げ強度を測定した。その結果を表1に示す。 This fusion tape bundle was cut into a length of 10 mm perpendicular to the orientation direction of the reinforcing fibers to obtain long fiber pellets. Subsequently, a molded product was produced for the long fiber pellets using the injection molding machine shown in FIG. 5 in the same manner as in Example 1. The change in the weight average fiber length of the reinforcing fibers during the injection molding, and the injection molded product The bending strength was measured. The results are shown in Table 1.
[比較例1]
図3に示す強化テープ製造装置において、下流側スリットノズル32を、開口部が円形で、その直径が2.5mmのダイスに取り替え、冷却ローラー74、76を取り外した。この改造装置を用い、前記ダイスの下流側以外は実施例1と同様に操作して、熱可塑性樹脂含浸強化繊維成型物(強化成型物)を作製したところ、得られた強化成型物は、断面が円形で、その直径が2.5mmの棒状のものであった。
[Comparative Example 1]
In the reinforcing tape manufacturing apparatus shown in FIG. 3, the
この棒状の強化成型物を強化繊維の配向方向に垂直に長さ10mmにカットして、長繊維ペレットを得た。図6は、得られた長繊維ペレットの概念を示す断面図である。図6において、132は長繊維ペレットである。この長繊維ペレット132は、一方向に配向した強化繊維134に熱可塑性樹脂136が含浸されてなる。
This rod-like reinforced molded product was cut into a length of 10 mm perpendicular to the orientation direction of the reinforcing fibers to obtain long fiber pellets. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the concept of the obtained long fiber pellets. In FIG. 6, 132 is a long fiber pellet. This
なお、比較例1の強化成型物は、実施例1と同様にして、広がった強化繊維ストランド中に溶融樹脂を含浸させた後に、まだ樹脂が溶けたままの状態のうちに丸ダイスを通して作製したものである。そのため、図6に示すように広がった強化繊維ストランド134中に十分に熱可塑性樹脂136が含浸されている。
In addition, the reinforced molded product of Comparative Example 1 was produced through a round die while the resin was still melted after impregnating the molten resin into the expanded reinforcing fiber strand in the same manner as in Example 1. Is. Therefore, the
続いて、この長繊維ペレットについて実施例1と同様に図5に示す射出成型機を用いて成型品を作製し、射出成型時における強化繊維の重量平均繊維長の変化、並びに、射出成型品の曲げ強度を測定した。その結果を表1に示す。 Subsequently, a molded product was produced for the long fiber pellets using the injection molding machine shown in FIG. 5 in the same manner as in Example 1. The change in the weight average fiber length of the reinforcing fibers during the injection molding, and the injection molded product The bending strength was measured. The results are shown in Table 1.
[比較例2]
比較例1の強化成型物製造装置において、しごきバー64a、64bを取り外した。この改造装置を用い、溶融樹脂含浸装置26での操作以外は比較例1と同様に操作して、強化成型物を作製したところ、得られた強化成型物は、断面が円形で、その直径が2.5mmの棒状のものであった。
[Comparative Example 2]
In the reinforced molded product manufacturing apparatus of Comparative Example 1, the ironing bars 64a and 64b were removed. Using this remodeling device, except for the operation with the molten
この棒状の強化成型物を強化繊維の配向方向に垂直に長さ10mmにカットして、長繊維ペレットを得た。図7は、得られた長繊維ペレットの概念を示す断面図である。図7において、142は長繊維ペレットである。この長繊維ペレット142は、一方向に配向した強化繊維144に熱可塑性樹脂146が含浸されてなる。
This rod-like reinforced molded product was cut into a length of 10 mm perpendicular to the orientation direction of the reinforcing fibers to obtain long fiber pellets. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the concept of the obtained long fiber pellets. In FIG. 7, 142 is a long fiber pellet. The
なお、比較例2の強化成型物は、実施例1と同様にして、強化繊維ストランドを十分に広げないで溶融樹脂を含浸させ、そのままの状態のうちに丸ダイスを通して作製したものである。そのため、図7に示すように強化繊維ストランド144中に熱可塑性樹脂146は十分には含浸されていない。
In addition, the reinforcement molding of the comparative example 2 was produced through the round die in the same state as in Example 1 without impregnating the reinforcing fiber strand without sufficiently spreading the molten resin. Therefore, as shown in FIG. 7, the reinforcing
続いて、この長繊維ペレットについて実施例1と同様に図5に示す射出成型機を用いて成型品を作製し、射出成型時における強化繊維の重量平均繊維長の変化、並びに、射出成型品の曲げ強度を測定した。その結果を表1に示す。 Subsequently, a molded product was produced for the long fiber pellets using the injection molding machine shown in FIG. 5 in the same manner as in Example 1. The change in the weight average fiber length of the reinforcing fibers during the injection molding, and the injection molded product The bending strength was measured. The results are shown in Table 1.
[比較例3]
実施例1で得られた強化テープを強化繊維の配向方向に垂直に長さ10mmにカットしたものを、そのまま長繊維ペレットとして実施例1と同様に図5に示す射出成型機に投入した。しかし、ホッパー110内部でブリッジが発生し試験片成型品は得られなかった。
[Comparative Example 3]
The reinforcing tape obtained in Example 1 was cut into a length of 10 mm perpendicular to the orientation direction of the reinforcing fibers, and was put into the injection molding machine shown in FIG. However, a bridge occurred inside the
実施例1〜2の強化テープは、樹脂含浸装置内部のしごきバー、及び、加熱ローラーで広げた強化テープを直ちに冷却固化させているため、広幅扁平形状のものを作製でき、このテープを剪断、集束、融着して得た長繊維ペレットを材料に用いて射出成型したところ、成型中における強化繊維の繊維長を長く保つことができ、得られた炭素繊維強化熱可塑性樹脂(CFRTP)成型物は高い曲げ強度を示した。 In the reinforcing tapes of Examples 1 and 2, since the reinforcing bar spread by the heating bar and the ironing bar inside the resin impregnation apparatus is immediately cooled and solidified, a wide flat shape can be produced, and this tape is sheared. When the long fiber pellets obtained by bundling and fusing are injection molded using the material, the fiber length of the reinforcing fiber during molding can be kept long, and the resulting carbon fiber reinforced thermoplastic resin (CFRTP) molded product Showed high bending strength.
比較例1〜2で得られた熱可塑性樹脂含浸強化繊維成型物(強化成型物)は、断面円形の棒状物であり、これをカットして得た長繊維ペレットを材料に用いて射出成型したところ、成型中において強化繊維は折損し易く、得られたCFRTP成型物はあまり高い曲げ強度を示さなかった。 The thermoplastic resin-impregnated reinforced fiber molded product (reinforced molded product) obtained in Comparative Examples 1 and 2 is a rod-shaped product having a circular cross section, and the long fiber pellets obtained by cutting this were injection molded using the material. However, the reinforcing fiber was easily broken during molding, and the obtained CFRTP molded product did not show very high bending strength.
2、108、132、142 長繊維ペレット
4、14、92 強化テープ
6、16、94、134、144 強化繊維
8、18、96、136、146 熱可塑性樹脂
10、20 融着帯
22 熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープの製造装置
24 強化繊維
26 溶融樹脂含浸装置
28 溶融熱可塑性樹脂供給用の樹脂供給経路
30 上流側スリットノズル
32 下流側スリットノズル
34 溶融樹脂含浸装置上型部
36 溶融樹脂含浸装置空間部
38 溶融樹脂含浸装置下型部
40 ノズル上部部材
42、48a、48b、78、82a 支持枠
44、50、80、84 差込みバー
46 ノズル下部部材
52a、52b、86a 固定端
56、88 付勢手段
58a、58b 支持枠の下端
60a、60b 支持枠の上端
62a、62b 間隙調節手段
64a、64b しごきバー
74、76 冷却ローラー
102 射出成型機
104 スクリュー本体
106 加熱シリンダー
110 ホッパー
112 金型
114a、114b、114c、…、114k、114l、…、114r、114s、114t フライト
116a、116b、…、116k、…、116r、116s スクリュー溝
118 小径部
120 スクリューヘッド
122 チェックリング
124 金型の前型
126 金型の後型
128 ゲート
130 前型と後型との間隙
l 長繊維ペレットの長さ
m 長繊維ペレットの幅
P、Q 摺動部材
X 炭素繊維ストランドの走行方向を示す矢印
2, 108, 132, 142 Long fiber pellets 4, 14, 92 Reinforcing tape 6, 16, 94, 134, 144 Reinforcing fibers 8, 18, 96, 136, 146 Thermoplastic resin 10, 20 Fusion zone 22 Thermoplastic resin Manufacturing apparatus for impregnated reinforcing fiber tape 24 Reinforcing fiber 26 Molten resin impregnating apparatus 28 Resin supply path for supplying molten thermoplastic resin 30 Upstream slit nozzle 32 Downstream slit nozzle 34 Molten resin impregnating apparatus upper mold part 36 Melting resin impregnating apparatus space Part 38 Molten resin impregnation apparatus lower mold part 40 Nozzle upper member 42, 48a, 48b, 78, 82a Support frame 44, 50, 80, 84 Insertion bar 46 Nozzle lower member 52a, 52b, 86a Fixed end 56, 88 Energizing means 58a, 58b Lower end of support frame 60a, 60b Upper end of support frame 62a, 62b Gap adjusting means 6 4a, 64b Ironing bar 74, 76 Cooling roller 102 Injection molding machine 104 Screw body 106 Heating cylinder 110 Hopper 112 Mold 114a, 114b, 114c, ..., 114k, 114l, ..., 114r, 114s, 114t Flight 116a, 116b, ... , 116k,..., 116r, 116s Screw groove 118 Small diameter portion 120 Screw head 122 Check ring 124 Mold front mold 126 Mold rear mold 128 Gate 130 Gap between front mold and rear mold l Length of long fiber pellet m Long fiber pellet width P, Q Slide member X Arrow indicating the running direction of the carbon fiber strand
Claims (10)
前記熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを、強化繊維の配向方向に沿って不規則に折り曲げて折曲テープを得る第2工程と、
前記折曲テープの配向方向に直交する外周を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより前記折曲テープの外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープを得る第3工程と、
前記融着テープを強化繊維の配向方向に垂直に切断して長さ1〜50mmの長繊維ペレットを製造する第4工程とからなる、
長繊維ペレットの製造方法。 A first step of impregnating a strand composed of 12,000 or more single fibers for reinforcing fibers with a thermoplastic resin to obtain a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape having a width of 10 mm or more and a thickness of 200 μm or less;
A second step of irregularly bending the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape along the orientation direction of the reinforcing fiber to obtain a bent tape;
A fusion bond having a fusion band formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer periphery of the bent tape by heating the outer periphery perpendicular to the orientation direction of the bent tape to the melting point of the thermoplastic resin or higher. A third step of obtaining a tape;
A fourth step of producing a long fiber pellet having a length of 1 to 50 mm by cutting the fusion tape perpendicularly to the orientation direction of the reinforcing fiber,
A method for producing long fiber pellets.
前記熱可塑性樹脂含浸強化繊維テープを、強化繊維の配向方向に沿って裁断して、3000本以下の強化繊維の単繊維からなる分割テープを得る第2工程と、
前記分割テープ複数枚を強化繊維の配向方向に揃えると共に束ねて分割テープ束を得る第3工程と、
前記分割テープ束の配向方向に直交する外周を熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより前記分割テープ束の外周の少なくとも一部に溶融した熱可塑性樹脂で形成された融着帯を有する融着テープ束を得る第4工程と、
前記融着テープ束を強化繊維の配向方向に垂直に切断して長さ1〜50mmの長繊維ペレットを製造する第5工程とからなる、
長繊維ペレットの製造方法。 A first step of impregnating a strand composed of 12,000 or more single fibers for reinforcing fibers with a thermoplastic resin to obtain a thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape having a width of 10 mm or more and a thickness of 200 μm or less;
A second step of cutting the thermoplastic resin-impregnated reinforcing fiber tape along the orientation direction of the reinforcing fibers to obtain a split tape consisting of 3000 or less reinforcing fiber single fibers;
Aligning the plurality of divided tapes in the orientation direction of the reinforcing fibers and bundling them to obtain a divided tape bundle;
A fusion bond having a fusion band formed of a thermoplastic resin melted on at least a part of the outer periphery of the divided tape bundle by heating the outer circumference perpendicular to the orientation direction of the divided tape bundle to a melting point or higher of the thermoplastic resin. A fourth step of obtaining a tape bundle;
The fusion tape bundle comprises a fifth step of producing a long fiber pellet having a length of 1 to 50 mm by cutting perpendicularly to the orientation direction of the reinforcing fiber.
A method for producing long fiber pellets.
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