JP7708382B2 - 引抜き成形装置および繊維強化ポリアミドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、引抜き成形装置および繊維強化ポリアミドの製造方法に関し、特に、ラクタムモノマーを効率良く除去できる引抜き成形装置および繊維強化ポリアミドの製造方法に関する。

繊維材料に含浸させたモノマーを重合することにより、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）を製造する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ガラス繊維に含浸させたε－カプロラクタムを加熱、重合することによって繊維強化ポリアミドを製造する技術が記載されている。ε－カプロラクタム（モノマー）は、重合後のポリアミド（ポリマー）に比べて溶融した時の粘度が低いため、ガラス繊維の繊維間にε－カプロラクタムを効果的に含浸できる。

この種の技術において、重合後の繊維強化ポリアミドに未反応の（重合しきらなかった）ε－カプロラクタムが残存するという課題がある。この課題に対し、水への溶解度が高いというε－カプロラクタムの性質を利用して、ε－カプロラクタムが溶融する程度の温度（例えば、８０℃）で熱水抽出を行う技術が知られている。この熱水抽出は、例えば熱水中に繊維強化ポリアミドを浸漬させることにより、未反応のε－カプロラクタムを繊維強化ポリアミドから抽出（除去）するものである。

特開２０１７－００７２６６号公報（例えば、段落００３１～００３５、図１）

しかしながら、上述した従来の熱水抽出では、十分な量のε－カプロラクタムを除去するためには長時間（例えば、厚みが０．６ｍｍの繊維強化ポリアミドであれば７２時間程度）を要する。即ち、ε－カプロラクタムなどのラクタムモノマーを繊維強化ポリアミドから効率良く除去できないという問題点があった。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、ラクタムモノマーを効率良く除去できる引抜き成形装置および繊維強化ポリアミドの製造方法を提供することを目的としている。

この目的を達成するために本発明の引抜き成形装置は、繊維強化ポリアミドを引抜き成形によって製造するものであり、繊維材料にラクタムモノマーを含浸させる含浸部と、前記含浸部で前記繊維材料に含浸させた前記ラクタムモノマーを重合して繊維強化ポリアミドを得る重合部と、前記重合部で得られた前記繊維強化ポリアミドを開放系で加熱して未反応の前記ラクタムモノマーを気化させる加熱部と、を備え、前記加熱部は、空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で前記繊維強化ポリアミドを加熱する空間が内部に形成される加熱炉を備え、前記加熱炉は、前記加熱炉の内部に低酸素濃度の気体を供給する供給口と、その供給口から前記加熱炉の内部に供給された前記低酸素濃度の気体を前記加熱炉の外部に排気する排気口と、を備え、前記加熱炉では、前記繊維強化ポリアミドのポリアミドが溶融する温度であって２９０℃以下の温度で前記繊維強化ポリアミドを加熱すると共に、前記繊維強化ポリアミドから気化した未反応の前記ラクタムモノマーを前記排気口から排気する。

本発明の繊維強化ポリアミドの製造方法は、繊維材料にラクタムモノマーを含浸させる含浸工程と、前記含浸工程で前記繊維材料に含浸させた前記ラクタムモノマーを重合して繊維強化ポリアミドを得る重合工程と、前記重合工程で得られた前記繊維強化ポリアミドを開放系で加熱して未反応の前記ラクタムモノマーを気化させる加熱工程と、を備え、前記加熱工程では、空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で前記繊維強化ポリアミドを加熱する空間が内部に形成される加熱炉が用いられ、前記加熱炉は、前記加熱炉の内部に低酸素濃度の気体を供給する供給口と、その供給口から前記加熱炉の内部に供給された前記低酸素濃度の気体を前記加熱炉の外部に排気する排気口と、を備え、前記加熱炉では、前記繊維強化ポリアミドのポリアミドが溶融する温度であって２９０℃以下の温度で前記繊維強化ポリアミドを加熱すると共に、前記繊維強化ポリアミドから気化した未反応の前記ラクタムモノマーを前記排気口から排気する。

請求項１記載の引抜き成形装置および請求項７記載の繊維強化ポリアミドの製造方法によれば、開放系で繊維強化ポリアミドを加熱するので、未反応のラクタムモノマーを繊維強化ポリアミドから気化させ易くできる。これにより、繊維強化ポリアミドからラクタムモノマーを効率良く除去できるという効果がある。

また、請求項１記載の引抜き成形装置および請求項７記載の繊維強化ポリアミドの製造方法によれば、次の効果を奏する。加熱部は、繊維強化ポリアミドのポリアミドが溶融する温度で加熱するので、例えばポリアミドが軟化する程度に加熱する場合に比べてラクタムモノマーをより効率良く除去できる。これは、ポリアミドが溶融することでポリアミド分子の分子運動が活発化し、未反応のラクタムモノマーの拡散速度が高くなるためだと考えられる。一方、加熱部は、２９０℃以下の温度で繊維強化ポリアミドを加熱するので、繊維強化ポリアミドの粘度低下による変形や、酸化による劣化を抑制できるという効果がある。

また、請求項１記載の引抜き成形装置および請求項７記載の繊維強化ポリアミドの製造方法によれば、次の効果を奏する。加熱部は、空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で繊維強化ポリアミドを加熱するので、加熱による繊維強化ポリアミドの酸化を抑制できる。即ち、ポリアミドが溶融するような高温で加熱を行っても、繊維強化ポリアミドの酸化による劣化を抑制できるという効果がある。

また、請求項１記載の引抜き成形装置および請求項７記載の繊維強化ポリアミドの製造方法によれば、次の効果を奏する。加熱部は、繊維強化ポリアミドを加熱する空間が内部に形成される加熱炉を備え、加熱炉は、その内部に低酸素濃度の気体を供給する供給口を備えるので、加熱炉内に低酸素濃度の雰囲気を形成できる。供給口から加熱炉の内部に供給された低酸素濃度の気体が排気口から排気されるので、繊維強化ポリアミドから気化した未反応のラクタムモノマーを低酸素濃度の気体と共に排気口から排気できる。これにより、加熱炉内のラクタムモノマーの濃度が上昇することを抑制できるので、繊維強化ポリアミドからラクタムモノマーを効率良く除去できるという効果がある。

請求項２記載の引抜き成形装置によれば、請求項１記載の引抜き成形装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。低酸素濃度の気体は、過熱水蒸気であるので、例えば加熱された不活性ガスを用いる場合に比べ、繊維強化ポリアミドが内部まで加熱され易くなる。これにより、繊維強化ポリアミドの表面だけでなく、内部に残存する未反応のラクタムモノマーも効率良く除去できるという効果がある。

請求項３記載の引抜き成形装置によれば、請求項１又は２に記載の引抜き成形装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。排気口から排気されるラクタムモノマーを冷却し、その冷却によって液化したラクタムモノマーを回収する回収部を備えるので、加熱部で気化したラクタムモノマーが引抜き成形装置の外部に流出することを抑制できる。よって、引抜き成形装置の周囲の環境がラクタムモノマーで汚染されることを抑制できるという効果がある。

請求項４記載の引抜き成形装置によれば、請求項１から３のいずれかに記載の引抜き成形装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。重合部は、ラクタムモノマーを重合して０．５ｍｍ以下の厚みの繊維強化ポリアミドを得るので、繊維強化ポリアミドが内部まで加熱され易くなる。これにより、未反応のラクタムモノマーが繊維強化ポリアミドから除去され易くなる。一方、重合部は、ラクタムモノマーを重合して０．１ｍｍ以上の厚みの繊維強化ポリアミドを得るので、繊維強化ポリアミドの成形時に割れや変形が生じることを抑制できる。よって、繊維強化ポリアミドを所望の形状に容易に成形できるという効果がある。

請求項５記載の引抜き成形装置によれば、請求項４記載の引抜き成形装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。加熱部で加熱された繊維強化ポリアミドを冷却する冷却部と、その冷却部で冷却された繊維強化ポリアミドを引抜く引抜き部と、を備えるので、加熱部での加熱で軟化または溶融した繊維強化ポリアミドが引抜き部で引抜かれている（張力が付与されている）状態で、冷却部によって繊維強化ポリアミドを冷却できる。これにより、繊維強化ポリアミドの厚みが０．５ｍｍ以下の薄肉のものであっても、冷却後の繊維強化ポリアミドに反りなどの変形が生じることを抑制できる。よって、繊維強化ポリアミドを所望の形状に容易に成形できるという効果がある。

請求項６記載の引抜き成形装置によれば、請求項５記載の引抜き成形装置の奏する効果に加え、次の効果を奏する。繊維強化ポリアミドには、体積含有率で５０％以上の繊維材料が含有されるので、軟化または溶融したポリアミドの形状が繊維材料によって保持され易くなる。これにより、軟化または溶融状態の繊維強化ポリアミドが変形することを抑制できる。また、繊維強化ポリアミドには、体積含有率で７５％以下の繊維材料が含有されるので、含浸部においてラクタムモノマーを繊維間に均一に含浸させることができる。よって、繊維強化ポリアミドを所望の形状に容易に成形できるという効果がある。

本発明の一実施形態における引抜き成形装置の概要を示す模式図である。 加熱部および回収部を模式的に示した斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、引抜き成形装置１の全体構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態における引抜き成形装置１の概要を示す模式図である。

図１に示すように、引抜き成形装置１は、ε－カプロラクタムを含む成形材料Ｃを含浸部１０で繊維材料Ｆ（本実施形態では、炭素繊維）に含浸させ、その繊維材料Ｆに含浸した成形材料Ｃを重合部２０で重合させる引抜装置（繊維強化ポリアミド製造装置）である。重合部２０での重合によって得られた繊維強化ポリアミドＰは、加熱部３０（ラクタムモノマーを除去する除去部）での加熱を経て冷却部４０で冷却される。この冷却部４０での冷却までの一連の工程は、引抜き部５０で繊維強化ポリアミドＰが引抜かれながら連続的に行われる。引抜き部５０で引抜かれた繊維強化ポリアミドＰを、図示しないスリッターやロータリーカッター６０で切断することにより、短冊状のプリプレグＰｒが製造される。

スプールＳに巻き付けられた繊維材料Ｆは、引抜き部５０での引抜きによって含浸部１０に引き込まれる。含浸部１０は、繊維材料Ｆに含浸させるための材料を混合する混合タンク１１，１２と、それらの混合タンク１１，１２から供給される混合液を更に混合して成形材料Ｃとする混合部１３と、その混合部１３で混合された成形材料Ｃが供給される含浸槽１４と、を備えている。

混合タンク１１は、加熱溶融させたε－カプロラクタムと活性剤（本実施形態では、ヘキサメチレンジイソシアネート）とを混合するタンクであり、混合タンク１２は、加熱溶融させたε－カプロラクタムと重合触媒（本実施形態では、ε－カプロラクタム・ナトリウム塩）とを混合するタンクである。

これらの混合タンク１１，１２で混合された混合液は、混合部１３で更に混合されて成形材料Ｃとなり、この成形材料Ｃは、図示しないポンプによって含浸槽１４に送液される。含浸槽１４に貯留された成形材料Ｃに繊維材料Ｆが引き込まれることにより、ε－カプロラクタムを含む成形材料Ｃが繊維材料Ｆに含浸させられる（含浸工程）。

成形材料Ｃ（ε－カプロラクタム）が含浸した繊維材料Ｆは、重合部２０に引き込まれる。重合部２０は、繊維材料Ｆに含浸した成形材料Ｃを重合させる金型を備えている。なお、この重合用の金型は、公知の構成を採用可能であるので詳細な説明を省略するが、公知の構成としては特開平０７－０９６５５３号公報、特開２００８－００５５７２号公報、及び、特開２０１０－２５３７３３号公報などに記載される金型が例示される。

重合部２０の金型には加熱手段（例えば、ヒータ）が設けられており、この加熱手段による所定温度（例えば、１３０～２００℃）での加熱により、繊維材料Ｆに含浸した成形材料Ｃが重合を開始する（重合工程）。

なお、含浸部１０及び重合部２０は、図示しない筐体で覆われており、この筐体には、不活性ガス（例えば、乾燥窒素ガス）を供給・排出するための供給口および排出口が設けられている。よって、含浸部１０における成形材料Ｃの含浸や、重合部２０における成形材料Ｃの重合は、不活性ガスの雰囲気下（又は真空中）で行われる。

繊維材料Ｆに含浸した成形材料Ｃ（ε－カプロラクタム）を重合部２０で重合することにより、繊維材料Ｆで強化されたポリアミド（ナイロン６）、即ち、繊維強化ポリアミドＰが得られる。繊維強化ポリアミドＰには、重合部２０で重合しきらなかった未反応のε－カプロラクタムが残存する。本実施形態では、この未反応のε－カプロラクタムが加熱部３０で除去され、回収部７０で回収されるが、これらの加熱部３０及び回収部７０の詳細構成について、図２を参照して説明する。図２は、加熱部３０及び回収部７０を模式的に示した斜視図である。

図２に示すように、繊維強化ポリアミドＰを加熱するための加熱部３０は、直方体状の加熱炉３１を備えている。加熱炉３１の上流側（図２の左側）および下流側（図２の右側）の各々の端面には、シート状の繊維強化ポリアミドＰの幅方向に延びる開口３２が形成される。

開口３２は、繊維強化ポリアミドＰの断面形状に対応する形状に形成されている。即ち、開口３２は、繊維強化ポリアミドＰの断面積よりも僅かに大きい（例えば、繊維強化ポリアミドＰとの間の隙間が１０ｍｍ以下となる）開口面積で開口しており、この開口３２を通して繊維強化ポリアミドＰが加熱炉３１内を連続的に通過する。なお、本実施形態では、繊維強化ポリアミドＰがシート状である場合を例示しているが、例えば複数本の帯状や棒状の繊維強化ポリアミドＰを引抜き成形する場合には、それらの帯状や棒状の断面形状に対応した複数個の開口３２を加熱炉３１に形成すれば良い。

加熱炉３１の上流側および下流側の端面には、加熱炉３１の内部を外部に繋ぐ供給口３３及び排気口３４が形成される。供給口３３は、図示しない過熱水蒸気発生装置に供給管３５を介して接続され、排気口３４は、後述する回収部７０に排気管３６を介して接続される。よって、供給口３３から供給される過熱水蒸気は、加熱炉３１内を加熱しつつ排気口３４から排気される。この過熱水蒸気により、加熱炉３１の内部の温度は繊維強化ポリアミドＰ（ポリアミド）が溶融する程度の温度に加熱される。

繊維強化ポリアミドＰ（ポリアミド）が溶融する温度（融点）は約２２５℃であり、この温度は、ε－カプロラクタムの融点（約７０℃）を超える温度である。そして、加熱炉３１では、重合部２０のように重合金型に繊維強化ポリアミドＰが接触しながら（閉鎖系で）加熱されるのではなく、加熱炉３１の内部空間を通過する形で（他の部材に非接触の開放系で）繊維強化ポリアミドＰが加熱される（加熱工程）。このように、重合部２０での重合（加熱）の後、加熱炉３１で再度加熱することにより、未反応のε－カプロラクタムを繊維強化ポリアミドＰから気化（蒸発）させ易くできる。よって、例えば従来のような熱水抽出に比べ、繊維強化ポリアミドＰからε－カプロラクタムを短時間で効率良く除去できる。

なお、加熱炉３１内の温度は、繊維強化ポリアミドＰの温度が少なくともε－カプロラクタムの融点を超えるように設定すれば良いが、この温度は、繊維強化ポリアミドＰが軟化する温度（例えば、２００℃以上）に設定することが好ましく、繊維強化ポリアミドＰが溶融する温度（例えば、２６０℃以上）に設定することがより好ましい。これは、繊維強化ポリアミドＰの温度が上昇する（軟化または溶融する）につれてポリアミド分子の分子運動が活発化し、未反応のε－カプロラクタムの拡散速度が高くなる（気化し易くなる）ことが期待できるためである。更に、繊維強化ポリアミドＰの温度がε－カプロラクタム（ラクタムモノマー）の沸点を超えるように（例えば、ε－カプロラクタムであれば、２７０℃以上）に設定することが最も好ましい。これにより、未反応のε－カプロラクタムが繊維強化ポリアミドＰから気化し易くなる。

この一方で、繊維強化ポリアミドＰの温度が上昇し、例えば２９０℃を超えるとポリアミドの粘度が低下して変形し易くなる。また、本実施形態のように過熱水蒸気で加熱を行う場合には繊維強化ポリアミドＰが酸化し難いため問題はないが、例えば空気中（酸素を含む雰囲気）で加熱を行う場合には、２９０℃を超えると酸化によって繊維強化ポリアミドＰが劣化し易くなる。よって、加熱炉３１では、繊維強化ポリアミドＰが２９０℃以下となる温度で加熱することが好ましい。これにより、繊維強化ポリアミドＰの粘度低下による変形や、酸化による劣化を抑制できる。

即ち、加熱炉３１では、繊維強化ポリアミドＰが溶融する温度以上であって２９０℃以下となる温度で加熱を行うことが好ましい。これにより、繊維強化ポリアミドＰから未反応のε－カプロラクタムを効率良く除去しつつ、繊維強化ポリアミドＰの粘度低下による変形や酸化による劣化を抑制できる。

このように、繊維強化ポリアミドＰは、酸素を含む雰囲気での加熱では酸化劣化するため、本実施形態では、過熱水蒸気の気流下での加熱を採用している。これにより、空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で繊維強化ポリアミドＰを加熱できる。よって、融点以上の高温で繊維強化ポリアミドＰを加熱する場合であっても、繊維強化ポリアミドＰの酸化による劣化を効果的に抑制できる。

ここで、本実施形態のように、加熱炉３１を連続的に通過する繊維強化ポリアミドＰを加熱する場合、繊維強化ポリアミドＰから気化したε－カプロラクタムが加熱炉３１内に充満する。これによって加熱炉３１内のε－カプロラクタムの濃度が上昇すると、繊維強化ポリアミドＰからε－カプロラクタムが気化し難くなる（所定の濃度を超えるとε－カプロラクタムが気化しなくなる）。

これに対して本実施形態の加熱炉３１は、その内部に過熱水蒸気を供給する供給口３３と、その供給口３３から供給された過熱水蒸気を加熱炉３１の外部に排気する排気口３４と、を備えるので、繊維強化ポリアミドＰから気化した未反応のε－カプロラクタムを過熱水蒸気と共に排気口３４から排気できる。これにより、加熱炉３１内のε－カプロラクタムの濃度が上昇することを抑制しつつ、加熱炉３１を連続的に通過する繊維強化ポリアミドＰからε－カプロラクタムをより効率良く除去できる。

また、過熱水蒸気で繊維強化ポリアミドＰを加熱することにより、例えば加熱された窒素ガスを加熱炉３１内に供給して加熱する場合に比べ、繊維強化ポリアミドＰが内部まで加熱され易くなる。よって、繊維強化ポリアミドＰからε－カプロラクタムをより効率良く除去できる。更に、加熱後の乾燥が早い点からも、過熱水蒸気による加熱が好ましい。

更に、繊維強化ポリアミドＰを過熱水蒸気で加熱することにより、例えば加熱された不活性ガス（例えば、窒素ガス）を用いる場合に比べ、繊維強化ポリアミドＰが内部まで加熱され易くなる。これにより、繊維強化ポリアミドＰの表面だけでなく、内部に残存する未反応のε－カプロラクタムも効率良く除去できる。

なお、本実施形態では、加熱炉３１内への過熱水蒸気の供給圧を利用して排気口３４からε－カプロラクタム（過熱水蒸気）を排気しているが、吸引ポンプなどを利用して排気口３４からε－カプロラクタムを吸引する構成でも良い。この構成によれば、開口３２からε－カプロラクタムが外部に流出することを抑制できる。

排気口３４から排気されたε－カプロラクタム（過熱水蒸気）は、排気管３６を通して回収部７０に供給される。回収部７０は、上端が閉塞される筒状（即ち下端部のみが開放する）ホッパーである。回収部７０は、排気管３６が接続される大径部７１と、その大径部７１の下端部から下方に延びるテーパ部７２と、そのテーパ部７２の下端から下方に延びる小径部７３と、から構成される。大径部７１及び小径部７３は共に筒状であり、テーパ部７２は大径部７１から小径部７３にかけて徐々に縮径している。

排気管３６から大径部７１に供給されるε－カプロラクタム（過熱水蒸気）は、大径部７１での冷却によって液化する。液化したε－カプロラクタムはテーパ部７２に沿って小径部７３側に滴下するため、小径部７３の下端部の開口から液状のε－カプロラクタム（水溶液）を回収できる。これにより、加熱炉３１で気化したε－カプロラクタムを回収部７０で回収できるので、引抜き成形装置１の周囲の環境がε－カプロラクタムで汚染されることを抑制できる。

加熱炉３１での加熱によってε－カプロラクタムが除去された繊維強化ポリアミドＰは、冷却部４０（図１参照）で冷却される。本実施形態では、冷却部４０での冷却は自然冷却であるが、公知の冷却機構（例えば、冷却ローラや、加熱炉３１のような流体での冷却を行うチャンバ）を使用しても良い。冷却部４０での冷却によって繊維強化ポリアミドＰ（ポリアミド）が固化し、ε－カプロラクタムが除去された繊維強化ポリアミドＰが得られる。

ここで、加熱炉３１での加熱によってε－カプロラクタムを除去する場合、繊維強化ポリアミドＰの内部まで迅速に加熱を行うために繊維強化ポリアミドＰの厚みが極力薄い方が良い。この一方で、繊維強化ポリアミドＰが薄すぎると、重合部２０で所望の形状（帯状）に成形（重合）することが困難になるため、重合部２０では、繊維強化ポリアミドＰを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚みで重合することが好ましい。これにより、繊維強化ポリアミドＰを内部まで加熱し易くしつつ、重合部２０における繊維強化ポリアミドＰの成形性を確保できる。

また、本実施形態では、重合部２０で重合された繊維強化ポリアミドＰをシート状のまま加熱炉３１で加熱しているが、例えばロータリーカッター６０（図１参照）で切断された短冊状のプリプレグＰｒを加熱する構成でも良い。しかしながら、そのような構成では、本実施形態のようにプリプレグＰｒが０．５ｍｍ以下の薄肉のものであると、加熱して冷却されるまでの間に反りなどの変形が生じ易くなる。更に、プリプレグＰｒを加熱する場合、例えば連続加熱を行う際にはコンベアに置く必要があるため、ポリアミドを溶融させるような加熱は実質的に不可能である。

これに対して本実施形態では、加熱炉３１で加熱された繊維強化ポリアミドＰを冷却部４０（図１参照）で冷却し、その冷却部４０で冷却された繊維強化ポリアミドＰを引抜き部５０で引抜く構成である。つまり、引抜き部５０の引抜きによって繊維強化ポリアミドＰに張力が付与された状態で、加熱炉３１での加熱と冷却部４０での冷却とを行う構成であるため、繊維強化ポリアミドＰの厚みが０．５ｍｍ以下の薄肉のものであっても、冷却後の繊維強化ポリアミドＰ（プリプレグＰｒ）に反りなどの変形が生じることを抑制できる。よって、繊維強化ポリアミドＰ（プリプレグＰｒ）を所望の形状に容易に成形できる。

更に、引抜き部５０によって引抜かれている（繊維強化ポリアミドＰに張力が付与されている）間に加熱を行う構成であるため、切断後のプリプレグＰｒを加熱する場合とは異なり、繊維強化ポリアミドＰを浮かせた状態で加熱を行うことができる。つまり、繊維強化ポリアミドＰをコンベア等に載置することなく、他の部材と非接触の状態で加熱できるので、繊維強化ポリアミドＰが溶融するまで加熱できる。これにより、ε－カプロラクタムが気化し易くなるので、繊維強化ポリアミドＰからε－カプロラクタムを効率良く除去できる。

また、繊維強化ポリアミドＰには、体積含有率で５０％以上（本実施形態では、６０％）の繊維材料Ｆが含有されるので、ポリアミドが溶融するまで加熱しても、繊維強化ポリアミドＰの形状が繊維材料Ｆによって保持され易くなる。つまり、溶融したポリアミドが繊維材料Ｆの繊維間から流れ落ちることを抑制できるので、繊維強化ポリアミドＰが変形することを抑制できる。また、体積含有率で７５％以下の繊維材料Ｆを繊維強化ポリアミドＰに含有させることにより、含浸部１０（図１参照）において、繊維間に成形材料Ｃ（ε－カプロラクタム）を均一に含浸させることができる。よって、繊維強化ポリアミドＰを所望の形状に容易に成形できる。

以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施形態では、繊維材料Ｆの一例として炭素繊維を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、繊維材料Ｆは、ガラス繊維、金属繊維、アラミド繊維、炭化珪素繊維など、公知の繊維材料を使用できるし、それらの公知の繊維材料を組み合わせても良い。

上記実施形態では、ラクタムモノマーの一例としてε－カプロラクタムを例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。ラクタムモノマーの他の例としては、γ－ブチロラクタム、δ－バレロラクタム、ω－ラウロラクタム、ω－デカノラクタム、ω－ウンデカンラクタムなどが例示される。即ち、ラクタムモノマーは、これら例示したものに限定されるものではなく、重合によってポリアミドが得られるラクタムモノマーであれば、上記実施形態の技術思想を適用できる。

上記実施形態では、ε－カプロラクタム（成形材料Ｃ）に混合する活性剤としてヘキサメチレンジイソシアネートを例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、ε－カプロラクタム（成形材料Ｃ）に混合する活性剤は、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソシアネート及びブロックトイソシアネート、イソフタロイルビスカプロラクタム、テトラフタロイルビス－カプロラクタム、ジメチルフタレート－ポリエチレングリコールのようなエステル、ビス酸塩化物と組合せたポリオール又はポリジエンのプレポリマー、ホスゲンをカプロラクタムと反応させて得たカルボニルビスカプロラクタムなど、公知の活性剤を使用できる。

上記実施形態では、ε－カプロラクタム（成形材料Ｃ）に混合する重合触媒としてε‐カプロラクタム・ナトリウム塩を例示したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、ε－カプロラクタム（成形材料Ｃ）に混合する重合触媒は、ナトリウムカプロラクタメート、カリウムカプロラクタメート及びリチウムカプロラクタメート、臭化マグネシウムを付加したアルミニウム又はマグネシウムカプロラクタム、アルコキシドなど、公知の重合触媒を使用できる。

上記実施形態では、加熱炉３１に過熱水蒸気を供給することで（過熱水蒸気の気流下で）繊維強化ポリアミドＰを加熱する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、加熱された不活性ガス（窒素ガスやアルゴンガス）又は他の低酸素濃度の気体（酸素濃度が２０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、１５ｖｏｌ％以下であることがより好ましい）の雰囲気や、真空中で繊維強化ポリアミドＰを加熱しても良い。即ち、少なくとも空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で繊維強化ポリアミドＰを加熱することが好ましいが、酸素を含む雰囲気（例えば、空気中）で加熱しても良い。

上記実施形態では、加熱炉３１の供給口３３から過熱水蒸気を供給して排気口３４から排気する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、供給口３３及び排気口３４を省略し、過熱水蒸気を上流側の開口３２から供給して下流側の開口３２から排気しても良い。

また、繊維強化ポリアミドＰの加熱は、加熱炉３１のような繊維強化ポリアミドＰを取り囲む炉内ではなく、例えば繊維強化ポリアミドＰの上面、下面、及び、側面のいずれか（又は複数面）をヒータや加熱流体で加熱し、それ以外の面を開放させる構成でも良い。

また、繊維強化ポリアミドＰを引抜き部５０よりも前の工程で加熱を行うのではなく、繊維強化ポリアミドＰを切断してプリプレグＰｒの状態にしてから加熱を行っても良い。プリプレグＰｒを加熱する場合、スチールベルトを有するコンベアを用いて連続的に加熱する構成や、工業用のオーブンなどでバッチ式に加熱する構成が例示される（これらの構成による加熱も、プリプレグＰｒの少なくとも一部が他の部材と非接触となる「開放系」での加熱と定義できる）。いずれの構成においても、上記実施形態のように低酸素濃度の雰囲気で加熱する構成や、気化したε－カプロラクタムを排気する構成が好ましい。

上記実施形態では、排気口３４から排気されるε－カプロラクタムを回収部７０で冷却・液化して回収する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、ε－カプロラクタムを固化させて回収する構成でも良いし、回収部７０を省略する構成でも良い。

上記実施形態では、繊維強化ポリアミドＰを０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚みで重合する場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、０．１ｍｍ未満または０．５ｍｍを超える厚みで繊維強化ポリアミドＰを重合しても良い。

上記実施形態では、繊維強化ポリアミドＰに体積含有率で５０％以上７５％以下の繊維材料Ｆが含有される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、５０％以上未満または７５％を超える体積含有率で繊維材料Ｆを繊維強化ポリアミドＰに含有させても良い。

１ 引抜き成形装置
１０ 含浸部
２０ 重合部
３０ 加熱部
３１ 加熱炉
３３ 供給口
３４ 排気口
４０ 冷却部
５０ 引抜き部
７０ 回収部
Ｆ 繊維材料
Ｐ 繊維強化ポリアミド

Claims (7)

1. 繊維強化ポリアミドを引抜き成形によって製造する引抜き成形装置において、
   繊維材料にラクタムモノマーを含浸させる含浸部と、
   前記含浸部で前記繊維材料に含浸させた前記ラクタムモノマーを重合して繊維強化ポリアミドを得る重合部と、
   前記重合部で得られた前記繊維強化ポリアミドを開放系で加熱して未反応の前記ラクタムモノマーを気化させる加熱部と、を備え、
   前記加熱部は、空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で前記繊維強化ポリアミドを加熱する空間が内部に形成される加熱炉を備え、
   前記加熱炉は、前記加熱炉の内部に低酸素濃度の気体を供給する供給口と、その供給口から前記加熱炉の内部に供給された前記低酸素濃度の気体を前記加熱炉の外部に排気する排気口と、を備え、
   前記加熱炉では、前記繊維強化ポリアミドのポリアミドが溶融する温度であって２９０℃以下の温度で前記繊維強化ポリアミドを加熱すると共に、前記繊維強化ポリアミドから気化した未反応の前記ラクタムモノマーを前記排気口から排気することを特徴とする引抜き成形装置。
2. 前記低酸素濃度の気体は、過熱水蒸気であることを特徴とする請求項１記載の引抜き成形装置。
3. 前記排気口から排気される前記ラクタムモノマーを冷却し、その冷却によって液化した前記ラクタムモノマーを回収する回収部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の引抜き成形装置。
4. 前記重合部は、前記ラクタムモノマーを重合して０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の厚みの前記繊維強化ポリアミドを得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の引抜き成形装置。
5. 前記加熱部で加熱された前記繊維強化ポリアミドを冷却する冷却部と、その冷却部で冷却された前記繊維強化ポリアミドを引抜く引抜き部と、を備えることを特徴とする請求項４記載の引抜き成形装置。
6. 前記繊維強化ポリアミドには、体積含有率で５０％以上７５％以下の前記繊維材料が含有されることを特徴とする請求項５記載の引抜き成形装置。
7. 繊維材料にラクタムモノマーを含浸させる含浸工程と、
   前記含浸工程で前記繊維材料に含浸させた前記ラクタムモノマーを重合して繊維強化ポリアミドを得る重合工程と、
   前記重合工程で得られた前記繊維強化ポリアミドを開放系で加熱して未反応の前記ラクタムモノマーを気化させる加熱工程と、を備え、
   前記加熱工程では、空気よりも酸素濃度が低い低酸素濃度の雰囲気で前記繊維強化ポリアミドを加熱する空間が内部に形成される加熱炉が用いられ、
   前記加熱炉は、前記加熱炉の内部に低酸素濃度の気体を供給する供給口と、その供給口から前記加熱炉の内部に供給された前記低酸素濃度の気体を前記加熱炉の外部に排気する排気口と、を備え、
   前記加熱炉では、前記繊維強化ポリアミドのポリアミドが溶融する温度であって２９０℃以下の温度で前記繊維強化ポリアミドを加熱すると共に、前記繊維強化ポリアミドから気化した未反応の前記ラクタムモノマーを前記排気口から排気することを特徴とする繊維強化ポリアミドの製造方法。