JP3728219B2

JP3728219B2 - Melt plasticizing apparatus and melt plasticizing method for base material containing thermoplastic resin

Info

Publication number: JP3728219B2
Application number: JP2001154933A
Authority: JP
Inventors: 徹水上; 真彦富永; 憲吾尾崎
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Current assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2001-05-24
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JP2002347026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂を含む基材の溶融可塑化（以下単に「可塑化」という）装置および可塑化方法に関する。さらに詳しくは針状またはテープ状の熱可塑性樹脂を含む基材を直接成形して成形品を得る方法において、上記基材を効率よく可塑化できる装置および該装置を用いる上記基材の可塑化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の形成方法として、ＷＯ０１／００３９２Ａ１公報に記載の方法が提案されている。この方法では、線状またはテープ状などの小片の長繊維強化熱可塑性樹脂基材を、円筒状の容器内に所定量投入および堆積させて、嵩高な堆積物とし、該堆積物中に高温ガスを流入させて、堆積物を可塑化させ、該可塑化物をプレス成形方法などで成形する方法である。
【０００３】
上記方法は、前記基材の可塑化には、押出機やその他の混練装置を使用する場合の如き剪断力がかからず、強化繊維が可塑化中に破断されることがなく、従って成形後に得られる成形物の強度が著しく優れており、安全靴の先芯やその他の高強度が要求される種々の成形用途に好適に使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法は、前記の通り、筒状体内に基材の小片を堆積させ、該堆積物に加熱ガスを吹き込む方法であるので、基材の小片が溶融および可塑化されるとともに、堆積物は密度が上り（容積が縮小）、加熱ガスが堆積物中を通過しにくくなる。その結果、基材の可塑化に不均一が生じるという問題がある。このような不均一な溶融物を用いて得られた成形物の場合には、強度に欠ける部分が生じるという問題がある。また、堆積物の容積減少の結果、溶融物は筒状体の下方に沈下するが、その際、溶融した基材の一部が筒状体の内壁の一部に付着残留し、次の工程における可塑化物中に混入し、同様に成形物の強度低下の原因や成形物の表面に斑点が生じるなどの問題が生じる。
【０００５】
さらに上記方法では基材を可塑化後にプランジャーにより溶融塊を押圧し、溶融塊の密度を高めて、成形物中に気泡などが含まれることを防止している。この際、溶融物が筒状体内で圧縮される結果、プランジャーの頭部と筒状体の内壁との間に、長繊維の一部が巻き込まれて繊維が毛羽立つとともに、熱可塑性樹脂とともに筒状体の内壁に付着した状態で残ることがある。このような残渣が筒状体の内壁に残留した場合、該残留物が次の工程における基材の可塑化物中に混入し、前記と同様に成形物の強度低下の原因や成形物の表面に斑点が生じるなどの問題が生じる。
【０００６】
従って本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、熱可塑性樹脂を含む基材の可塑化を均一に行い、かつ強度および外観に優れた成形物が得られる熱可塑性樹脂を含む基材の可塑化装置および該基材の可塑化方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、外側表面に冷却装置を有する筒状体１と、該筒状体の一方の端部に着脱自在に設けられた通気性支持体３と、該通気性支持体を通して上記筒状体内に加熱ガスを導入する加熱ガス供給装置４とからなり、上記通気性支持体の通気面積が、筒状体の開口面積よりも大きく形成され、筒状体の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体の端部周辺に設けられたフランジによって封鎖されるように構成されており、上記筒状体内に投入されかつ上記支持体上に堆積された熱可塑性樹脂を含む基材の小片５を、上記支持体の通気孔から供給された加熱ガスにより可塑化し、筒状体内面に樹脂の溶融可塑化残渣が残らないように構成されていることを特徴とする上記基材の可塑化装置、および該装置を用いる上記基材の可塑化方法を提供する。
【００１０】
上記本発明の装置および方法において、筒状体１の外側に冷却装置６及び特定の支持体３を設けた以外の構成は従来公知の装置と同様である。このような冷却装置６を設け、筒状体１の内面の温度上昇を抑える、好ましくは熱可塑性樹脂を含む基材の融点もしくは軟化点以下の温度に抑えることによって、筒状体１の内面に上記基材の溶融物が固着残留することが防止され、最終的に得られる成形物の強度および外観品質が向上する。
【００１３】
上記本発明の装置および方法において、通気性支持体３の通気面積を、筒状体１の開口面積よりも大きく形成することによって、後述するように冷却装置６によって可塑化物の周囲の不充分な溶融部分が充分に溶融されるので、前記冷却による可塑化の不均一性がなくなり、前記と同様に最終的に得られる成形物の強度および外観品質が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
図１および図２は、本発明の好ましい装置と方法を説明する図であり、図１および図２に示すように、筒状体１の排気口側に吸引装置２を設けた。図２（ａ）に示す例は、従来公知の装置におけるプランジャーに代えて、通気孔が設けられたヘッド８を有するプランジャー９であって、該プランジャー９を通気性にし、不図示の排気ファンで吸引することによって、筒状体１の内部を吸引された状態にする。図２（ｂ）に示す例は、上記プランジャー９に代えて筒状体１の上方開口面に着脱自在な排気口付き蓋２を設けた例である。この例においても図２（ａ）の場合と同様に、不図示の排気ファンで吸引する。さらに排気側の風速を供給側の風速よりも上げることで、筒状体の内部を吸引された状態にすることが可能となる。このようにして図２に示すように、筒状体１の下方から導入される加熱ガスが上記基材の堆積物内を速やかに通過するとともに迅速に堆積物を可塑化することができる。
【００１５】
本発明の可塑化装置を使用する好ましい方法を、図１および図２を用いて説明する。先ず、吸引装置２を上昇させた状態で、適当な原料供給ホッパー１０から熱可塑性樹脂を含む基材５の小片を定量供給し、筒状体１の下面に設置された通気性支持体３上に上記基材５の小片を堆積させる。次いで図２（ａ）に示すように、吸引装置２のヘッド８を筒状体１の適当な位置に嵌め込み、不図示の排気ファンなどにより吸引して筒状体１内を吸引された状態にする。同時に不図示の加熱ガス発生源から送られてくる加熱ガスを、加熱ガス供給装置４のダクト１１を開とすることによって、堆積物中に加熱ガスを通過させることにより、堆積物が短時間で均一に可塑化される。次いで図４に示すように筒状体１を上昇させるか、あるいは通気性支持体３を下降させるかして、筒状体１と通気性支持体３とを分離し、得られた可塑化物５を、例えば、図５に示す如き成型工程に移して成形する。
【００１６】
本発明の好ましい可塑化装置を使用する方法を図１および図３を用いて説明する。この可塑化装置は、図１において、吸引装置２を有せず、冷却装置６を有する構成である。この実施形態では、前記方法において、堆積物を加熱ガスで溶融および可塑化する際、冷却装置６を作動させて、筒状体１の内面を、熱可塑性樹脂を含む基材の融点もしくは軟化点以下に冷却する。その結果、堆積物が筒状体１の内面に接触した全ての部分において、溶融物が融着して残ることがない。続いて前記のように可塑化物を取り出し、成形工程に移す。
【００１７】
本発明の好ましい可塑化装置を使用する方法を図１を用いて説明する。この方法では、吸引装置２および冷却装置６を同時に使用する。その結果、堆積物の迅速かつ均一な可塑化が行われるとともに、堆積物の一部が筒状体１の内面に付着することがない。続いて前記のように可塑化物を取り出し、成形工程に移す。
【００１８】
本発明の好ましい可塑化装置を使用する方法を図１および図４を用いて説明する。この方法では、前記吸引装置２および冷却装置６に加えて、通気性支持体３の通気面積が、筒状体１の開口面積よりも大きく形成され、筒状体１の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体１の端部周辺に設けられたフランジ７によって封鎖されるように構成されている装置を用いる。前記と同様に堆積物を可塑化した後、図４に示すように、筒状体１と通気性支持体３を分離すると、可塑化物５は通気性支持体３上に載置される。この際、可塑化物５は前記冷却装置６の作用によって、その周囲が充分には溶融していない。上記分離状態でさらに加熱ガスを通過させると、可塑化物の周辺に存在している通気孔から加熱ガスが吹き出され、可塑化物の周辺を溶融する。この際、筒状体１内は好ましくは吸引された状態になっているので、加熱ガスは可塑化物の側面を加熱しながら、筒状体１内に吸引されるので、可塑化物の周辺が効率的に溶融される。続いて前記のように可塑化物を取り出し、成形工程に移す。
なお、本発明の前記装置において、吸引装置を加熱ガス供給装置として用い、かつ加熱ガス供給装置を吸引装置として用い、上記本発明の方法を実施しても同様な効果が得られる。
【００１９】
次に、上記本発明の装置における各部材について説明する。筒状体１は耐熱性の材料であれば特に限定されないが、通常は金属製、好ましくはステンレススチール製であり、さらに好ましくはその内面がフッ素樹脂などでライニングされている。筒状体のサイズは特に限定されないが、その長さ（高さ）は通常約１０〜３０ｃｍであり、その内径の断面形状も特に限定されないが、円状、楕円状、多角形状、その他の形状であり得る。特に最終成形物の外形に近い断面形状が好ましい。内径の面積も特に限定されないが、最終成形物に必要な容積になる面積であることが好ましく、最終成形物の投影面積に対して３０％〜１００％であることがより好ましい。この筒状体１は、後述する通気性支持体３と分離できるように、必要に応じて不図示の昇降手段によって上下動可能に設置することが好ましい。
【００２０】
吸引装置２については、図２にその代表例を示したが、これらの例に限定されない。好ましくは図２（ａ）に示したプランジャー兼用吸引装置である。吸引装置２についてもある程度の耐熱性があればよく、通常金属製である。特にプランジャータイプの場合には、そのヘッド８は通気性であり、かつ筒状体の内面で滑動し得る大きさおよび形状を有しており、プランジャー本体９を経由して不図示の適当な排気装置に連結している。この吸引装置２は図１に示すように、不図示の昇降手段によって上下動し、筒状体１に基材を挿入する際には、図１に示すように、筒状体１の上方に位置し、基材を可塑化する際には図２（ｂ）に示すように、筒状体１内の適当な位置に挿入され、筒状体１内を吸引する。吸引排気された加熱ガスは、不図示の経路に従って加熱ガス発生源に循環され、温度調整されて再利用されることが好ましい。
【００２１】
通気性支持体３は、筒状体１の他方の端部に着脱自在に設けられている。該通気性支持体３もある程度の耐熱性を有するものであれば、材料は特に限定されないが、通常は金属製のメッシュやパンチングメタルなどであることが好ましく、また、基材の可塑化物がプランジャー９によって押圧される際の押圧力に耐え得る強度を有する。また、通気孔は基材の小片が通過しない程度の細かい孔であることが好ましい。また、前記実施形態の装置に使用する場合には、通気性支持体３の通気面積を、筒状体１の開口面積よりも大きく形成しておき、筒状体の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体の端部周辺に設けられたフランジ７によって封鎖されるように構成しておく。この通気性支持体３には、可塑化された基材塊が載置されることから、その表面は溶融物が粘着しないように離型処理されていることが望ましい。また、通気性支持体３は加熱ガス供給装置４上に固定されていてもよく、着脱自在に設置されていてもよい。
【００２２】
加熱ガス供給装置４自体は、通気性支持体３に加熱ガスを供給し得るならば、従来公知の構成でよく、ダンパー１１によって、加熱ガスの遮断および送風が可能となっている。この加熱ガス供給装置４も不図示の昇降手段によって上下動可能に構成されていることが好ましいが、前記筒状体１が上下動するように構成されている場合は、固定でもよい。
【００２３】
本発明における冷却手段６は、第１図示のように、筒状体の周囲にジャケットを形成し、一方の供給口から冷却水または冷却空気を導入し、他方の排出口から、水または空気を排出する構成でもよく、また、筒状体の周囲にパイプを巻き付け、該パイプ内に冷却水または冷却空気を通して筒状体の内面を冷却する構成であってもよい。冷却条件は、筒状体内面が前記基材の融点もしくは軟化点以下の温度に冷却されればよい。
【００２４】
次に、本発明の方法で使用する基材および該基材の可塑化条件について説明する。本発明で使用する基材は、短繊維やガラスマットで強化された熱可塑性樹脂基材または長繊維強化熱可塑性樹脂基材、あるいはこれらの強化樹脂から成形された成形物の最終工程で発生する端材やトリミング屑などの破砕小片、さらには使用済み成形物の回収物の破砕小片、さらにはこれらの混合物が使用可能であるが、以下長繊維強化熱可塑性樹脂基材（以下単に「基材」という）を代表例として説明する。
【００２５】
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、一般に市販されている種々のものが使用可能である。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスチレンなどが挙げられる。なかでも、繊維への含浸性、コスト、物性の点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、またはポリエステル系樹脂が特に好ましく使用される。ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど；ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６６、ナイロン６、ナイロン１２、ＭＸＤナイロンなど；ポリエステル系樹脂としては、例えば、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などが挙げられる。これらの樹脂を用いることが、本発明においては特に好ましい。これらの樹脂には、着色剤、変性剤、酸化防止剤、耐紫外線剤などの添加剤を混合することができる。
【００２６】
また、本発明で使用する基材に用いる強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維などが挙げられ、得られる成形体の使用目的に応じて適宜選択することができる。例えば、電磁波シールド用の複合材であれば、炭素繊維が挙げられ、また、コストパフォーマンスを重視するものであればガラス繊維が挙げられる。これらは単独使用しても組み合わせて使用してもかまわない。
【００２７】
上記ガラス繊維は、そのモノフィラメントの平均径が通常は６〜２３μｍであり、さらに１０〜１７μｍであることが好ましい。モノフィラメントの平均径が６μｍ未満の場合は、基材がコスト高になるとともに、基材中の強化繊維の含有量が同じ場合には、強化繊維の表面積が大きくなり、成形時の流動性が劣るので好ましくない。一方、モノフィラメントの平均径が２３μｍを超える場合は、得られる基材の機械的物性が劣るために好ましくない。
【００２８】
また、１本の基材に含まれる連続強化繊維のフィラメント数は、１００〜１６００本であることが好ましい。フィラメント数が１００本未満であると、充分な強度を有する基材を製造するには、多数本の基材が必要となり、作業が煩雑となる。一方、フィラメント数が１６００本を超えると、モノフィラメント間にまで熱可塑性樹脂を均一に含浸させることが困難になるとともに、得られる基材が太くなり、本発明の目的が達成できなくなる。さらに、成形体にした場合、繊維の分散性に劣り、最終的に得られる成形体において期待される強度を達成することが困難になる。
【００２９】
本発明で使用する基材は、該基材を散布堆積させたときに加熱ガスが堆積物中に容易に通るように嵩高になることが好ましい。基材の嵩高さの程度は、基材を堆積させたときの嵩密度をρ₁とし、基材の真密度をρ₀としたとき、１／１００≦ρ₁／ρ₀≦１／２であることが好ましく、１／５０≦ρ₁／ρ₀≦１／３が特に好ましい。ρ₁／ρ₀が１／２を超えると、嵩高さの程度が小さくなり、加熱ガスの通りが劣り、加熱溶融させる時間が長くなる。一方、ρ₁／ρ₀が１／１００未満であると、嵩高になり過ぎて密度が小さくなり、加熱ガスを通過させる容量が多い割には得られる溶融物の量が少なくなるため、生産効率が劣り好ましくない。
【００３０】
なお、基材を散布堆積させたときの嵩密度ρ₁は、容量が測定できる容器、例えば、メスシリンダー、ビーカーなどであって、基材の長さよりも十分に大きい内径を有するものを用い、基材をできるだけランダムに堆積させて測定することができる。また、基材の真密度ρ₀は、用いる基材の理論密度を求めることによって得ることができる。
【００３１】
また、本発明において使用される上記基材は、以下のａ）〜ｄ）の特徴を有することが好ましい。
ａ）平均径が０．１〜１．５ｍｍの線材状形態である、
ｂ）強化繊維含有率が１５〜８０ｖｏｌ％である、
ｃ）平均長Ｌが１０〜５０ｍｍである、
ｄ）平均径をＤとしたときのＬ／Ｄが１５〜１００である。
基材が、上記特徴を有する場合、該基材が細くて針状のものとなり、その堆積物は容易に嵩高になるので、加熱ガスは堆積物中をスムーズに通り、基材は均一にかつ迅速に加熱されることになる。
【００３２】
また、前記溶融塊中の平均繊維長が、基材中のその元の長さの９５％以上を保持するように前記溶融塊を形成することが好ましく、これによって得られる成形体、例えば、安全靴用先芯などの機械的強度を向上させることができる。さらにまた、上記成形体中の平均繊維長が、基材中のその元の長さの９０％以上を保持するように、前記溶融塊形成工程および成形工程を行うことが好ましく、これによって得られる安全靴用先芯などの成形体の機械的強度を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明に用いる基材は、線材状またはテープ状形態をなすが、好ましくは線材状形態が採用される。ここで、線材状形態とは、基材の断面形状が円形か、あるいは楕円形に近い形態をしており、断面の長径／短径が３以下である基材を意味する。長径／短径が３を超える、例えば、テープ状の偏平な形態のものでは、基材は２次元に散布されやすく、この場合、線材状形態の基材に比べて、加熱ガスを充分に通過させる隙間をうまく形成できないことがある。
【００３４】
基材が線材状形態をなす場合、その平均径は、０．１〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．２〜１．０ｍｍであることがさらに好ましい。この平均径が０．１ｍｍ未満であると、基材を製造する際に、フィラメント切れや羽毛立ちが生じ、生産性が劣る。また、平均径が１．５ｍｍを超えると、加熱ガスによる加熱効率が劣るとともに、得られる基材が太くなって強化繊維の分散性が劣るために、最終的に得られる成形体において期待される機械的強度を発現することができず好ましくない。
【００３５】
また、基材の長さ（切断長）は、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、１５〜４０ｍｍであることがさらに好ましい。切断長が１０ｍｍ未満の場合には、最終的に得られる成形体の機械的物性が劣るために好ましくない。一方、切断長が５０ｍｍを超える場合は、取扱い性が劣り、また、基材のプレス成形時の流動性が劣るために好ましくない。
【００３６】
基材が線材状形態をなす場合、その平均径をＤとし、平均長をＬとしたときの、Ｌ／Ｄが１５〜１００であることが好ましく、３０〜８０であることがさらに好ましい。Ｌ／Ｄが１５未満であると、基材を散布、堆積させたときに堆積物が嵩高になりがたくなる。この場合、加熱ガスが通過する流路をうまく形成することができないため、均一に加熱することが困難になる。一方、Ｌ／Ｄが１００を超えると逆に嵩高になり過ぎて堆積物の密度が小さくなり、加熱ガスを通過させる容量が多い割には、溶融物の量が少なくなるため、生産効率に劣り好ましくない。また、Ｌ／Ｄを上記範囲にすることにより、溶融塊を成形型に供給する際に、強化繊維が成形型内で絡んだまま流れやすくなる。これにより、得られる成形体中に強化繊維が均一に分散しやすくなり、成形体の強度を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明に用いる基材において、強化繊維の含有率が１５〜８０ｖｏｌ％であることが好ましく、２０〜７０ｖｏｌ％であることがさらに好ましい。強化繊維の含有率が１５ｖｏｌ％未満の場合は、補強効果が低く、一方、強化繊維の含有率が８０ｖｏｌ％を超える場合は、繊維を包むマトリックス（熱可塑性樹脂）の量が少なすぎ、後述する樹脂の含浸率を９５％以上に保持することが困難となる。
【００３８】
本発明に用いる基材は、上記熱可塑性樹脂の含浸率が９５％以上であることが好ましい。例えば、安全靴用先芯などの成形体中の上記含浸率が９５％未満であると、均一な機械的特性を有する成形体が得られず、また、得られた成形体の表面に強化繊維が浮き出す場合があり好ましくない。
【００３９】
ここで上記含浸率とは、基材の断面を２００倍の電子顕微鏡で、２０μｍのメッシュをおいて観察したとき、観察された全断面積とボイド面積とから以下の式１によって求めた値を意味する。なお、メッシュ中に少しでもボイド（空気の泡）が認められれば、このメッシュは、ボイド面積として加えられる。
｛（全断面積−ボイド面積）／全断面積｝×１００（％）式１
【００４０】
基材を製造する方法は、強化繊維ストランドを溶融樹脂浴に送り込み、溶融含浸法により樹脂を強化繊維ストランド中に含浸させた後、１本または複数本の強化繊維ストランドを１個のノズルから引き抜いて長い、または連続した基材を得る方法が好ましい。さらに、スプリットを施すことなく集束した１本の強化繊維ストランドを１個のノズルから引き抜く方法を採用すると、ノズルからの引き抜きが容易になり、強化繊維の含有率を高めることができ、かつ、毛羽の発生を少なくすることができるために好ましい。
【００４１】
上記の方法が使用される場合、小さい径の基材が得られやすい。こうして得られた基材は、小さい熱容量で容易に軟化または固化させることができる。その結果、基材の加熱時間を短縮させることが可能となるため、基材の加熱時において、基材に含有される樹脂の熱劣化を最小限にすることが可能である。
【００４２】
上記の如き基材の堆積物中に加熱ガスを通過させることにより、堆積された基材に含まれる樹脂を溶融させ、基材の自重、または外部からの押圧によって基材の嵩を小さくさせて、基材がまとまった状態の溶融塊を形成する。基材の自重で得られる溶融塊は、嵩高で表面積が大きいものであるため、低圧で押圧することにより押圧溶融塊を形成することが好ましく、こうすることにより、成形型に移す際の取扱い性を良好にし、成形型に移すまでの間に冷却されにくくできる。嵩高の溶融塊を押圧する圧力は０．１〜１．５ｋｇ／ｃｍ²が好ましい。この場合、基材全体が加熱され、柔軟になっているため、押圧しても強化繊維の折れや破損がなく、比較的高い密度の溶融塊を得ることができ、それによって最終的に得られる成形体は充分な機械的強度と優れた外観を有することができる。
【００４３】
溶融塊が筒状体中で押圧される場合、過剰な加熱を避けるために加熱ガスを遮断していることが好ましい。また、上記押圧ではプランジャーを用いることが好ましく、また、溶融塊の温度を低下させないために加熱プランジャーを用いることがより好ましい。また、プランジャーの押圧面は、上記筒状体の内側断面に合うように設計することが好ましい。こうしてプランジャーにより押圧された溶融塊は、実質上隙間がない高密な材料であってもよいし、また、ハンドリングが可能な程度の、多少隙間の残る材料であってもかまわない。
【００４４】
加熱ガスは加熱ガス発生機などによって得ることができる。本発明に使用する加熱ガスは特に限定されるものではなく、その例としては、空気、不活性ガス、還元性ガスなどが挙げられる。このうち空気および／または不活性ガスが好ましく採用される。使用する熱可塑性樹脂が熱のために酸化されず、成形体の機械的強度が悪影響を受けない場合には、空気を用いることがコスト的に有利である。一方、悪影響を受ける場合は、不活性ガスまたは還元性ガスを単独または混合して用いることが好ましい。ここでいう不活性ガスとは、希ガス元素の気体や化学的に不活性なＮ₂やＣＯ₂のような気体を含むものである。また、これらのガスに酸化を防止するために還元性ガスを加えてもよい。
【００４５】
上記加熱ガス温度Ｔは、基材に用いる熱可塑性樹脂によっても異なる。用いる熱可塑性樹脂の融点をＴ₁とした場合、以下の式：
Ｔ₁≦Ｔ≦Ｔ₁＋１００℃、特に、Ｔ₁＋１０℃≦Ｔ≦Ｔ₁＋８０℃を満足すことが好ましい。ＴがＴ₁より小さい場合は、樹脂を溶融させることが困難となり、また、ＴがＴ₁＋１００℃を超える場合には、熱劣化を引き起こし、成形体の機械的強度を低下させるため好ましくない。また、堆積物中に吹き込む加熱ガスの風速は、用いる筒状体、基材の形態や大きさなどによるため特に限定されない。しかし、加熱効率を向上させるためには０．３〜１０ｍ／ｓ、特には０．５〜５ｍ／ｓが好ましい。さらに吸引装置を用いて吸引する場合には、吸引側の風速を供給側の風速とほぼ同様またはそれ以上に上げることで基材の加熱が均一になるとともに、基材の可塑化の効率が向上するので好ましい。
【００４６】
本発明では、線材状またはテープ状形態の基材を用い、これを加熱ガスで加熱することにより、均一かつ効率的に短時間で、上記基材から溶融塊を製造することを可能にしたものである。さらに、本発明では、ほとんど剪断力を加えずに溶融塊を作成するために、得られる溶融塊中の強化繊維の残存平均繊維長は、基材の元の平均長を容易に維持できる。かくして、かかる溶融塊中の強化繊維の残存平均繊維長は、好ましくは９５％以上、特には９７％以上であることがさらに好ましい。これにより、強化繊維のモノフィラメントの破損が防止され、剪断を加えた場合の繊維の嵩高膨張による流動性の低下、あるいは空気の巻き込みによる樹脂の劣化が抑制され、得られる成形体の機械的強度が低下することがない。
【００４７】
上記溶融塊を成形型に供給しプレス成形する工程は、上記のようにして形成された溶融塊を取出し、例えば、人手、コンベヤー、ロボットなどにより成形型に移動させる。成形型への供給方法は、用いる熱可塑性樹脂の流動性、外観性、固化時間を考慮して適宜選択することができ、成形流動性を維持させるために溶融塊を直接成形型に供給することが好ましい。
【００４８】
成形工程における溶融塊をプレス成形する条件は、用いる熱可塑性樹脂の流動性、外観性、固化時間を考慮して適宜選択すればよいが、一般には通常のプレス成形の条件を採用することができる。例えば、成形型はヒーターなどで加温されることが好ましく、また、成形温度は熱可塑性樹脂の融点以下で、通常の熱可塑性樹脂を成形する場合の成形温度に準じることができる。また、プレス圧力は、８０〜３００ｋｇ／ｃｍ²が好ましい。
【００４９】
本発明の装置および方法で得られた可塑化物は、自動車部品、家電製品、産業資材、土木資材、日用品などの各種成形体の製造に適用することができる。特に安全靴用先芯にも好適であり、該安全靴用先芯は、３５ｇ以下の重量で、かつ最大肉厚部が４ｍｍ以下を有し、ＪＩＳＴ８１０１に規定される安全靴のＳ種規格の性能を満足することができる。
【００５０】
【実施例】
次に実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
実施例１
平均径１３μｍのモノフィラメントを用いて、集束本数を６００本とした１本のガラス繊維ストランドをＭＩ（メルトインデックス）＝４０の酸変性した溶融ポリプロピレン（２６０℃）中に導入し、溶融含浸を行った後、内径０．５３ｍｍのノズルから５０ｍ／ｍｉｎの速度で引き抜き、さらにペレタイザーで長さが２０ｍｍとなるように切断することにより基材を得た。得られた基材の平均径は０．５３ｍｍであり、Ｌ／Ｄは３７．７、ガラス含有率は４５．５ｖｏｌ％、樹脂の含浸率（ｎ＝５の平均値、ｎは測定回数を表す。）は１００％であった。
【００５１】
なお、上記ガラス含有率は、得られた基材を６００℃の電気炉中で加熱して樹脂を焼失させた後に残存するガラスの重量から得たガラス含有率（ｗｔ％）を、樹脂の比重を０．９１、ガラスの比重を２．５４としてｖｏｌ％に換算することにより求めた。
【００５２】
上記で得られた基材３０ｇを、図１に示される内径６０ｍｍの筒状体１内に散布堆積させた後、吸引装置２であるプランジャー９のヘッド８を筒状体１内の上方に挿入し、排気ファンにより吸引した。同時に筒状体１の下部より通気性支持体３（金属メッシュ）を通して加熱ガスを吹き入れて堆積物を溶融させた。加熱ガスの流速は２．０ｍ／ｓであり、通気性支持体３上の加熱ガスの温度は２００℃、溶融時間は２０秒であった。
【００５３】
次に、加熱ガスの吹き入れを止め、２００℃に加熱されたプランジャーヘッド８を筒状体１内を下降させて、１ｋｇ／ｃｍ²の圧力で溶融物を押圧することによって溶融塊を得た。溶融塊中のガラス繊維の残存繊維長を求めるため、上記溶融塊を６００℃で焼失させた後、残ったガラス繊維のモノフィラメントを任意に１００本選びその平均値を測定した。残存繊維長は２０ｍｍであり、基材中の元の繊維長の１００％を保持していた。
【００５４】
比較例１
実施例１において、吸引装置２の代わりに通気孔を有さないヘッドを有するプランジャーを使用し、筒状体内から該プランジャーを引き抜き、加熱ガスを通過させる以外は、実施例１と同様に溶融塊を作製した。その結果、溶融時間は３０秒であった。なお、溶融塊中のガラス繊維の残存繊維長は実施例１と変わらなかった。
【００５５】
実施例２
図１に示す装置において、吸引装置２を使用せず、冷却装置６を使用した以外は、比較例１と同様に溶融塊を作製した。なお、冷却はジャケット内に２０℃の空気を通過させて行い、筒状体の内面を約８０℃に保持するように冷却した。その結果、溶融時間は比較例１とほぼ同じであり、溶融塊は筒状体１から容易に離脱し、筒状体１の内面には溶融物の付着は認められなかったが、得られた溶融塊の周辺は溶融が充分とはいえなかった。これに対して上記比較例１において、溶融塊を筒状体から取り出す際に、かなりの抵抗があり、また、筒状体の内部には溶融物の薄い層が随所に認められた。
【００５６】
実施例３
図１に示す装置において、吸引装置２および冷却装置６の双方を使用した以外は、実施例１と同様に溶融塊を作製した。なお、冷却はジャケット内に７０℃の水を通過させて行い、筒状体の内面を約８０℃に保持するように冷却した。吸引装置による吸引は実施例１と同様にした。その結果、溶融時間は実施例１と同じであり、溶融塊は筒状体１から容易に離脱し、筒状体１の内面には溶融物の付着は認められなかったが、得られた溶融塊の周辺は溶融が充分とはいえなかった。これに対して上記比較例１において、溶融塊を筒状体から取り出す際に、かなりの抵抗があり、また、筒状体の内部には溶融物の薄い層が随所に認められた。
【００５７】
実施例４
図１に示す装置において、吸引装置２、通気性支持体３および冷却装置６を使用した以外は、実施例１と同様に溶融塊を作製した。なお、吸引および冷却は実施例３と同一条件とした。溶融後、図４に示すように筒状体１と通気性支持体３とを筒状体の底面が溶融塊の上面より５ｍｍ上方に分離させ、さらに１０秒間加熱ガスを流した。溶融塊は筒状体１から容易に離脱し、筒状体１の内面には溶融物の付着は認められなかった。また、溶融塊の周辺も充分に溶融していた。これに対して上記比較例１において、溶融塊を筒状体から取り出す際に、かなりの抵抗があり、また、筒状体の内部には溶融物の薄い層が随所に認められた。
【００５８】
【発明の効果】
以上の如き本発明によれば、熱可塑性樹脂を含む基材の可塑化を均一に行い、かつ強度および外観に優れた成形物が得られる上記基材の可塑化装置および上記基材の可塑化方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図２】本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図３】本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図４】本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図５】本発明の可塑化方法で得られた溶融塊の成形方法を説明する図。
【符号の説明】
１：筒状体
２：吸引装置
３：通気性支持体
４：加熱ガス供給装置
５：堆積された基材の小片
６：冷却装置
７：フランジ
８：通気性ヘッド
９：プランジャー
１０：原料供給ホッパー
１１：ダンパー
１２：雄型
１３：雌型[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a melt plasticizing (hereinafter simply referred to as “plasticizing”) apparatus and a plasticizing method for a substrate containing a thermoplastic resin. More specifically, in a method of directly forming a substrate containing a needle-like or tape-like thermoplastic resin to obtain a molded product, an apparatus capable of efficiently plasticizing the substrate and a method of plasticizing the substrate using the apparatus About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a method described in WO 01/00392 A1 has been proposed as a method for forming a long fiber reinforced thermoplastic resin molded article. In this method, a predetermined amount of a long fiber reinforced thermoplastic resin base material such as a linear or tape shape is charged and deposited in a cylindrical container to form a bulky deposit, and a high-temperature gas is contained in the deposit. Is flown to plasticize the deposit, and the plasticized product is molded by a press molding method or the like.
[0003]
According to the above method, the plasticizing of the base material does not take a shearing force as in the case of using an extruder or other kneading apparatus, and the reinforcing fibers are not broken during the plasticizing. The strength of the resulting molded product is remarkably excellent, and it is suitably used for various molding applications that require the tip of safety shoes and other high strengths.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The method described above is a method in which small pieces of a substrate are deposited in a cylindrical body and heated gas is blown into the deposit as described above, so that the small pieces of the substrate are melted and plasticized, and the deposit has a density. Increases (the volume is reduced), making it difficult for the heated gas to pass through the deposit. As a result, there is a problem that non-uniformity occurs in plasticization of the substrate. In the case of a molded product obtained using such a non-uniform melt, there is a problem that a portion lacking in strength occurs. As a result of the volume reduction of the deposit, the melt sinks below the cylindrical body. At that time, a part of the molten base material remains attached to a part of the inner wall of the cylindrical body, and the next step In the same way, there are problems such as causing a decrease in strength of the molded product and causing spots on the surface of the molded product.
[0005]
Further, in the above method, after the base material is plasticized, the molten lump is pressed with a plunger to increase the density of the molten lump, thereby preventing bubbles and the like from being contained in the molded product. At this time, as a result of the melt being compressed in the cylindrical body, a part of the long fibers are caught between the plunger head and the inner wall of the cylindrical body, the fibers become fluffy, and the cylinder together with the thermoplastic resin. May remain attached to the inner wall of the body. When such a residue remains on the inner wall of the cylindrical body, the residue is mixed in the plasticized material of the base material in the next step, and the strength of the molded product is reduced or the surface of the molded product is the same as described above. Problems such as spotting occur.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to uniformly plasticize a base material containing a thermoplastic resin, and to obtain a molded article having excellent strength and appearance, and a base material containing the thermoplastic resin. And a method for plasticizing the substrate.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the present invention described below. That is, this departure Tomorrow , Has a cooling device on the outer surface The cylindrical body 1 is provided detachably at one end of the cylindrical body. Tadori A gas support 3 and a heating gas supply device 4 for introducing a heating gas into the cylindrical body through the gas-permeable support, The ventilation area of the air-permeable support body is formed larger than the opening area of the tubular body, and the air-permeable support body is provided with a ventilation hole around the end of the tubular body. Configured to be sealed by a flange that is The small piece 5 of the base material containing the thermoplastic resin charged into the cylindrical body and deposited on the support is plasticized by the heated gas supplied from the vent of the support. , Resin melt plasticization residue does not remain on the inner surface of the cylindrical body The base material plasticizing apparatus, which is configured as described above, and the base material plasticizing method using the apparatus are provided.
[0010]
In the apparatus and method of the present invention, the cooling device 6 is provided outside the cylindrical body 1. And specific support 3 The configuration other than that provided is the same as that of a conventionally known apparatus. By providing such a cooling device 6 and suppressing the temperature rise of the inner surface of the cylindrical body 1, preferably by suppressing the temperature below the melting point or softening point of the base material containing the thermoplastic resin, It is prevented that the melt of the base material remains stuck. The most The strength and appearance quality of the molded product finally obtained are improved.
[0013]
In the apparatus and method of the present invention, by forming the air-permeable area of the air-permeable support body 3 to be larger than the opening area of the cylindrical body 1, the cooling device 6 is insufficient to surround the plasticized material as will be described later. Since the melted portion is sufficiently melted, the non-uniformity of plasticization due to the cooling is eliminated, and the strength and appearance quality of the finally obtained molded product are improved in the same manner as described above.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing preferred embodiments.
1 and 2 show the present invention. preferable It is a figure explaining an apparatus and a method The figure 1 and 2, a suction device 2 is provided on the exhaust port side of the cylindrical body 1. It was. The example shown in FIG. 2 (a) is a plunger 9 having a head 8 provided with a vent hole instead of the plunger in a conventionally known device. By sucking with the exhaust fan, the inside of the cylindrical body 1 is brought into a sucked state. The example shown in FIG. 2B is an example in which a lid 2 with an exhaust port is provided on the upper opening surface of the tubular body 1 in place of the plunger 9. In this example as well, as in the case of FIG. 2A, suction is performed by an exhaust fan (not shown). Further, by raising the wind speed on the exhaust side higher than the wind speed on the supply side, the inside of the cylindrical body can be brought into a sucked state. In this way, as shown in FIG. 2, the heated gas introduced from below the cylindrical body 1 can quickly pass through the deposit on the base material and can rapidly plasticize the deposit.
[0015]
The present invention Possible Use plasticizer preferable The method will be described with reference to FIG. 1 and FIG. First, in a state where the suction device 2 is raised, small pieces of the base material 5 containing a thermoplastic resin are quantitatively supplied from an appropriate raw material supply hopper 10, and the air-permeable support 3 installed on the lower surface of the cylindrical body 1 A small piece of the substrate 5 is deposited on the substrate. Next, as shown in FIG. 2A, the head 8 of the suction device 2 is fitted into an appropriate position of the cylindrical body 1 and is sucked by an exhaust fan (not shown) so that the inside of the cylindrical body 1 is sucked. To do. At the same time, the heating gas sent from a heating gas generation source (not shown) is opened in the duct 11 of the heating gas supply device 4 so that the heating gas passes through the deposit, so that the deposit can be made in a short time. It is uniformly plasticized. Next, as shown in FIG. 4, the tubular body 1 is raised or the breathable support 3 is lowered to separate the tubular body 1 and the breathable support 3, and the plasticized product 5 obtained is obtained. Is molded in a molding step as shown in FIG.
[0016]
The present invention Preferred A method of using a plasticizer will be described with reference to FIGS. This The plasticizing apparatus in FIG. 1 does not have the suction device 2 but has a cooling device 6. In this embodiment, in the method, when the deposit is melted and plasticized with a heating gas, the cooling device 6 is operated so that the inner surface of the cylindrical body 1 is melted or softened by the base material containing the thermoplastic resin. Cool to below. As a result, the melted material does not remain fused at all portions where the deposits contact the inner surface of the cylindrical body 1. Subsequently, the plasticized product is taken out as described above and transferred to a molding step.
[0017]
Of the present invention preferable A method of using the plasticizing apparatus will be described with reference to FIG. In this method, the suction device 2 and the cooling device 6 are used simultaneously. As a result, the deposit is rapidly and uniformly plasticized, and part of the deposit does not adhere to the inner surface of the cylindrical body 1. Subsequently, the plasticized product is taken out as described above and transferred to a molding step.
[0018]
Of the present invention preferable A method of using the plasticizing apparatus will be described with reference to FIGS. In this method, in addition to the suction device 2 and the cooling device 6, the air-permeable area of the air-permeable support 3 is formed larger than the opening area of the cylindrical body 1 and is outside the opening of the cylindrical body 1. An apparatus is used in which the vent hole of the breathable support is configured to be sealed by a flange 7 provided around the end of the tubular body 1. After plasticizing the deposit in the same manner as described above, as shown in FIG. 4, when the cylindrical body 1 and the air-permeable support 3 are separated, the plasticized material 5 is placed on the air-permeable support 3. At this time, the periphery of the plasticized product 5 is not sufficiently melted by the action of the cooling device 6. When the heated gas is further passed in the separated state, the heated gas is blown out from the vent holes existing around the plasticized material, and the periphery of the plasticized material is melted. At this time, the inside of the cylindrical body 1 is Preferably Since it is in the sucked state, the heated gas is sucked into the cylindrical body 1 while heating the side surface of the plasticized material, so that the periphery of the plasticized material is efficiently melted. Subsequently, the plasticized product is taken out as described above and transferred to a molding step.
In the apparatus of the present invention, the same effect can be obtained even when the suction apparatus is used as a heated gas supply apparatus and the heated gas supply apparatus is used as a suction apparatus and the method of the present invention is carried out.
[0019]
Next, each member in the apparatus of the present invention will be described. The cylindrical body 1 is not particularly limited as long as it is a heat-resistant material, but is usually made of metal, preferably stainless steel, and more preferably the inner surface thereof is lined with a fluororesin or the like. The size of the cylindrical body is not particularly limited, but the length (height) is usually about 10 to 30 cm, and the cross-sectional shape of the inner diameter is not particularly limited, but is circular, elliptical, polygonal, or other shapes It can be. A cross-sectional shape close to the outer shape of the final molded product is particularly preferable. The area of the inner diameter is also not particularly limited, but is preferably an area that becomes a volume necessary for the final molded product, and more preferably 30% to 100% with respect to the projected area of the final molded product. The cylindrical body 1 is preferably installed so as to be movable up and down by lifting means (not shown) as necessary so that it can be separated from the air-permeable support 3 described later.
[0020]
Although the representative example was shown in FIG. 2 about the suction apparatus 2, it is not limited to these examples. The plunger / suction device shown in FIG. 2 (a) is preferred. The suction device 2 needs only to have a certain degree of heat resistance and is usually made of metal. In particular, in the case of the plunger type, the head 8 is air permeable and has a size and a shape that can slide on the inner surface of the cylindrical body. Connected to various exhaust devices. As shown in FIG. 1, the suction device 2 is moved up and down by an elevating means (not shown), and when inserting a base material into the cylindrical body 1, as shown in FIG. At the time of plasticizing the substrate, as shown in FIG. 2 (b), it is inserted into an appropriate position in the cylindrical body 1, and the inside of the cylindrical body 1 is sucked. The heated gas sucked and exhausted is preferably circulated to a heated gas generation source according to a path (not shown), the temperature is adjusted, and the heated gas is reused.
[0021]
The breathable support 3 is detachably provided at the other end of the cylindrical body 1. The material of the breathable support 3 is not particularly limited as long as it has a certain degree of heat resistance, but it is usually preferably a metal mesh or punching metal, and the plasticized material of the substrate is a plan. It has a strength capable of withstanding the pressing force when pressed by the jar 9. Moreover, it is preferable that a ventilation hole is a fine hole of the grade which the small piece of a base material does not pass. Also before Real When used in the apparatus of the embodiment, the air-permeable support body 3 is formed so that the air-permeable area of the air-permeable support body 3 is larger than the opening area of the tubular body 1 and is outside the opening of the tubular body. The vent hole is sealed by a flange 7 provided around the end of the cylindrical body. Since the plasticized base material lump is placed on the air-permeable support 3, it is desirable that the surface of the air-permeable support 3 is subjected to a release treatment so that the melt does not stick. Moreover, the air permeable support body 3 may be fixed on the heating gas supply apparatus 4, and may be installed detachably.
[0022]
The heating gas supply device 4 itself may have a conventionally known configuration as long as the heating gas can be supplied to the air-permeable support 3, and the damper 11 can block and blow the heating gas. The heating gas supply device 4 is also preferably configured to be movable up and down by a lifting / lowering means (not shown), but may be fixed when the cylindrical body 1 is configured to move up and down.
[0023]
Main departure Clearly As shown in FIG. 1, the cooling means 6 forms a jacket around the cylindrical body, introduces cooling water or cooling air from one supply port, and discharges water or air from the other discharge port. A structure may be sufficient, and the structure which winds a pipe around a cylindrical body and cools the inner surface of a cylindrical body through cooling water or cooling air in this pipe may be sufficient. The cooling condition may be that the inner surface of the cylindrical body is cooled to a temperature below the melting point or softening point of the substrate.
[0024]
Next, the base material used in the method of the present invention and the plasticizing conditions of the base material will be described. The base material used in the present invention is generated in the final step of a thermoplastic resin base material reinforced with short fibers or glass mat or a long fiber reinforced thermoplastic resin base material, or a molded product formed from these reinforced resins. Fragmented pieces such as mill ends and trimming scraps, as well as crushed pieces of collected used moldings, and mixtures thereof can be used. As a representative example.
[0025]
The thermoplastic resin used in the present invention is not particularly limited, and various commercially available resins can be used. For example, polyolefin resin, polyamide resin, polyester resin, polycarbonate resin, polyphenylene sulfide resin, polystyrene and the like can be mentioned. Among these, polyolefin resins, polyamide resins, or polyester resins are particularly preferably used from the viewpoint of fiber impregnation properties, cost, and physical properties. Examples of polyolefin resins include polypropylene and polyethylene; examples of polyamide resins include nylon 66, nylon 6, nylon 12, and MXD nylon; examples of polyester resins include polyethylene terephthalate and polybutylene terephthalate. Can be mentioned. The use of these resins is particularly preferred in the present invention. These resins can be mixed with additives such as a colorant, a modifier, an antioxidant, and an anti-ultraviolet agent.
[0026]
In addition, examples of the reinforcing fiber used for the substrate used in the present invention include glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, ceramic fiber, and the like, and can be appropriately selected depending on the intended use of the obtained molded body. . For example, if it is a composite material for electromagnetic wave shielding, a carbon fiber will be mentioned, and if it emphasizes cost performance, a glass fiber will be mentioned. These may be used alone or in combination.
[0027]
The glass fiber has an average monofilament diameter of usually 6 to 23 μm, and more preferably 10 to 17 μm. When the average diameter of the monofilament is less than 6 μm, the cost of the base material becomes high, and when the content of the reinforcing fiber in the base material is the same, the surface area of the reinforcing fiber becomes large and the fluidity during molding is poor. Therefore, it is not preferable. On the other hand, when the average diameter of the monofilament exceeds 23 μm, it is not preferable because the mechanical properties of the obtained base material are inferior.
[0028]
Moreover, it is preferable that the number of filaments of the continuous reinforcement fiber contained in one base material is 100-1600. When the number of filaments is less than 100, in order to produce a substrate having sufficient strength, a large number of substrates are required, and the operation becomes complicated. On the other hand, when the number of filaments exceeds 1,600, it becomes difficult to uniformly impregnate the thermoplastic resin between the monofilaments, and the obtained base material becomes thick, so that the object of the present invention cannot be achieved. Furthermore, when it is a molded body, the dispersibility of the fibers is inferior, and it is difficult to achieve the strength expected in the finally obtained molded body.
[0029]
The base material used in the present invention is preferably bulky so that the heated gas easily passes through the deposit when the base material is dispersed and deposited. The degree of bulkiness of the substrate is determined by the bulk density when the substrate is deposited as ρ ₁ And the true density of the substrate is ρ ₀ 1/100 ≦ ρ ₁ / Ρ ₀ ≦ 1/2, preferably 1/50 ≦ ρ ₁ / Ρ ₀ ≦ 1/3 is particularly preferred. ρ ₁ / Ρ ₀ If it exceeds 1/2, the degree of bulkiness becomes small, the heating gas is inferior, and the time for heating and melting becomes long. On the other hand, ρ ₁ / Ρ ₀ If it is less than 1/100, it becomes too bulky, the density becomes small, and the amount of melt obtained is small for a large capacity for passing the heated gas, so that the production efficiency is inferior.
[0030]
In addition, bulk density ρ when the substrate is spread and deposited ₁ Can be measured by depositing a substrate as randomly as possible using a container whose capacity can be measured, such as a graduated cylinder, a beaker, etc., having an inner diameter sufficiently larger than the length of the substrate. In addition, the true density ρ of the substrate ₀ Can be obtained by determining the theoretical density of the substrate used.
[0031]
Moreover, it is preferable that the said base material used in this invention has the characteristics of the following a) -d).
a) It is a wire-like form with an average diameter of 0.1 to 1.5 mm.
b) Reinforcing fiber content is 15-80 vol%,
c) The average length L is 10 to 50 mm.
d) L / D when the average diameter is D is 15-100.
When the substrate has the above characteristics, the substrate becomes thin and needle-shaped, and the deposit easily becomes bulky, so that the heated gas passes smoothly through the deposit, and the substrate is uniform and It will be heated quickly.
[0032]
Further, it is preferable to form the molten mass so that the average fiber length in the molten mass retains 95% or more of the original length in the base material, and a molded body obtained thereby, for example, safety The mechanical strength of a shoe tip can be improved. Furthermore, it is preferable to perform the molten mass forming step and the molding step so that the average fiber length in the molded body retains 90% or more of its original length in the base material, and thus obtained. The mechanical strength of a molded body such as a safety shoe tip can be improved.
[0033]
Moreover, the base material used in the present invention is in the form of a wire or a tape, but preferably a wire is used. Here, the wire-like form means a base material in which the cross-sectional shape of the base material is circular or close to an elliptical shape, and the major axis / minor axis of the cross section is 3 or less. In the case where the major axis / minor axis exceeds 3, for example, in a tape-like flat form, the base material is easily dispersed in two dimensions. In this case, the heated gas sufficiently passes compared to the base material in the form of a wire rod. The gaps to be made may not be formed well.
[0034]
When a base material makes a wire-like form, it is preferable that the average diameter is 0.1-1.5 mm, and it is further more preferable that it is 0.2-1.0 mm. When the average diameter is less than 0.1 mm, when the substrate is produced, filament breakage or feathering occurs, resulting in poor productivity. In addition, when the average diameter exceeds 1.5 mm, the heating efficiency by the heating gas is inferior, and the obtained base material is thick and the dispersibility of the reinforcing fibers is inferior. Mechanical strength cannot be expressed, which is not preferable.
[0035]
Moreover, it is preferable that it is 10-50 mm, and, as for the length (cut length) of a base material, it is more preferable that it is 15-40 mm. When the cutting length is less than 10 mm, the mechanical properties of the finally obtained molded article are inferior, which is not preferable. On the other hand, when the cutting length exceeds 50 mm, the handleability is inferior, and the fluidity during press molding of the substrate is inferior.
[0036]
When the base material has a wire-like form, L / D is preferably from 15 to 100, more preferably from 30 to 80, when the average diameter is D and the average length is L. When the L / D is less than 15, the deposit is less likely to be bulky when the base material is dispersed and deposited. In this case, since the flow path through which the heated gas passes cannot be formed well, it becomes difficult to heat uniformly. On the other hand, if the L / D exceeds 100, the density of the deposit becomes too high and the density of the deposit is reduced. It is not preferable. Moreover, when L / D is set in the above range, when the molten mass is supplied to the mold, the reinforcing fibers are easily flown while being entangled in the mold. Thereby, it becomes easy to disperse | distribute a reinforcing fiber uniformly in the molded object obtained, and the intensity | strength of a molded object can be improved.
[0037]
Moreover, the base material used for this invention WHEREIN: It is preferable that the content rate of a reinforced fiber is 15-80 vol%, and it is more preferable that it is 20-70 vol%. When the reinforcing fiber content is less than 15 vol%, the reinforcing effect is low. On the other hand, when the reinforcing fiber content exceeds 80 vol%, the amount of the matrix (thermoplastic resin) that wraps the fibers is too small, which will be described later. It becomes difficult to maintain the resin impregnation rate at 95% or more.
[0038]
The base material used in the present invention preferably has an impregnation rate of the above thermoplastic resin of 95% or more. For example, when the impregnation ratio in a molded body such as a safety shoe toe core is less than 95%, a molded body having uniform mechanical properties cannot be obtained, and the surface of the obtained molded body has reinforcing fibers. May be raised, which is not preferable.
[0039]
Here, the impregnation rate is a value obtained by the following formula 1 from the total cross-sectional area and void area observed when a cross section of the base material is observed with a 200 × electron microscope with a 20 μm mesh. means. If any void (air bubbles) is recognized in the mesh, this mesh is added as a void area.
{(Total cross-sectional area−void area) / total cross-sectional area} × 100 (%) Formula 1
[0040]
In the method of manufacturing a base material, reinforcing fiber strands are fed into a molten resin bath, resin is impregnated into the reinforcing fiber strands by a melt impregnation method, and then one or more reinforcing fiber strands are pulled out from one nozzle. And obtaining a long or continuous substrate is preferred. Furthermore, when a method of pulling out one reinforcing fiber strand bundled without splitting from one nozzle is facilitated, it can be easily pulled out from the nozzle, and the content of reinforcing fibers can be increased. It is preferable because the occurrence of the occurrence can be reduced.
[0041]
When the above method is used, a substrate having a small diameter is easily obtained. The substrate thus obtained can be easily softened or solidified with a small heat capacity. As a result, the heating time of the base material can be shortened, so that the thermal deterioration of the resin contained in the base material can be minimized when the base material is heated.
[0042]
By passing heated gas through the substrate deposit as described above, the resin contained in the deposited substrate is melted, and the substrate weight is reduced by the weight of the substrate or by external pressure. Then, a molten mass is formed in a state where the base material is gathered. Since the molten lump obtained by the weight of the base material is bulky and has a large surface area, it is preferable to form a pressed molten lump by pressing at a low pressure, and in this way, handleability when transferring to a mold It can be made difficult to be cooled before being transferred to a mold. The pressure for pressing the bulky molten mass is 0.1 to 1.5 kg / cm ² Is preferred. In this case, since the whole base material is heated and flexible, even if pressed, there is no breakage or breakage of the reinforcing fibers, and a relatively high density molten mass can be obtained, thereby finally obtained. The molded body can have sufficient mechanical strength and excellent appearance.
[0043]
When the molten mass is pressed in the cylindrical body, it is preferable to shut off the heated gas in order to avoid excessive heating. Moreover, it is preferable to use a plunger for the said press, and it is more preferable to use a heating plunger in order not to reduce the temperature of a molten lump. Moreover, it is preferable that the pressing surface of the plunger is designed to match the inner cross section of the cylindrical body. The molten mass pressed by the plunger in this manner may be a high-density material that is substantially free of gaps, or may be a material that has some gaps that can be handled.
[0044]
The heated gas can be obtained by a heated gas generator or the like. The heating gas used in the present invention is not particularly limited, and examples thereof include air, inert gas, reducing gas and the like. Of these, air and / or inert gas are preferably employed. If the thermoplastic resin to be used is not oxidized due to heat and the mechanical strength of the molded body is not adversely affected, it is advantageous in terms of cost to use air. On the other hand, when adversely affected, it is preferable to use an inert gas or a reducing gas alone or in combination. The inert gas here is a gas of a rare gas element or chemically inert N. ₂ And CO ₂ Such a gas is included. Further, a reducing gas may be added to these gases in order to prevent oxidation.
[0045]
The heated gas temperature T varies depending on the thermoplastic resin used for the base material. The melting point of the thermoplastic resin used is T ₁ The following formula:
T ₁ ≦ T ≦ T ₁ + 100 ° C, in particular T ₁ + 10 ° C ≦ T ≦ T ₁ It is preferable to satisfy + 80 ° C. T is T ₁ If it is smaller, it becomes difficult to melt the resin, and T is T ₁ If it exceeds + 100 ° C., it is not preferable because it causes thermal deterioration and lowers the mechanical strength of the molded product. Further, the wind speed of the heated gas blown into the deposit is not particularly limited because it depends on the cylindrical body to be used, the form and size of the substrate, and the like. However, in order to improve heating efficiency, 0.3 to 10 m / s, particularly 0.5 to 5 m / s is preferable. Furthermore, when suction is performed using a suction device, heating of the base material is made uniform by increasing the suction side wind speed to approximately the same or higher than the supply side wind speed, and the plasticization efficiency of the base material is improved. This is preferable.
[0046]
In the present invention, by using a base material in the form of a wire or tape, and heating it with a heating gas, it is possible to produce a molten mass from the above base material uniformly and efficiently in a short time It is. Furthermore, in the present invention, since the molten lump is created with almost no shearing force applied, the residual average fiber length of the reinforcing fibers in the resulting molten lump can easily maintain the original average length of the substrate. Thus, the residual average fiber length of the reinforcing fibers in the molten mass is preferably 95% or more, more preferably 97% or more. This prevents the monofilaments of the reinforcing fibers from being damaged, reduces fluidity due to the bulky expansion of the fibers when shear is applied, or suppresses resin deterioration due to air entrainment, and the mechanical strength of the resulting molded body There is no decline.
[0047]
In the step of supplying the molten mass to the mold and press-molding, the molten mass formed as described above is taken out and moved to the mold by, for example, manual labor, a conveyor, or a robot. The supply method to the mold can be appropriately selected in consideration of the fluidity, appearance, and solidification time of the thermoplastic resin to be used, and the molten mass is directly supplied to the mold in order to maintain the mold fluidity. Is preferred.
[0048]
The conditions for press-molding the molten mass in the molding process may be appropriately selected in consideration of the fluidity, appearance, and solidification time of the thermoplastic resin to be used. In general, the usual press-molding conditions can be employed. . For example, the mold is preferably heated by a heater or the like, and the molding temperature is equal to or lower than the melting point of the thermoplastic resin, and can conform to the molding temperature when molding a normal thermoplastic resin. The press pressure is 80 to 300 kg / cm. ² Is preferred.
[0049]
The plasticized material obtained by the apparatus and method of the present invention can be applied to the production of various molded articles such as automobile parts, home appliances, industrial materials, civil engineering materials, and daily necessities. The safety shoe tip is particularly suitable for a safety shoe tip, and the safety shoe tip has a weight of 35 g or less and a maximum thickness of 4 mm or less. The performance of can be satisfied.
[0050]
【Example】
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
Example 1
Using a monofilament with an average diameter of 13 μm, one glass fiber strand with a bundled number of 600 was introduced into acid-modified molten polypropylene (260 ° C.) with MI (melt index) = 40, and melt impregnation was performed. Then, it pulled out from the nozzle with an internal diameter of 0.53 mm at a speed | rate of 50 m / min, and also cut | disconnected so that length might be set to 20 mm with a pelletizer, and the base material was obtained. The average diameter of the obtained base material is 0.53 mm, L / D is 37.7, glass content is 45.5 vol%, resin impregnation rate (average value of n = 5, n represents the number of measurements. .) Was 100%.
[0051]
The glass content is the glass content (wt%) obtained from the weight of the glass remaining after heating the obtained substrate in an electric furnace at 600 ° C. to burn out the resin, and the specific gravity of the resin. Was 0.91 and the specific gravity of the glass was 2.54.
[0052]
After the base material 30g obtained above is dispersed and deposited in the cylindrical body 1 having an inner diameter of 60 mm shown in FIG. 1, the head 8 of the plunger 9 which is the suction device 2 is placed above the cylindrical body 1. Inserted and sucked by exhaust fan. At the same time, heated gas was blown from the lower part of the cylindrical body 1 through the air-permeable support 3 (metal mesh) to melt the deposit. The flow rate of the heated gas was 2.0 m / s, the temperature of the heated gas on the breathable support 3 was 200 ° C., and the melting time was 20 seconds.
[0053]
Next, the blowing of the heated gas is stopped, and the plunger head 8 heated to 200 ° C. is moved down in the cylindrical body 1 to 1 kg / cm ² A molten mass was obtained by pressing the melt at a pressure of. In order to obtain the remaining fiber length of the glass fiber in the molten mass, the molten mass was burned off at 600 ° C., and then 100 monofilaments of the remaining glass fiber were arbitrarily selected and the average value was measured. The remaining fiber length was 20 mm and retained 100% of the original fiber length in the substrate.
[0054]
Comparative Example 1
In Example 1, instead of the suction device 2, a plunger having a head that does not have a vent hole is used, the plunger is pulled out from the cylindrical body, and the heated gas is allowed to pass through, as in Example 1. A molten mass was made. As a result, the melting time was 30 seconds. The remaining fiber length of the glass fiber in the molten mass was not different from that in Example 1.
[0055]
Example 2
In the apparatus shown in FIG. 1, a molten mass was produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the suction apparatus 2 was not used and the cooling apparatus 6 was used. The cooling was performed by passing air at 20 ° C. through the jacket, and cooling was performed so as to keep the inner surface of the cylindrical body at about 80 ° C. As a result, the melting time was almost the same as that of Comparative Example 1, and the molten mass was easily detached from the cylindrical body 1, and no adhesion of the melt was observed on the inner surface of the cylindrical body 1. The melting around the molten mass was not sufficiently melted. On the other hand, in Comparative Example 1 described above, there was considerable resistance when taking out the molten mass from the cylindrical body, and a thin layer of the melt was observed everywhere inside the cylindrical body.
[0056]
Example 3
In the apparatus shown in FIG. 1, a molten mass was produced in the same manner as in Example 1 except that both the suction device 2 and the cooling device 6 were used. The cooling was performed by passing water at 70 ° C. through the jacket, and cooling was performed so that the inner surface of the cylindrical body was maintained at about 80 ° C. The suction by the suction device was the same as in Example 1. As a result, the melting time was the same as in Example 1, the molten mass was easily detached from the cylindrical body 1, and no adhesion of the melt was observed on the inner surface of the cylindrical body 1, but the obtained melt The area around the mass was not sufficiently melted. On the other hand, in Comparative Example 1 described above, there was considerable resistance when taking out the molten mass from the cylindrical body, and a thin layer of the melt was observed everywhere inside the cylindrical body.
[0057]
Example 4
In the apparatus shown in FIG. 1, a molten mass was produced in the same manner as in Example 1 except that the suction device 2, the air-permeable support 3 and the cooling device 6 were used. The suction and cooling were performed under the same conditions as in Example 3. After melting, as shown in FIG. 4, the cylindrical body 1 and the air-permeable support 3 were separated from the upper surface of the molten mass 5 mm above the upper surface of the molten mass, and heated gas was allowed to flow for 10 seconds. The molten mass easily separated from the cylindrical body 1, and no adhesion of the melt was observed on the inner surface of the cylindrical body 1. Also, the periphery of the molten mass was sufficiently melted. On the other hand, in Comparative Example 1 described above, there was considerable resistance when taking out the molten mass from the cylindrical body, and a thin layer of the melt was observed everywhere inside the cylindrical body.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention as described above, the base material plasticizing apparatus and the base material plasticizing that can uniformly plasticize the base material containing the thermoplastic resin and obtain a molded article excellent in strength and appearance. A method is provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a plasticizing apparatus and a plasticizing method of the present invention.
FIG. 2 is a view for explaining a plasticizing apparatus and a plasticizing method of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating a plasticizing apparatus and a plasticizing method according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a plasticizing apparatus and a plasticizing method according to the present invention.
FIG. 5 is a view for explaining a method for forming a molten mass obtained by the plasticizing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Cylindrical body
2: Suction device
3: Breathable support
4: Heated gas supply device
5: Pieces of deposited substrate
6: Cooling device
7: Flange
8: Breathable head
9: Plunger
10: Raw material supply hopper
11: Damper
12: Male
13: Female type

Claims

外側表面に冷却装置を有する筒状体と、該筒状体の一方の端部に着脱自在に設けられた通気性支持体と、該通気性支持体を通して上記筒状体内に加熱ガスを導入する加熱ガス供給装置とからなり、上記通気性支持体の通気面積が、筒状体の開口面積よりも大きく形成され、筒状体の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体の端部周辺に設けられたフランジによって封鎖されるように構成されており、上記筒状体内に投入されかつ上記支持体上に堆積された熱可塑性樹脂を含む基材の小片を、上記支持体の通気孔から供給された加熱ガスにより溶融可塑化し、筒状体内面に樹脂の溶融可塑化残渣が残らないように構成されていることを特徴とする上記基材の溶融可塑化装置。A cylindrical body having a cooling device on the outer surface, a breathable support body detachably provided at one end of the cylindrical body, and a heating gas is introduced into the cylindrical body through the breathable support body A ventilating area of the air-permeable support body, the air-permeable area of the air-permeable support body is formed larger than the opening area of the tubular body, and the air-permeable hole of the air-permeable support body located outside the opening of the tubular body A small piece of a base material, which is configured to be sealed by a flange provided around the end of the cylindrical body, and which includes the thermoplastic resin charged into the cylindrical body and deposited on the support body, The apparatus for melt plasticizing a base material according to claim 1, wherein the apparatus is melt plasticized by a heated gas supplied from a ventilation hole of the support so that a resin melt plasticization residue does not remain on the inner surface of the cylindrical body.

冷却装置が、筒状体の周囲に設けられた水冷または空冷ジャケット、または筒状体の周囲に巻き付けられた水冷または空冷パイプである請求項１に記載の装置。Cooling device, according to claim 1 which is water-cooled or air-cooled pipe wrapped around the water-cooled or air-cooled jacket disposed around the cylindrical body or the tubular body.

請求項１に記載の装置を用い、筒状体内に熱可塑性樹脂を含む基材の小片を供給して、該小片を通気性支持体上に堆積させた後、上記通気性支持体を通して上記筒状体内に加熱ガスを導入し、かつ冷却装置により筒状体の内面を冷却しつつ、上記堆積された基材を溶融可塑化し、その後筒状体と通気性支持体とを分離し、通気性支持体上に載置された溶融可塑化基材の溶融塊の周囲を引き続き加熱ガスにより加熱することを特徴とする上記基材の溶融可塑化方法。Using the apparatus of claim 1, after supplying the pieces of substrate comprising a thermoplastic resin into a cylindrical shape the body, depositing a the small pieces on a breathable support member, said through upper Symbol breathable support While introducing the heated gas into the cylindrical body and cooling the inner surface of the cylindrical body with a cooling device, the deposited base material is melt-plasticized, and then the cylindrical body and the breathable support are separated and ventilated. A method for melt-plasticizing a base material, wherein the periphery of the molten mass of the melt-plasticized base material placed on the conductive support is subsequently heated with a heating gas.