JPH04208408A - 繊維強化樹脂製品の製造方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は繊維強化樹脂組成物の製造方法及びその製造装
置に関する発明であって、この樹脂組成物は耐クリープ
性、耐衝撃性に優れており、自動車、建材ならびに産業
資材等の分野の部品の原料として有用なものである。

［従来の技術］ 産業資材分野の用途に用いられるプラスチックにおいて
、耐クリープ性、耐衝撃性を要求される際には、繊維強
化プラスチックが用いられ、この製造方法としては、繊
維束をプルトルージョン法で樹脂を被覆する製造法ある
いはマット状繊維に樹脂を含浸する方法が採用されてい
る。

プルトルージョン法により樹脂を被覆するためには、製
造上の制約から製造される製品に装入される繊維束（単
繊維の数百本ないし数千水の繊維の束）をわずかに数個
に分けた小繊維束として使わざるを得ず、繊維が各小繊
維束中の各単繊維に対してまで被覆が充分に行なわれ難
い問題があった。その結果として、強化のための繊維の
マトリックス樹脂中への分散が不均一で樹脂との間の接
着が不充分となり、強化プラスチック全体の剛性や引張
り強度への補強繊維の寄与が低く、強化不足となり易い
欠点があった。

このため、各単繊維間への樹脂の浸透を図るためマトリ
ックスとなる樹脂の分子量を下げ、例えばポリプロピレ
ンではＭＦＲ（２３０’Ｃ）で３０ｇ〜１００ｇ／１０
分、ポリアミドでは２５０’Ｃ３Ｋｇ荷重で４０〜５０
ｇ／１０分の如く溶融粘度を低（して小繊維束中への浸
透性を改良し、不充分ではあるがこの問題の解決を図っ
ている。

しかしながら、マトリックス樹脂の分子量を下げること
は、樹脂の小繊維束への浸透の問題は改善されるとして
もなあ不充分であるだけでなく、製品のクリープ強度及
び耐衝撃強度を著しく低下させ、材料の信頼性を損なう
ことを招いている。

また、後者のマット状繊維に樹脂を含浸する場合にも、
同様にマット状繊維に対する樹脂の浸透を図り、結果と
して補強効果を改善するには、樹脂の分子量を下げる溶
融粘度の低下を必要とし、上記と同様の未解決の問題を
抱えている。

Ｆ発明が解決しようとする課題］ 本発明では、繊維強化プラスチックの耐クリープ性と耐
衝撃性の改善を図るため、各単繊維に対する樹脂の被覆
をより完全にすると共に、従来使われているマトリック
ス樹脂の分子量より高い分子量の材料を用いられるよう
に製造工程を工夫した長繊維含有樹脂組成物の製造方法
及びその製造装置の開発を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、長繊維に熱可塑性樹脂を含浸させるため、溶
融した熱可塑性樹脂と共に長繊維束を同時に押出し、そ
の直後加熱ロールにより樹脂で被覆された繊維束を圧延
することを特徴とする！ＩＩＩ強化熱可塑性樹脂組成物
の製造方法に関するものであり、また長繊維に熱可塑性
樹脂を含浸させるため、溶融した熱可塑性樹脂と共に長
繊維束を同時に押出し、その直後加熱ロールにより樹脂
で被覆された繊維束を圧延し、サイザーにより形状を整
え、所定の長さに切断してペレットあるいは型材とする
ことを特徴とする繊維強化樹脂製品の製造法に関するも
のであり、更に長繊維に熱可塑性樹脂被覆を行なうため
のダイスを設けた押出機、該ダイスに近接して設置した
加熱圧延ロール、サイザー、冷却器、引取機およびカッ
ターの順に直列に構成された繊維強化樹脂組成物の製造
装置に関するものである。

本発明において長繊維束とは、ガラス繊維、炭素繊維、
アラミド繊維、ポリイミド繊維などのモノフィラメント
の数百本ないし数千本からなる束を意味する。

モノフィラメントとしては、補強効果があればよく、限
定されるわけではないがその繊度としては５〜２０ミク
ロン程度が普通に用いられる。

以下、最もポピユラーに使用されるガラス繊維を仕表と
して本発明を説明する。

マトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂としては、繊維
強化の効果は繊維との接着性があれば大抵の樹脂にその
効果があるはずである。一般にはポリプロピレン（以下
、ＰＰという、）、ポリアミド、ポリエステル等の樹脂
が普通に用いられる。長繊維との接着性を高めるため、
長繊維をシランカップリング剤、あるいはシランカップ
リング剤等で前処理するとか、ポリプロピレン中に無水
マレイン酸変性ポリオレフィン樹脂を少量ブレンドした
ものを用いること等の手段を講することも出来る。

なお、製品の用途によっては長繊維と熱可塑性樹脂の特
殊な組み合わせ、例えば軽量で耐食性を必要とする場合
アラミド繊維とエンジニアリングプラスチック等も考え
られるが、この場合は繊維の配向度を乱さない加工温度
の樹脂を組み合わせることが必要となる。

本発明の製造方法では、溶融樹脂含有繊維束がダイスを
出た後で加熱ロールにより圧延され、繊維束の中まで溶
融体が混線すされ含浸するので、従来の単にプルトルー
ジョンダイスの長さ（繊維束供給口からその出口までの
距離）とダイスの径Ｄの比（Ｌ／Ｄ）を著しく短くする
ことができ、生産性、設備設置のスペース等を効率よく
改善できる。本発明においてダイスのＬ／Ｄは１００〜
３００位が好ましく用いることができる。

長繊維束と溶融した樹脂の同時押出は、電線被覆ダイス
またはプルトルージョン法ダイス等のダイスを設けた押
出機を用いると良い。

加熱ロールはダイスに近接して設け、溶融している樹脂
の冷却、同化が避けられる距離に設置する必要がある。

ここで圧延されて、長繊維束中へ樹脂の含浸を更に進め
る。

圧延ロールは加熱されており、材料がＰＰのときＭＦＲ
が４０ｇ／１０分以下の比較的高分子量の場合は１６０
℃から２５０℃程度の範囲内であり、またＭＦＲが４０
〜２００ｇ／１０分位の低分子量の場合では１４０℃〜
１９０℃の範囲のごとく低温で良い。

この加熱ロールの温度は使用するマトリックス樹脂の種
類、特に融点や流れ特性によって適切な温度は変わるも
のであることがいうまでもない。

加熱ロールは固定ロールとフリーロールとの接触による
圧力の指標として線圧で表示することが望ましい。

線圧はニップさせた際に押し付けたフリーロールの重さ
をロールが接触した長さ（ｃｍ）で割った値で、例えば
約３ｍｍの径の小繊維束８束であるときは加圧力が５〜
２０Ｋｇの範囲が望ましい。

このように長繊維束の間へ樹脂の含浸をした後、任意の
断面形状のサイザーを通して型材とすることも出来る。

また、加熱ロール及びサイザーを複数組直列に設け、長
繊維束と溶融樹脂の練り効果を高め、長繊維束中へ樹脂
の含浸の均一性、逆に言えばマトリックス樹脂中への繊
維の分散を高めることができる。

加熱ロールは２本ロール、３本ロール等いずれも使用で
きる。

サイザーを通った長繊維束−溶融樹脂ストランドは冷却
器、例えば冷却水槽を通して冷却し、引取機で引き取り
、ついでカッターで型材又はペレットに対応する任意の
長さに切断される。

［作　用］ 電線被覆ダイスまたはプルトルージョンダイスから押し
出された長繊維束−溶融樹脂ストランドは溶融樹脂が高
粘度融体であるため、たとえプルトルージョン法により
小繊維束に分割供給されていてもマトリックス樹脂中へ
の繊維の分散は不充分である。

本発明ではこの問題を前記ダイスに近接した加熱ロール
を通すことにより練り効果を高め、この分散を大きく改
善したものである。また、加熱ロールとサイザーのセッ
トを複数組直列に設置することによりこの練り効果を更
に高めることができるものである。この場合第１段のサ
イザーは第２段の加熱ロールに供給し、繰り効果が高ま
る形状であればよく、このことは最終段のサイザーがペ
レットあるいは型材に合わせた形状を必要とすることは
別である。

このようにダイスに近接して加熱ロール、サイザー、冷
却器、引取機、カッターを直列に設けた装置を開発する
と共に、この装置を用いることによりマトリックス樹脂
中への繊維の分散を大きく改善したものである。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を具体的に説明する。

（実施例１） 押出機（１）八ＰＰ（ホモポリプロピレン、ＭＦＲ１０
ｇ／１０分）を供給する。樹脂は２５０℃で押出機より
押し出され、Ｌ／Ｄが１００のダイス（３）に送られる
。一方、繊維束供給装置（１０）から直径１３ミクロン
のガラスフィラメント２５００本からなる長繊維の繊維
束８束が供給され、これは小繊維束として前記ダイス（
３）に供給され、同時に溶融樹脂と共に長繊維−溶融樹
脂ストランド（２）として引き出される。

減速付ギヤーモーターで駆動されている固定ロール（５
）、（６）及びフリーロール（４）からなる加熱ロール
は１９０℃に加熱され、フリーロールの線圧は８束の合
計に対し１０Ｋｇｆ／ｃｍに調節されており、この間を
長繊維−溶融樹脂ストランドを通過させて圧延を行なう
、この圧延されたストランドを樹脂の溶融温度以上に加
熱されたサイザー（１１）を通して断面円形のストラン
ドとし、冷却水を満たした冷却水槽（７）を通してスト
ランドの樹脂を冷却硬化し、引取機（８）で６　ｍ　／
　ｍ　ｉ　ｎの速度で引き取り、１３ｍｍの長さにカッ
ター（９）で切断し繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレ
ットを得た。

このペレットを用いてプレス成形し、ＪＩＳＫ　　７１
１３によりサンプルを試験したところ、引張強度は１３
００　Ｋ　ｇｌｃｌ”であった。

（実施例２） ＰＰのＭＦＲを１５ｇ／１０分、加熱ロールの温度を２
１５℃とした以外は実施例１と同じ操作を行なった。

引っ張り強度は１０５０Ｋｇ／ｃ■２であった。

（比較例１） ＭＦＲが６０ｇ／１０分のＰＰを用い、加熱ロールを通
さずにサイザーを通して、引取速度が４　ｍ　／　ｍ　
ｉ　ｎの速度で冷却槽を経てカッターに供給し、実施例
と同じ１３ｍｍの長さのペレットに切断した。

このペレットを実施例１と同様にサンプル調整し、引張
強度を測定したところ、９８０　Ｋ　ｇｌｃｌ２であっ
た。引取速度を５　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎとすると、この
引張強度は６９０　Ｋ　ｇ　／　ｃ■２に低下し、引取
速度の上昇は練り効果に悪影響を及ぼし、生産性を向上
させると、製品の物性の低下が避けられないことが確認
された。

（比較例２） 加熱ロールを通さずに、ダイスより直接にサイザーを通
し、続いて冷却水槽で冷却後ペレットに切断した以外は
すべて実施例１と同一の条件でペレットを製造した。

引張強度を測定すると５００Ｋｇ／ｃ曹２であった。

以上の実施例、比較例から、同一の分子量（ＭＦＲ）の
樹脂であっても練り効果が不充分であると引張強度は半
分以下に低下すること、高分子量の樹脂と低分子量の樹
脂では同一の練り（繊維の分散度）では高分子量の組成
物が物性として優れていること、また低分子量の樹脂の
方が加熱ロールを使用しない従来法では物性値の良い樹
脂組成物が得られること、生産性の向上は物性値の低下
を招くことが判る。

［発明の効果］ 本発明の長繊維強化樹脂組成物の製造法は、ダイスに近
接して加熱ロールを設け、長繊維−溶融樹脂ストランド
を圧延することにより、マトリックス樹脂中に長繊維を
均一に分散することが出来、樹脂組成物の耐クリープ性
、耐衝撃性、引張強度を著しく改善できることをもたら
すことができた。

なお、長繊維束中への溶融樹脂の含浸が従来法の長繊維
−溶融樹脂ストランドに対して反覆施工出来るので、従
来法に比して高分子量の樹脂を使用しても良好な分散が
期待できること、またストランドの引取速度をスピード
アップしても物性の低下がない等価れた方法である。

また、本発明の製造装置は上記の長繊維強化樹脂組成物
製造に適した装置であって、各種の繊維、各種の樹脂か
らなる繊維強化樹脂組成物の製造方法に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は長繊維樹脂被覆装置の一例である。 （１）押出機 （２）長繊維−溶融樹脂ストランド （３）ダイス （４）フリーロール、（５）、（６）固定ロール（７）
冷却水槽、　　　（８）引取機 （９）カッター　　　（ｌＯ）繊維束供給装置（１１）
サイザー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）長繊維に熱可塑性樹脂を含浸させるため、溶融し
   た熱可塑性樹脂と共に長繊維束を引き出しながら両者を
   同時に押出し、その直後加熱ロールにより樹脂で被覆さ
   れた繊維束を圧延することを特徴とする繊維強化熱可塑
   性樹脂組成物の製造方法。
2. （２）長繊維に熱可塑性樹脂を含浸させるため、溶融し
   た熱可塑性樹脂と共に長繊維束を同時に押出し、その直
   後加熱ロールにより樹脂で被覆された繊維束を圧延し、
   サイザーにより形状を整え、所定の長さに切断してペレ
   ットあるいは型材とすることを特徴とする繊維強化樹脂
   製品の製造法。
3. （３）長繊維に熱可塑性樹脂被覆を行なうためのダイス
   を設けた押出機、該ダイスに近接して設置した加熱圧延
   ロール、サイザー、冷却器、引取機およびカッターの順
   に直列に構成された繊維強化樹脂組成物の製造装置。