JPH06254855A - 長繊維強化合成樹脂ストランドの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 長繊維強化合成樹脂ストランドを製造するに
当たり、樹脂と長繊維の含浸性を高めて外観及び物性の
良好な成形品を製造するに適した上記ストランドを製造
する方法を提供する。 【構成】 樹脂含浸を行なうための含浸ヘッド及び／又
は開繊・含浸用ロールを振動させるか、或は溶融樹脂自
体を振動させることにより、樹脂の含浸性を高める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は長繊維で強化されたスト
ランド状合成樹脂材料を効率良く製造する方法に関する
ものである。上記ストランド状材料はこれをそのまま利
用することも可能であるが、使用目的に合わせて任意長
さに切断して利用することもできる。後者の一例として
は射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形等の原料として使
用されるペレット状材料を挙げることができ、この場合
は数ｍｍから十数ｍｍの長さに切断して使用するのが一
般的である。本明細書では前者を長繊維強化合成樹脂ス
トランド（以下単に長繊維ストランドと言うこともあ
る）、また後者を長繊維強化合成樹脂ペレット（以下単
に長繊維ペレットと言うこともある）として区分する。

【０００２】

【従来の技術】繊維強化樹脂材料を例えば射出成形して
希望形状の成形品を製造したい場合は、合成樹脂中に強
化繊維を含有させてなるペレット状原料が使用される。
この様なペレット状原料中に含まれる強化繊維は一般に
短繊維であるが、近年長繊維を一方向に揃えた状態で合
成樹脂を含浸させたもの、即ち前記長繊維ペレットが開
発され、高強度射出成形品等を製造する為の原材料とし
て評価されている。

【０００３】これらを製造する方法としては、強化用繊
維（以下ロービングと言うことがある）を束ねて導入し
開繊状態で走行させる含浸ヘッドの側面に、スクリュー
型もしくはプランジャー型押出装置の樹脂液吐出口を臨
設し、上記含浸ヘッド内に圧入されて形成される溶融合
成樹脂浴中に前記ロービングを通すことによって含浸を
行わせる。そして樹脂含浸ロービングは含浸ヘッドの出
口ノズルから引取られ、樹脂材料を硬化させつつこれを
巻取って前記長繊維ストランドとするが、これは前述の
如く任意長さに切断され、前記長繊維ペレットとするこ
ともできる。

【０００４】上記方法の実施において最も基本的な要請
は、長繊維と溶融合成樹脂の含浸を十二分に行わせるこ
とであり、従来の技術では含浸ヘッド中に自由回転型の
開繊・含浸用ローラを複数列設け、走行ロービングの束
を該ローラに押しつける様に接触させることによって開
繊し含浸性を高めることが行われていた。しかしながら
溶融樹脂は熱分解を避けてほどほどの温度に調整されて
いる為、その粘度は比較的高い。その為、該ローラとの
接触部であっても期待される程の含浸性は得られず、ま
して前記ローラとローラの間では、ロービングが溶融樹
脂浴中を実質上素通りしているに等しく、その区間は含
浸の進行が殆ど期待されない部分となる。その為従来の
含浸ヘッドでは開繊・含浸用ローラをロービング走行軌
跡に沿って非常に数多く配設するか、ローラを蛇行配置
させると共にロービングに掛かる張力を大きくしてロー
ラへの接圧力を高める様な工夫が払われていた。しかし
前者の方法では含浸ヘッドを大きくしたり、ローラの保
守管理が煩わしくなるといった問題があるにもかかわら
ずそれに見合う十分な含浸効果が得られず、後者は摩擦
抵抗の増大やロービングの切断、或はロービングの一部
が切断することによるケバ立ちの発生という問題を生じ
ていた。このケバ立ちについては追って詳述するが、上
記の様な諸事情のため、含浸性を十分に高め得る様な技
術は未開拓の状況にあった。

【０００５】尚上記強化用繊維は、素材、直径、一束の
本数など特に制限されるものではなく、例えばガラス繊
維、炭素繊維、有機繊維、金属繊維などが自由に選択さ
れ得る。また合成樹脂材料も限定されず、熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂のいずれを使用することも可能である
とされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】含浸が不十分である
と、製造された長繊維ストランドや長繊維ペレットにお
ける両者の接合が不十分となり、長繊維のバラケや脱落
を生じ、取扱性が悪くなって成形作業性を低下させる。
また長繊維が導電性のものである場合には電源ボックス
で短絡事故を起こすという危険もある。更にこの材料を
用いて例えば射出成形法により最終製品を製造すると、
合成樹脂との接合が不十分な長繊維が単独の挙動を示し
て絡み合い、毛玉となって成形性を害したり、成形品の
外観不良を招くという問題に発展する。従って本発明の
最重要課題は、長繊維と溶融合成樹脂との含浸を、可及
的完全に行わせることができる様な製造技術を確立する
点にある。

【０００７】上記課題とは別に、長繊維を引取走行させ
つつ連続的に含浸を行なわせる方法においては、連続生
産性を確保することも大切な要請である。即ちトラブル
の発生による生産中断は、生産性を低下させるものとし
て嫌われる。ところが現実の生産工程では生産開始後、
ほどなく長繊維の引取抵抗が増大し、ときには２〜３時
間で引取不能となって生産中断に至ることがあった。こ
の様な場合に含浸ヘッドを分解検査してみると、含浸ヘ
ッド内では出口ノズルおよびその上流側に繊維の団塊
（例えば炭素繊維を用いたものでは真黒な団塊）が充満
しており、これらの団塊は含浸ヘッド内に配置される開
繊・含浸用ローラを巻込んで形成される。従って含浸ヘ
ッドを再使用する為にはこれを完全分解して清浄化する
必要があり、２組以上の含浸ヘッドを準備してこれらを
交代で使用することとしても、生産性の低下は極めて大
きなものとならざるを得なかった。

【０００８】そこで本発明はこの様な不都合を解消する
ことも２次的な課題と定め、長繊維の引取りを長時間に
亘って不都合なく連続して行うことができる方法を検討
した。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すること
のできた本発明の方法は、合成樹脂浴容器中に、長繊維
の走行軌跡と交差して該長繊維と接触するローラを任意
数配置すると共に、前記容器と前記ローラのいずれか一
方若しくは両方に振動を与えつつ、または前記合成樹脂
浴自体を直接振動させつつ前記長繊維への樹脂含浸を行
うことを要旨とするものである。

【００１０】また上記した２次的な課題を達成する技術
としては、前記合成樹脂浴容器から引取られていく樹脂
含浸ロービングを、撚りを掛けた状態で引取る方法を提
案することができる。またこの様な撚りを付与すること
により、繊維間隙の気泡を追い出し、且つ繊維間の溶融
樹脂に対してこれを強制移動させる力が働くので、樹脂
の含浸性が高められるという効果も合わせて発揮され
る。

【００１１】

【作用】本発明では、溶融樹脂が収容される含浸ヘッ
ド、及びロービングが押付けられる開繊・含浸用ローラ
のいずれか一方または両方を、従来の様な静置型とする
のではなく振動型とするか、或は含浸ヘッド中に振動板
等を配置するか、超音波を作用させる等して溶融樹脂自
体を直接振動させる様にしたので、溶融樹脂及び／又は
ローラが振動し、樹脂の含浸性が向上する。即ちローラ
の振動はロービングの開繊を促進し、また溶融樹脂の振
動はそれ自身の流動によってロービングとの衝突回数の
増加、更にはロービング間隙への加圧的浸入の促進とい
った効果をもたらす。従って溶融樹脂とローラの両方を
振動させるような構成を採用すると、ロービングが開繊
されると同時にその開繊間隙へ溶融樹脂が持込まれる様
な状態となり、相乗的効果が発揮される。しかもこの持
込みは溶融樹脂が高粘性であることにより、ロービング
に対して大きな樹脂圧を及ぼす様に作用する。従って溶
融樹脂は開繊間隙内へ積極的に押込まれることとなっ
て、含浸性が一気に改善される。開繊・含浸用ローラは
ロービングの走行軌跡が略直線となるのを防げない様な
一列配設でも良いが、積極的に蛇行させる様なジグザグ
配列でよい。

【００１２】また上記ローラは走行ロービングの一方向
のみから当接するものであったり、両方向から互い違い
に当接するものであっても良いが、もっとも好ましいの
は走行ロービングを挟みつける様に両側から軽く圧接す
る様な配列である。そして開繊・含浸用ローラの振動方
向は、該ローラの軸心方向、直交方向（上下方向および
左右方向も含む）、或は円周方向のいずれか一つまたは
その組み合わせとするが、前記した両側から圧接する様
なローラ配置とする場合は、例えば軸心方向振動のとき
は互い違い方向に振動させ、また直交方向振動のときは
相互に近接・離反を繰返す様な振動とすることが推奨さ
れる。このような方向制御が行えるのは機械的手段によ
って振動を付与する場合であり、この他超音波利用によ
る振動付与であると、溶融樹脂がチキソトロピー性を有
する場合は樹脂粘性の低下に寄与して含浸性を一層高い
ものとすることができる。

【００１３】次に上記した２次的な課題の解決手段につ
いて述べる。本発明者らは連続生産中に長繊維の引取抵
抗が増大し、遂には引取不能となる原因を調査研究する
ため、透明素材で構成した含浸ヘッドを用い、種々の角
度から検討した。その結果、開繊・含浸ローラを通過す
る過程または含浸ヘッドの出口ノズルから引取られてい
くときの摩擦やしごき等によって長繊維束からケバ立ち
が生じ、このケバが出口ノズルの直前に引寄せられて絡
み合い、これが短時間の内に次々と成長して前記団塊が
形成されていくことが分かった。

【００１４】そこでこれの解決手段としては、ケバ立ち
の発生を防止する方向と、発生したケバを引取長繊維と
一緒に不都合なく含浸ヘッド外へ引取る様に工夫する方
向の２通りが考えられたが、ここでは後者の方向で解決
手段を講じることとした。即ち本発明では含浸ヘッドの
下流側に設けられるロービング引取部材に撚りの付与機
構（例えば回転機構）を設け、樹脂含浸長繊維に撚りを
掛けた状態でこれを引取ることとした。この様な撚りを
掛けると、撚りは出口ノズル孔を通して含浸ヘッドの中
まで伝達され、該出口ノズルの直前で絡み始めているケ
バを撚りの中に取込む様にしてこれを出口ノズル外に引
出す作用が発揮される。その結果出口ノズル直前での前
記団塊の形成が防止され、長時間に亘る連続操業を行っ
ても樹脂含浸長繊維の引取りトラブルを生じず優れた生
産性を発揮することができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明を実施する為の装置を概念的に
示す側面視説明図、図２は平面視説明図である。これら
の図において、１は含浸ヘッド（合成樹脂浴容器）、２
は溶融合成樹脂圧入口を示し、矢印Ａから送られてきた
ロービング３ａは入口ノズル４から含浸ヘッド１内に入
り、ロービング３ａの走行軌跡を挟んで交互に片側配列
とした溝付き開繊・含浸用ローラ６ａおよび溝を設けて
いない通常の開繊・含浸用ローラ６ｂ（但しこれらはい
ずれも積極回転型とする）を順次通過した後、ガイドロ
ーラ７及び、これらのローラを直交配置される収束用ロ
ーラ８を経て出口ノズル５方向へ引取られる。一方溶融
合成樹脂圧入口２から矢印Ｍ方向に圧入された溶融合成
樹脂が含浸ヘッド１内に充満されている。そして含浸ヘ
ッド１及び／又はローラ６ａ，６ｂが図示しない振動機
構によって振動し、或は図示しない振動板等によって樹
脂自体が振動しているので、ロービング３ａは前記諸ロ
ーラを通過していく過程で確実な開繊を受けて樹脂含浸
され、出口ノズル５から樹脂含浸ロービング３ｂとして
矢印Ｂ方向へ引取られる。ロービング３ａの供給量と溶
融合成樹脂の圧入量は均衡を保つ様に制御するが、後者
の方が過剰になったときは図１の矢印Ｎ方向へ隘れ出さ
せる。溝付き開繊・含浸用ローラ６ａとしては、図示し
た様なフラットローラタイプのものの他、軸方向中央部
が大径の太鼓型ローラタイプのものも用い得る。

【００１６】尚図３は既述した対向配置型であり、ここ
で使われるのはフラットローラタイプのものが好まし
く、溝の有無は自由に選択できる。いずれにせよ前記の
様な振動の付与によって、十分に満足し得る含浸度が達
成されることとなった。この様に良好な含浸性が得られ
る結果、繊維のケバも少なくなり、これを用いて射出成
形品を製造する工程における供給性が向上し、射出成形
機における計量時間が短く、且つ安定化したので、滞留
時間の減少、物性や製品寸法の安定といった効果が得ら
れた。

【００１７】また本発明ではケバによるトラブルの発生
を一層少ないものとする為に、次の様な構成が付加され
る。即ち、上記の様に矢印Ｂ方向へ引取られる樹脂含浸
ロービング３ｂは図示しない撚り発生器によって矢印Ｃ
の様に回転し、該回転によって形成された撚りは矢印Ｂ
と反対方向に進んで収束用ローラ８に至る。従って樹脂
含浸ロービング３ｂは収束用ローラ８より下流側を出発
点として撚りが生成・成長する。従って含浸ヘッド１内
で発生しロービング３ａの走行につれて出口ノズル５方
向へ引き寄せられていたケバ、或は出口ノズル５との摺
擦によって発生したケバは前記生成・成長過程にある撚
りの中へ巻き込まれ、出口ノズル５から引取られていく
樹脂含浸ロービング３ｂに伴われて出口ノズル５外へ引
き出され長繊維ストランドが製造される。その為含浸ヘ
ッド１内にケバが残されることはなく繊維の団塊が生じ
ることもない。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成されているの
で、ロービングの開繊が促進され、或は樹脂とロービン
グの衝突回数が増加し、樹脂含浸性が非常に良好なもの
となった。その為繊維の脱落やそれに伴う成形工程上の
トラブルがなくなり、生産性が改善された。更にケバ立
ち等の外観不良の無い良好な物性の成形品を安定して製
造できる様になった。また樹脂含浸長繊維を更に高速で
引取ってケバ立ちを生じる様なことになっても、長繊維
のケバは、撚りの中に取込まれて含浸ヘッド外へ引取ら
れていくので、含浸ヘッド内で繊維の絡み合いが成長す
ることはない。従って繊維の団塊による引取抵抗の増
大、或は引取不能に陥ることもなく、優れた生産性を長
時間に亘って維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する為の装置の側面視説明図。

【図２】本発明を実施する為の装置の平面視説明図。

【図３】本発明を実施するための他の実施例を示す側面
視説明図。

【符号の説明】

１ 含浸ヘッド（合成樹脂浴容器） ２ 溶融合成樹脂圧入口 ３ａ ロービング ３ｂ 樹脂含浸ロービング ４ 入口ノズル ５ 出口ノズル ６ 開繊・含浸用ローラ ６ａ 溝付き開繊・含浸用ローラ ６ｂ 開繊・含浸用ローラ ７ ガイドローラ ８ 収束用ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:08 (72)発明者 橋本 孝一 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 足永 武彦 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂浴容器中に長繊維を引揃えて導
   入し、該長繊維に該合成樹脂を含浸させつつ該合成樹脂
   浴容器の出口ノズルから樹脂含浸長繊維を引取ることに
   より、長繊維強化合成樹脂ストランドを製造する方法に
   おいて、 前記合成樹脂浴容器内に、長繊維の走行軌跡と交差して
   該長繊維と接触するローラを任意数配置すると共に、前
   記容器と前記ローラのいずれか一方若しくは両方に振動
   を与えつつ、または前記合成樹脂浴自体を直接振動させ
   つつ前記長繊維への樹脂含浸を行うことを特徴とする長
   繊維強化合成樹脂ストランドの製造方法。
2. 【請求項２】 合成樹脂浴容器から引出される長繊維
   を、撚りを掛けた状態で引取っていく請求項１に記載の
   長繊維強化合成樹脂ストランドの製造方法。