JP3819286B2 - 長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造技術に関する従来技術としては、例えば、特開平1-263005号公報、特開平6-254853号公報、特開平6-254855号公報、特開平6-254850号公報に記載されたものがある。
【０００３】
上記の特開平1-263005号公報には、含浸ローラが回転自在に配置されていることとしたものが記載されている。特開平6-254853号公報には、ローラを積極的に回転させることとしたものが記載されている。特開平6-254855号公報には、ローラに振動を与えることにより強化用繊維束への樹脂の含浸を促進する方法が記載されている。特開平6-254850号公報には、ローラを加熱することにより強化用繊維束への樹脂の含浸を促進する方法が記載されている。尚、上記含浸ローラやローラはいずれも樹脂含浸用のローラのことであり、樹脂含浸ローラともいわれるものである（以下、これらのローラをローラまたは樹脂含浸ローラという）。
【０００４】
上記公報記載の技術の中、ローラを振動させたり、加熱する方法では、確かに強化用繊維束（以下、強化繊維束ともいう）への樹脂の含浸という点では効果がある。しかし、長期間安定して連続運転するという点で考えると、強化繊維束の引き取り抵抗を充分に小さくできないことから、不充分である。また、局部的にでも高温になることから樹脂の熱劣化にとっても悪影響がある。
【０００５】
長期間安定して高速で製造するという観点からは、強化繊維束の引き取り抵抗を下げることが有効であり、ローラを積極的に回転させることによって強化繊維束の引き取り抵抗を下げようとするものが開示されている（特開平6-254853号公報）。
【０００６】
しかしながら、ローラを積極的に回転させる方法は、強化繊維束の引き取り速度との関係で回転速度を微妙に調整する必要があり、製造の立ち上げやトラブル時の調整に時間がかかる。更に、この調整が上手くいかないと強化繊維束のタルミが生じたり、余分な張力が生じてしまい、特に耐熱性の低い合成有機繊維や非連続の繊維を紡績した天然植物紡績糸などの場合には、安定した連続運転が難しいといった問題点がある。
【０００７】
上記公報記載の技術においてローラとしてはいずれもローラが軸と一体になった構造のものが採用されている。このようにローラが軸と一体になった構造の場合、樹脂浴容器（樹脂含浸用容器）の端にあたる軸受けの所に繊維の毛羽（屑）が溜まりやすく、これが強化繊維束の走行に合わせてローラが回転する際の抵抗になる傾向がある。このため、長時間の運転が難しくなる。更に、樹脂含浸用容器が複数個配置された装置になると、各容器ごとに強化繊維束の引き取り抵抗が異なるといったことが生じ、強化繊維束の引き取り速度を必ずしも同じに保てなくなり、頻繁に装置の調整をし直す必要が生じる。
【０００８】
一方、強化用繊維束へ樹脂を含浸させる際、強化用繊維束に撚りを付与し、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する技術があり、この技術に関する従来技術としては、例えば、特開平5-169445号公報に記載されたものがある。このような撚りを付与する目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの材料特性（柔軟性、耐座屈性等）を向上しようとするものである。
【０００９】
上記公報には、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドに撚りを付与すること等について記載されているが、得られた長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドのペレット化の際の問題点や具体的な装置については何ら触れられていない。
【００１０】
撚りを付与した長繊維強化熱可塑性樹脂ストランド（以下、ストランドともいう）を引き抜きながらオンラインで切断してペレット化しようとした場合、ストランドに回転が付与される（付与された撚りを戻す方向に回転する）ために、ペレタイザー（切断機）の前でストランドが踊る現象が見られ、ペレット長が不揃いになるばかりでなく、ストランドがガイドから外れてペレット化ができなくなるといった状況が起りやすい。
【００１１】
撚りを付与したストランドを一旦ボビンに巻き取ってから、このボビンを繰り出し機にセットしてストランドを引き出し、ペレタイザーで切断してペレット化するという方法をとれば、上記のような問題を避けることができる。しかし、この方法の場合はバッチ処理となり、ボビンの交換時には製造を中断することになり、連続運転性という観点で問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、その製造を長時間連続して行うことができ、連続運転性に優れた長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法は、請求項１〜２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置、請求項３記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法としており、それは次のような構成としたものである。
【００１４】
即ち、請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に強化用繊維束を導入し、該強化用繊維束に該熱可塑性樹脂を含浸させ、該熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることにより、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する装置であって、前記熱可塑性樹脂浴容器内に、前記強化用繊維束の走行軌道に交差して該強化用繊維束と接触するローラが配置されており、該ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されていることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置である（第１発明）。
【００１５】
請求項２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、前記ローラの管に貫通孔が設けられている請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置である（第２発明）。
【００１６】
請求項３記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法は、請求項１又は２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置を用いて長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法であって、強化用繊維束を熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記ローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法である（第３発明）。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のような形態で実施する。
強化用繊維束に溶融した熱可塑性樹脂を含浸させるための熱可塑性樹脂浴容器と、軸と管から構成されたローラであって該管が該軸の周りに回転自在に支持されているローラとを準備する。次に、このローラを前記熱可塑性樹脂浴容器内に下記のように配置する。即ち、このローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に交差すると共に、このローラの管の外周面に強化用繊維束が接触して走行するように配置する。そして、この熱可塑性樹脂浴容器の下流側に樹脂含浸繊維束を引き取る手段を設ける。そうすると、本発明の第１発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置が得られる。なお、上記ローラの数は１あるいは２以上とする。
【００２２】
このとき、上記ローラの管に貫通孔を設けておくと、本発明の第２発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置が得られる。
【００２３】
上記製造装置を用いて、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造をする。即ち、強化用繊維束を前記熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記ローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取る。そうすると、本発明の第３発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法が実施されることになる。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
このような形態で本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置が得られ、そして本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法が実施される。
【００２８】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明（第１発明〜第３発明）について主にその作用効果を説明する。
【００２９】
本発明の第１発明（請求項１）に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、前述の如く、熱可塑性樹脂浴容器内に、強化用繊維束の走行軌道に交差して強化用繊維束と接触するローラが配置されており、該ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されている。
【００３０】
従って、このローラはその軸の部分がたとえ回転し難くなったとしても、ローラの管の部分が独立して回転することができ、このため、強化繊維束の引き取り抵抗を何ら変化させることなく、運転することが可能になる。
【００３１】
しかも、溶融した熱可塑性樹脂があたかも潤滑剤のようにローラの軸と管の間に存在し、流動できるので、ローラの管は円滑に回転することができる。このため、強化繊維束の引き取り抵抗を常に充分に小さくすることができる。
【００３２】
故に、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、連続運転性に優れ、長時間の運転が可能となり、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができるようになる。
【００３３】
更には、樹脂含浸用容器が複数個配置された装置とした場合においても、各容器ごとの強化繊維束の引き取り抵抗を同じにし、強化繊維束の引き取り速度を同じに保つことができ、このため、装置の調整をし直す必要がほとんどない。従って、かかる構成の装置を採用しやすく、その採用により装置としての生産性が向上できる。
【００３４】
なお、ローラの管と軸の間の潤滑性の確保のために潤滑剤を使用することが考えられる。しかし、樹脂浴の温度は樹脂の種類にもよるが通常２００〜３００℃程度であるので、耐熱性の潤滑剤しか使用できず、しかも潤滑剤を使用すると樹脂浴を汚染するため、潤滑剤は使用できない。前記第１発明では、潤滑剤を使用しなくとも、溶融した熱可塑性樹脂によりローラの管と軸の間の潤滑性を確保することができ、換言すれば、溶融した熱可塑性樹脂を潤滑剤として利用しているということができる。
【００３５】
前記ローラの数（樹脂含浸用容器１当たりの数）は限定されるものでなく、１又は２以上とすることができる。
【００３６】
強化用繊維束の走行軌道に交差して該強化用繊維束と接触するローラが配置されていることとは、ローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に交差するとともにローラ面が該強化用繊維束と接触するようにローラが配置されていることである。ローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に交差することとは、ローラの軸中心線と強化用繊維束の走行軌道とが直接交わることを要するものではなく、投影図上でローラの軸中心線と強化用繊維束の走行軌道とが交わることである。
【００３７】
ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されていることとは、大気中において該管が該軸の周りに回転自在であることを要するものではなく、熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に配置されている状態で該管が該軸の周りに回転自在であればよく、このように支持されていることである。
【００３８】
前記ローラの軸は軸受に回転自在に支持されて回転可能であることに限定されるものではなく、軸が固定されている（軸は回転しない）方式を採用することもできる。
【００３９】
後者の軸が固定されている方式（軸固定方式）においても、ローラの管の部分が回転することができ、しかも、溶融した熱可塑性樹脂があたかも潤滑剤のようにローラの軸と管の間に存在し、流動できるので、ローラの管は円滑に回転することができる。このため、強化繊維束の引き取り抵抗を常に充分に小さくすることができる。従って、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、連続運転性に優れ、長時間の運転が可能であり、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができる。
【００４０】
前者の軸が回転可能である方式と後者の軸固定方式とを比較するに、前者の軸回転可能方式の方が連続運転性に優れており、この点からすると前者の軸回転可能方式を採用することが望ましい。
【００４１】
本発明の第２発明（請求項２）に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、前記第１発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置におけるローラの管に貫通孔が設けられていることに特定したものである。このようにローラの管に貫通孔が設けられていると、この貫通孔を介してローラの管と軸の間を溶融した熱可塑性樹脂が自由に流動できる。このため、ローラの管と軸の間の潤滑性を確保しやすく、しかも、ローラの管と軸の間に繊維の毛羽が滞留することがなく、より確実にローラの管を円滑に回転させることができる。ひいては、強化繊維束の引き取り抵抗を常に充分に小さくすることができることの確実性の水準が増す。なお、上記貫通孔の数は特には限定されず、１でもよいし、２以上でもよい。ただし、ローラの管と軸の間の潤滑性の面からすると、上記貫通孔の数は多くすることが望ましい。しかし、ローラの管の強度等の面から貫通孔の数を多くし過ぎないようにすることが望ましい。貫通孔の大きさに特に制限はないが、0.5 ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、更に好ましくは、0.8 ｍｍ〜1.5 ｍｍである。
【００４２】
本発明の第３発明（請求項３に係る発明）は長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法に係わり、それは前記第１発明又は第２発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置を用いて長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法であって、強化用繊維束を熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記第１発明又は第２発明に係るローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法である。この長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法によれば、前記第１発明や第２発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置についての説明事項からわかる如く、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができる。
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
本発明において、強化用繊維としては、連続した繊維束として供給できるものであればよく、その種類としては特には限定されず、連続したガラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維、金属繊維、合成有機繊維の他、非連続の繊維を紡績して糸にした天然植物繊維も用いることができる。強化用繊維は、組み合わせる熱可塑性樹脂との密着性を考慮して、適切な表面処理やサイジング処理をするとよい。
【００５４】
熱可塑性樹脂としては、その種類は特に限定されるものではなく、必要とされる物性値や強化用繊維の耐熱性等を考慮して適宜選択される。例えば、低密度ポリエチレン樹脂（LDPE）、直鎖低密度ポリエチレン樹脂（LLDPE ）、高密度ポリエチレン樹脂（HDPE）やポリプロピレン樹脂の単独、共重合体やブレンド物であるポリオレフィン系樹脂、ポリアミド66、ポリアミド６、ポリアミド12等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（PET)やポリブチレンテレフタレート樹脂（PBT)等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂（ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ABS 樹脂等）、あるいは、ポリ乳酸系などの生分解性樹脂などを挙げることができる。
【００５５】
熱可塑性樹脂には、必要な物性に応じて、タルク、炭酸カルシウム、マイカ等の無機フィラーや分散剤、滑剤（骨剤）、難燃剤、酸化防止剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、カーボンブラック、結晶化促進剤（増核剤）、顔料、染料などの添加剤を添加することができる。
【００５６】
【実施例】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。尚、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置の概要を図１及び２に示す。図１は、上面図である。図２は、図１に示す装置の要部を拡大して示す側断面図である。
【００５８】
上記装置において、樹脂含浸用ローラ（含浸用ローラ）としては、図３に示す軸を図４に示す管（但し貫通穴を設けていないもの）に挿入して構成されたローラであって該管が該軸の周りに回転自在に支持されているローラが用いられている。この樹脂含浸用ローラは、図１及び２に示す如く、熱可塑性樹脂浴容器（クロスヘッド）内に配置されている。即ち、このローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に対して直角に交差すると共に、このローラの管の外周面に強化用繊維束が接触して走行するように、また、このローラの上下を交互にジグザグに強化用繊維束が通るように、これらのローラ（５個）が熱可塑性樹脂浴容器内に配置されている。そして、熱可塑性樹脂浴容器の下流側には樹脂含浸繊維束を引き取る手段（図示していない）が設けられている。なお、上記ローラの軸は軸受に回転自在に支持されて回転可能である。ローラの直径は10ｍｍである。
【００５９】
熱可塑性樹脂としては、下記の如きポリプロピレン系樹脂を用いた。即ち、密度:0.91g/cm3、MER(230 ℃、2.16kgf):60g/10 分、融点(DSC法):165 ℃のホモポリプロピレン樹脂100 質量部に、無水マレイン酸変成ポリプロピレン樹脂〔三洋化成工業社製、商品名「ユーメックス1001」、酸価:26mgKOH/g、密度:0.95g/cm3、分子量:40,000(GPC 法による重量平均分子量）〕５質量部をブレンドした樹脂ペレットを用意した。そして、この樹脂ペレットを270 ℃に加熱して溶融した。
【００６０】
強化用繊維としては、平均直径：17μm のガラス繊維をγ−アミノプロピルトリエトキシシランで表面処理した後、無水マレイン酸変成PPのエマルジョンで処理した1200tex のＥ−ガラス繊維のロービングを用いた。
【００６１】
上記装置を用いて、下記の如き長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を行った。即ち、押出機により270 ℃に溶融したポリプロピレン系樹脂を熱可塑性樹脂浴容器内に導いた。張力をかけたガラス繊維ロービングを引き揃えて束状にして熱可塑性樹脂浴容器内の溶融したポリプロピレン系樹脂中に導入し、樹脂含浸用ローラの管の外周面に接触させて走行させると共にこのローラの上下を交互にジグザグに通した。これにより、ガラス繊維束（ガラス繊維ロービングの束）へのポリプロピレン系樹脂の含浸を行った。そして、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き抜き、長繊維強化熱可塑性樹脂（ポリプロピレン系樹脂）ストランドを得た。更に、このストランドをペレタイザーで８mm長のペレットに切断してペレット化した。
【００６２】
このとき、樹脂含浸繊維束の引き抜き速度は、30ｍ／分とした。そして、トラブルによって装置の運転をストップする（ストランドの製造を中止する）までの連続運転時間を求め、評価した。ただし、120 時間連続運転が可能であった場合は、運転を中断し、連続運転時間としては120 時間以上とした。
【００６３】
（実施例２）
本発明の実施例２においては、樹脂含浸用ローラとして、図３に示す軸を図４に示す管〔貫通孔（貫通穴）を５個設けている〕に挿入して構成されたローラであって該管が該軸の周りに回転自在に支持されているローラを用いた。つまり、ローラを構成する管として、貫通孔を５個有するものを用いた。この点を除き、実施例１の場合と同様の装置を用い、同様の方法による製造、装置の運転を行った。そして、実施例１の場合と同様にして連続運転時間を求め、評価した。尚、上記貫通孔の直径は１ｍｍである。
【００６４】
（比較例１）
比較例１においては、樹脂含浸用ローラとして、図５に示すローラを用いた。つまり、ローラが軸と一体になった構造のものを用いた。この点を除き、実施例１の場合と同様の装置を用い、同様の方法による製造、装置の運転を行った。そして、実施例１の場合と同様にして連続運転時間を求め、評価した。
【００６５】
〔実施例１〜２、比較例１での結果〕
前記実施例１、実施例２及び比較例１の場合の連続運転時間を表１に示す。この表１からわかる如く、比較例１の場合の連続運転時間は26時間である。これに対して、実施例１の場合の連続運転時間は49時間であり、極めて長い。更に、実施例２の場合の連続運転時間は120 時間以上であり、著しく極めて長い。このように、本発明の実施例１の場合は連続運転性に極めて優れており、さらに本発明の実施例２の場合は連続運転性に極めて優れている。
【００６６】
なお、上記の本発明の実施例１では、ロールとして管が軸の周りに回転自在に支持されて回転可能であると共に、軸が軸受に回転自在に支持されて回転可能である方式のものを用いたが、軸固定方式のものを用いた場合、連続運転時間が少し短くなるものの、比較例１の場合よりは連続運転時間が長く、連続運転性に優れていた。本発明の実施例２のロールにおいて軸固定方式とした場合、連続運転時間は120 時間以上であり、連続運転性に極めて優れていた。
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【表１】
【００８２】
【００８３】
【発明の効果】
本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置によれば、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、連続運転性に優れ、長時間の運転が可能となり、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができるようになる。本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法によれば、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置の概要を示す模式図である。
【図２】 本発明の実施例１に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置の要部の概要を示す模式図である。
【図３】 本発明の実施例１に係る樹脂含浸用ローラ用の軸の概要を示す模式図である。
【図４】 本発明の実施例２に係る樹脂含浸用ローラ用の管の概要を示す模式図である。
【図５】 比較例１に係る樹脂含浸用ローラの概要を示す模式図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法に関する技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造技術に関する従来技術としては、例えば、特開平1-263005号公報、特開平6-254853号公報、特開平6-254855号公報、特開平6-254850号公報に記載されたものがある。
【０００３】
上記の特開平1-263005号公報には、含浸ローラが回転自在に配置されていることとしたものが記載されている。特開平6-254853号公報には、ローラを積極的に回転させることとしたものが記載されている。特開平6-254855号公報には、ローラに振動を与えることにより強化用繊維束への樹脂の含浸を促進する方法が記載されている。特開平6-254850号公報には、ローラを加熱することにより強化用繊維束への樹脂の含浸を促進する方法が記載されている。尚、上記含浸ローラやローラはいずれも樹脂含浸用のローラのことであり、樹脂含浸ローラともいわれるものである（以下、これらのローラをローラまたは樹脂含浸ローラという）。
【０００４】
上記公報記載の技術の中、ローラを振動させたり、加熱する方法では、確かに強化用繊維束（以下、強化繊維束ともいう）への樹脂の含浸という点では効果がある。しかし、長期間安定して連続運転するという点で考えると、強化繊維束の引き取り抵抗を充分に小さくできないことから、不充分である。また、局部的にでも高温になることから樹脂の熱劣化にとっても悪影響がある。
【０００５】
長期間安定して高速で製造するという観点からは、強化繊維束の引き取り抵抗を下げることが有効であり、ローラを積極的に回転させることによって強化繊維束の引き取り抵抗を下げようとするものが開示されている（特開平6-254853号公報）。
【０００６】
しかしながら、ローラを積極的に回転させる方法は、強化繊維束の引き取り速度との関係で回転速度を微妙に調整する必要があり、製造の立ち上げやトラブル時の調整に時間がかかる。更に、この調整が上手くいかないと強化繊維束のタルミが生じたり、余分な張力が生じてしまい、特に耐熱性の低い合成有機繊維や非連続の繊維を紡績した天然植物紡績糸などの場合には、安定した連続運転が難しいといった問題点がある。
【０００７】
上記公報記載の技術においてローラとしてはいずれもローラが軸と一体になった構造のものが採用されている。このようにローラが軸と一体になった構造の場合、樹脂浴容器（樹脂含浸用容器）の端にあたる軸受けの所に繊維の毛羽（屑）が溜まりやすく、これが強化繊維束の走行に合わせてローラが回転する際の抵抗になる傾向がある。このため、長時間の運転が難しくなる。更に、樹脂含浸用容器が複数個配置された装置になると、各容器ごとに強化繊維束の引き取り抵抗が異なるといったことが生じ、強化繊維束の引き取り速度を必ずしも同じに保てなくなり、頻繁に装置の調整をし直す必要が生じる。
【０００８】
一方、強化用繊維束へ樹脂を含浸させる際、強化用繊維束に撚りを付与し、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する技術があり、この技術に関する従来技術としては、例えば、特開平5-169445号公報に記載されたものがある。このような撚りを付与する目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの材料特性（柔軟性、耐座屈性等）を向上しようとするものである。
【０００９】
上記公報には、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドに撚りを付与すること等について記載されているが、得られた長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドのペレット化の際の問題点や具体的な装置については何ら触れられていない。
【００１０】
撚りを付与した長繊維強化熱可塑性樹脂ストランド（以下、ストランドともいう）を引き抜きながらオンラインで切断してペレット化しようとした場合、ストランドに回転が付与される（付与された撚りを戻す方向に回転する）ために、ペレタイザー（切断機）の前でストランドが踊る現象が見られ、ペレット長が不揃いになるばかりでなく、ストランドがガイドから外れてペレット化ができなくなるといった状況が起りやすい。
【００１１】
撚りを付与したストランドを一旦ボビンに巻き取ってから、このボビンを繰り出し機にセットしてストランドを引き出し、ペレタイザーで切断してペレット化するという方法をとれば、上記のような問題を避けることができる。しかし、この方法の場合はバッチ処理となり、ボビンの交換時には製造を中断することになり、連続運転性という観点で問題がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情に着目してなされたものであって、その目的は、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、その製造を長時間連続して行うことができ、連続運転性に優れた長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置および製造方法は、請求項１〜２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置、請求項３記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法としており、それは次のような構成としたものである。
【００１４】
即ち、請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に強化用繊維束を導入し、該強化用繊維束に該熱可塑性樹脂を含浸させ、該熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることにより、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する装置であって、前記熱可塑性樹脂浴容器内に、前記強化用繊維束の走行軌道に交差して該強化用繊維束と接触するローラが配置されており、該ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されていることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置である（第１発明）。
【００１５】
請求項２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、前記ローラの管に貫通孔が設けられている請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置である（第２発明）。
【００１６】
請求項３記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法は、請求項１又は２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置を用いて長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法であって、強化用繊維束を熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記ローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法である（第３発明）。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明は例えば次のような形態で実施する。
強化用繊維束に溶融した熱可塑性樹脂を含浸させるための熱可塑性樹脂浴容器と、軸と管から構成されたローラであって該管が該軸の周りに回転自在に支持されているローラとを準備する。次に、このローラを前記熱可塑性樹脂浴容器内に下記のように配置する。即ち、このローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に交差すると共に、このローラの管の外周面に強化用繊維束が接触して走行するように配置する。そして、この熱可塑性樹脂浴容器の下流側に樹脂含浸繊維束を引き取る手段を設ける。そうすると、本発明の第１発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置が得られる。なお、上記ローラの数は１あるいは２以上とする。
【００２２】
このとき、上記ローラの管に貫通孔を設けておくと、本発明の第２発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置が得られる。
【００２３】
上記製造装置を用いて、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造をする。即ち、強化用繊維束を前記熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記ローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取る。そうすると、本発明の第３発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法が実施されることになる。
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
このような形態で本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置が得られ、そして本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法が実施される。
【００２８】
このような形態で本発明が実施される。以下、本発明（第１発明〜第３発明）について主にその作用効果を説明する。
【００２９】
本発明の第１発明（請求項１）に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、前述の如く、熱可塑性樹脂浴容器内に、強化用繊維束の走行軌道に交差して強化用繊維束と接触するローラが配置されており、該ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されている。
【００３０】
従って、このローラはその軸の部分がたとえ回転し難くなったとしても、ローラの管の部分が独立して回転することができ、このため、強化繊維束の引き取り抵抗を何ら変化させることなく、運転することが可能になる。
【００３１】
しかも、溶融した熱可塑性樹脂があたかも潤滑剤のようにローラの軸と管の間に存在し、流動できるので、ローラの管は円滑に回転することができる。このため、強化繊維束の引き取り抵抗を常に充分に小さくすることができる。
【００３２】
故に、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、連続運転性に優れ、長時間の運転が可能となり、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができるようになる。
【００３３】
更には、樹脂含浸用容器が複数個配置された装置とした場合においても、各容器ごとの強化繊維束の引き取り抵抗を同じにし、強化繊維束の引き取り速度を同じに保つことができ、このため、装置の調整をし直す必要がほとんどない。従って、かかる構成の装置を採用しやすく、その採用により装置としての生産性が向上できる。
【００３４】
なお、ローラの管と軸の間の潤滑性の確保のために潤滑剤を使用することが考えられる。しかし、樹脂浴の温度は樹脂の種類にもよるが通常２００〜３００℃程度であるので、耐熱性の潤滑剤しか使用できず、しかも潤滑剤を使用すると樹脂浴を汚染するため、潤滑剤は使用できない。前記第１発明では、潤滑剤を使用しなくとも、溶融した熱可塑性樹脂によりローラの管と軸の間の潤滑性を確保することができ、換言すれば、溶融した熱可塑性樹脂を潤滑剤として利用しているということができる。
【００３５】
前記ローラの数（樹脂含浸用容器１当たりの数）は限定されるものでなく、１又は２以上とすることができる。
【００３６】
強化用繊維束の走行軌道に交差して該強化用繊維束と接触するローラが配置されていることとは、ローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に交差するとともにローラ面が該強化用繊維束と接触するようにローラが配置されていることである。ローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に交差することとは、ローラの軸中心線と強化用繊維束の走行軌道とが直接交わることを要するものではなく、投影図上でローラの軸中心線と強化用繊維束の走行軌道とが交わることである。
【００３７】
ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されていることとは、大気中において該管が該軸の周りに回転自在であることを要するものではなく、熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に配置されている状態で該管が該軸の周りに回転自在であればよく、このように支持されていることである。
【００３８】
前記ローラの軸は軸受に回転自在に支持されて回転可能であることに限定されるものではなく、軸が固定されている（軸は回転しない）方式を採用することもできる。
【００３９】
後者の軸が固定されている方式（軸固定方式）においても、ローラの管の部分が回転することができ、しかも、溶融した熱可塑性樹脂があたかも潤滑剤のようにローラの軸と管の間に存在し、流動できるので、ローラの管は円滑に回転することができる。このため、強化繊維束の引き取り抵抗を常に充分に小さくすることができる。従って、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、連続運転性に優れ、長時間の運転が可能であり、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができる。
【００４０】
前者の軸が回転可能である方式と後者の軸固定方式とを比較するに、前者の軸回転可能方式の方が連続運転性に優れており、この点からすると前者の軸回転可能方式を採用することが望ましい。
【００４１】
本発明の第２発明（請求項２）に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置は、前記第１発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置におけるローラの管に貫通孔が設けられていることに特定したものである。このようにローラの管に貫通孔が設けられていると、この貫通孔を介してローラの管と軸の間を溶融した熱可塑性樹脂が自由に流動できる。このため、ローラの管と軸の間の潤滑性を確保しやすく、しかも、ローラの管と軸の間に繊維の毛羽が滞留することがなく、より確実にローラの管を円滑に回転させることができる。ひいては、強化繊維束の引き取り抵抗を常に充分に小さくすることができることの確実性の水準が増す。なお、上記貫通孔の数は特には限定されず、１でもよいし、２以上でもよい。ただし、ローラの管と軸の間の潤滑性の面からすると、上記貫通孔の数は多くすることが望ましい。しかし、ローラの管の強度等の面から貫通孔の数を多くし過ぎないようにすることが望ましい。貫通孔の大きさに特に制限はないが、0.5 ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、更に好ましくは、0.8 ｍｍ〜1.5 ｍｍである。
【００４２】
本発明の第３発明（請求項３に係る発明）は長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法に係わり、それは前記第１発明又は第２発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置を用いて長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法であって、強化用繊維束を熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記第１発明又は第２発明に係るローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法である。この長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法によれば、前記第１発明や第２発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置についての説明事項からわかる如く、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができる。
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【００４７】
【００４８】
【００４９】
【００５０】
【００５１】
【００５２】
【００５３】
本発明において、強化用繊維としては、連続した繊維束として供給できるものであればよく、その種類としては特には限定されず、連続したガラス繊維、炭素繊維、セラミックス繊維、金属繊維、合成有機繊維の他、非連続の繊維を紡績して糸にした天然植物繊維も用いることができる。強化用繊維は、組み合わせる熱可塑性樹脂との密着性を考慮して、適切な表面処理やサイジング処理をするとよい。
【００５４】
熱可塑性樹脂としては、その種類は特に限定されるものではなく、必要とされる物性値や強化用繊維の耐熱性等を考慮して適宜選択される。例えば、低密度ポリエチレン樹脂（LDPE）、直鎖低密度ポリエチレン樹脂（LLDPE ）、高密度ポリエチレン樹脂（HDPE）やポリプロピレン樹脂の単独、共重合体やブレンド物であるポリオレフィン系樹脂、ポリアミド66、ポリアミド６、ポリアミド12等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（PET)やポリブチレンテレフタレート樹脂（PBT)等のポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂（ポリスチレン樹脂、AS樹脂、ABS 樹脂等）、あるいは、ポリ乳酸系などの生分解性樹脂などを挙げることができる。
【００５５】
熱可塑性樹脂には、必要な物性に応じて、タルク、炭酸カルシウム、マイカ等の無機フィラーや分散剤、滑剤（骨剤）、難燃剤、酸化防止剤、帯電防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、カーボンブラック、結晶化促進剤（増核剤）、顔料、染料などの添加剤を添加することができる。
【００５６】
【実施例】
本発明の実施例および比較例を以下説明する。尚、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００５７】
（実施例１）
本発明の実施例１に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置の概要を図１及び２に示す。図１は、上面図である。図２は、図１に示す装置の要部を拡大して示す側断面図である。
【００５８】
上記装置において、樹脂含浸用ローラ（含浸用ローラ）としては、図３に示す軸を図４に示す管（但し貫通穴を設けていないもの）に挿入して構成されたローラであって該管が該軸の周りに回転自在に支持されているローラが用いられている。この樹脂含浸用ローラは、図１及び２に示す如く、熱可塑性樹脂浴容器（クロスヘッド）内に配置されている。即ち、このローラの軸方向が強化用繊維束の走行軌道に対して直角に交差すると共に、このローラの管の外周面に強化用繊維束が接触して走行するように、また、このローラの上下を交互にジグザグに強化用繊維束が通るように、これらのローラ（５個）が熱可塑性樹脂浴容器内に配置されている。そして、熱可塑性樹脂浴容器の下流側には樹脂含浸繊維束を引き取る手段（図示していない）が設けられている。なお、上記ローラの軸は軸受に回転自在に支持されて回転可能である。ローラの直径は10ｍｍである。
【００５９】
熱可塑性樹脂としては、下記の如きポリプロピレン系樹脂を用いた。即ち、密度:0.91g/cm3、MER(230 ℃、2.16kgf):60g/10 分、融点(DSC法):165 ℃のホモポリプロピレン樹脂100 質量部に、無水マレイン酸変成ポリプロピレン樹脂〔三洋化成工業社製、商品名「ユーメックス1001」、酸価:26mgKOH/g、密度:0.95g/cm3、分子量:40,000(GPC 法による重量平均分子量）〕５質量部をブレンドした樹脂ペレットを用意した。そして、この樹脂ペレットを270 ℃に加熱して溶融した。
【００６０】
強化用繊維としては、平均直径：17μm のガラス繊維をγ−アミノプロピルトリエトキシシランで表面処理した後、無水マレイン酸変成PPのエマルジョンで処理した1200tex のＥ−ガラス繊維のロービングを用いた。
【００６１】
上記装置を用いて、下記の如き長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を行った。即ち、押出機により270 ℃に溶融したポリプロピレン系樹脂を熱可塑性樹脂浴容器内に導いた。張力をかけたガラス繊維ロービングを引き揃えて束状にして熱可塑性樹脂浴容器内の溶融したポリプロピレン系樹脂中に導入し、樹脂含浸用ローラの管の外周面に接触させて走行させると共にこのローラの上下を交互にジグザグに通した。これにより、ガラス繊維束（ガラス繊維ロービングの束）へのポリプロピレン系樹脂の含浸を行った。そして、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き抜き、長繊維強化熱可塑性樹脂（ポリプロピレン系樹脂）ストランドを得た。更に、このストランドをペレタイザーで８mm長のペレットに切断してペレット化した。
【００６２】
このとき、樹脂含浸繊維束の引き抜き速度は、30ｍ／分とした。そして、トラブルによって装置の運転をストップする（ストランドの製造を中止する）までの連続運転時間を求め、評価した。ただし、120 時間連続運転が可能であった場合は、運転を中断し、連続運転時間としては120 時間以上とした。
【００６３】
（実施例２）
本発明の実施例２においては、樹脂含浸用ローラとして、図３に示す軸を図４に示す管〔貫通孔（貫通穴）を５個設けている〕に挿入して構成されたローラであって該管が該軸の周りに回転自在に支持されているローラを用いた。つまり、ローラを構成する管として、貫通孔を５個有するものを用いた。この点を除き、実施例１の場合と同様の装置を用い、同様の方法による製造、装置の運転を行った。そして、実施例１の場合と同様にして連続運転時間を求め、評価した。尚、上記貫通孔の直径は１ｍｍである。
【００６４】
（比較例１）
比較例１においては、樹脂含浸用ローラとして、図５に示すローラを用いた。つまり、ローラが軸と一体になった構造のものを用いた。この点を除き、実施例１の場合と同様の装置を用い、同様の方法による製造、装置の運転を行った。そして、実施例１の場合と同様にして連続運転時間を求め、評価した。
【００６５】
〔実施例１〜２、比較例１での結果〕
前記実施例１、実施例２及び比較例１の場合の連続運転時間を表１に示す。この表１からわかる如く、比較例１の場合の連続運転時間は26時間である。これに対して、実施例１の場合の連続運転時間は49時間であり、極めて長い。更に、実施例２の場合の連続運転時間は120 時間以上であり、著しく極めて長い。このように、本発明の実施例１の場合は連続運転性に極めて優れており、さらに本発明の実施例２の場合は連続運転性に極めて優れている。
【００６６】
なお、上記の本発明の実施例１では、ロールとして管が軸の周りに回転自在に支持されて回転可能であると共に、軸が軸受に回転自在に支持されて回転可能である方式のものを用いたが、軸固定方式のものを用いた場合、連続運転時間が少し短くなるものの、比較例１の場合よりは連続運転時間が長く、連続運転性に優れていた。本発明の実施例２のロールにおいて軸固定方式とした場合、連続運転時間は120 時間以上であり、連続運転性に極めて優れていた。
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【００７８】
【００７９】
【００８０】
【００８１】
【表１】
【００８３】
【発明の効果】
本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置によれば、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造するに際し、連続運転性に優れ、長時間の運転が可能となり、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができるようになる。本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法によれば、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造を長時間連続して行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置の概要を示す模式図である。
【図２】 本発明の実施例１に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置の要部の概要を示す模式図である。
【図３】 本発明の実施例１に係る樹脂含浸用ローラ用の軸の概要を示す模式図である。
【図４】 本発明の実施例２に係る樹脂含浸用ローラ用の管の概要を示す模式図である。
【図５】 比較例１に係る樹脂含浸用ローラの概要を示す模式図である。
Claims (3)
- 熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に強化用繊維束を導入し、該強化用繊維束に該熱可塑性樹脂を含浸させ、該熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることにより、長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する装置であって、前記熱可塑性樹脂浴容器内に、前記強化用繊維束の走行軌道に交差して該強化用繊維束と接触するローラが配置されており、該ローラが軸と管から構成され、該管が該軸の周りに回転自在に支持されていることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置。
- 前記ローラの管に貫通孔が設けられている請求項１記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置。
- 請求項１又は２記載の長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造装置を用いて長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドを製造する方法であって、強化用繊維束を熱可塑性樹脂浴容器内の溶融した熱可塑性樹脂中に導入し、前記ローラの管の外周面に接触させて走行させながら、強化用繊維束に熱可塑性樹脂を含浸させ、熱可塑性樹脂浴容器の出口ノズルから樹脂含浸繊維束を引き取ることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ストランドの製造方法。
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