JPH10264152A - 繊維強化樹脂ペレットの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維束の開繊，分散を十分に行って繊維の間
に溶融状態の熱可塑性樹脂を含浸させ、長い強化繊維を
含み機械的強度が高く耐熱性に優れた繊維強化樹脂成形
品用の繊維強化樹脂ペレットを得る。 【解決手段】 ダイ１０内部に供給される溶融樹脂中の
繊維束Ｆを連続的に走行させるとともに、該繊維束Ｆ
を、前記繊維束の進行方向と交差するように配置した複
数のロッド１４に対し、隣接するロッドの中心軸ｃ間を
結ぶ直線Ｈに対して少なくとも一側をたとえば１０度以
上傾斜させた状態で巻き掛けることによって張力をかけ
て開繊しながら、繊維束に前記溶融樹脂を含浸させ、か
つこの溶融樹脂を含浸した繊維束Ｆを前記ダイ１０から
引き出して冷却し、その後切断して繊維強化樹脂ペレッ
トを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械的強度、耐熱
性等に優れた繊維強化樹脂成形品用の繊維強化樹脂ペレ
ットの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種の繊維強化樹脂は、近年、自動車，
家電等を初めとする種々の分野において利用されるよう
になってきた。一方、従来の繊維強化樹脂からなる製品
を成形する材料は、スタンパブルシートを除き、押出機
内において強化繊維を樹脂中に混練し、万遍なく分散さ
せた上で押し出し、その後、ペレツト化するなどして製
品化していた。

【０００３】このとき、押出機内における混練，移送及
び押出機より押し出す際の樹脂の流動性を考慮すると、
強化繊維はなるべく短く切断して用いる必要があった。
このため、曲げ、衝撃等に対する強度が十分でなく、強
化繊維の利点を十分活しきれないという問題があった。
また、強化繊維の混入により押出機のスクリュー等の摩
耗も激しくなるという問題があった。

【０００４】そこで、このような問題を解決するため、
混練工程及び押出工程を介することなく繊維強化熱可塑
性樹脂を生産する方法が注目され、次の〜のような
方法が提案されている。 あらかじめ、繊維束に樹脂粉末を付着させ、その後加
熱溶融させる方法（特公昭52ー3985 号など）。 ロービングをダイ内に引き込み、溶融樹脂を含浸させ
た後、引き抜く方法（特公昭52ー10140号、同64ー7848 号
など）。

【０００５】ダイ内部で繊維束に溶融樹脂を含浸させ
る際、繊維束の側面を押圧しながら含浸する方法 （特
開平1ー178411号）。 繊維束を複数の供給口からダイ内部に供給し、溶融樹
脂を含浸させる方法（USP Re.32772号) 。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た〜の方法には、次のような解決すべき課題があっ
た。すなわち、の方法は、製造工程が非常に大掛りと
なって、製造コストが大幅に高くなるため実用化するこ
とが困難であった。の方法は、熱可塑性樹脂の溶融粘
度が高いため、熱硬化性樹脂のように繊維束中に樹脂が
うまく含浸せず、繊維の開繊，分散が十分行なわれない
という問題があった。

【０００７】の方法は、繊維束の側面を単にロッド等
で押し付けているに過ぎないため、繊維束に大きな張力
がかからず繊維束の開繊，分散が十分行われなかった。
特に、繊維束の引き出し速度を速めたとき、あるいは低
温度で熱劣化を起こす熱可塑性樹脂を用いた場合のよう
に溶融樹脂温度を高くできないときに、この開繊不足現
象が顕著であった。の方法も、成形した成形材料から
ペレットを得るものではないことから、強化用の繊維を
ダイスの途中から導入することによって繊維と樹脂の接
触をよくするようにしたものであるものの、繊維束に
は、張力をかけておらず、繊維束の開繊と分散は行って
いない。

【０００８】本発明は、上記課題にかんがみてなされた
もので、繊維束の開繊，分散を十分に行って、繊維の間
に溶融状態の熱可塑性樹脂を十分含浸させることによ
り、長い強化繊維を含み機械的強度が高く耐熱性に優れ
た繊維強化樹脂成形品用の繊維強化樹脂ペレットの効率
的な製造方法の提供を目的する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明は、ダイ内部に供給される溶融樹脂
中に繊維束を走行させるとともに、前記繊維束を、該繊
維束の進行方向と交差するように配置した複数のロッド
に対し、隣接するロッドの中心軸間を結ぶ直線に対して
少なくとも一側を傾斜させた状態でじぐざぐ状に巻き掛
けることによって張力をかけて開繊しながら、繊維束に
前記溶融樹脂を含浸させ、かつ、この溶融樹脂を含侵さ
せた繊維束をダイから引き出して冷却し、その後切断し
て繊維強化樹脂ペレットを製造する方法としてある。こ
れにより、溶融樹脂の粘度の影響を受けるダイ内部にお
いても繊維束は開繊，分散し、繊維間へ溶融樹脂が確実
に含浸するので、この結果、長い繊維を含んだ繊維強化
樹脂ペレットを得ることができる。

【００１０】また、請求項２記載の発明は、前記繊維束
のロッドに巻き掛ける傾斜を、１０度以上としてある。
これにより、繊維束にかかる張力が最も適した状態とな
り、開繊，分散が十分行われる。

【００１１】さらに、請求項３記載の発明は、前記溶融
樹脂として、ポリプロピレンと酸変性ポリプロピレンを
ブレンドして溶融した樹脂を用いている。これにより、
溶融ポリプロピレンのガラス繊維束への含浸性がよくな
るとともに、ガラス繊維などの繊維とポリプロピレンと
の界面接着性が向上し、繊維強化樹脂成形品の機械的強
度，外観が良好となる。

【００１２】さらに、請求項４記載の発明は、前記繊維
束を予熱してからダイ内部に送るようにしている。これ
により、ダイ内部における繊維束と溶融樹脂の親和性が
良くなり、より効果的に溶融樹脂が繊維束へ含浸するの
で、引き出し速度を早めることができ、生産性が向上す
る。

【００１３】

【本発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を詳
細に説明する。まず、本発明の一実施形態にかかる方法
を実施するための装置例を、図面もとづいて説明する。
図１は、装置全体の平面図であり、１０はダイ、２０は
ダイ１０へ熱可塑性溶融樹脂を供給する押出機、３０は
繊維束Ｆのロール、４０はダイ１０に引き込まれる繊維
束Ｆに一定の張力を与えるテンションロール群、５０は
ダイ１０から引き出された溶融樹脂含浸繊維束を冷却す
るための冷却手段、６０は繊維束の引き出しロール、７
０は引き出された溶融樹脂含浸繊維束をカットして繊維
強化樹脂ペレットとするペレタイザである。本装置は、
三本のそれぞれ独立した繊維束Ｆに、溶融樹脂を同時に
含浸させる例を示している。

【００１４】図２は、第１図のＩーＩ断面でありダイの
縦断面を示している。ダイ１０は予熱部１１と含浸部１
３からなっている。予熱部１１は繊維束Ｆへの溶融樹脂
含浸に先立って繊維束Ｆを予熱しておくための予熱領域
を形成しており、外周部には、ヒータ１２が設けてあ
る。この予熱部１１の長さは、繊維束Ｆと溶融樹脂の親
和性が良くなるように通過速度に応じて適宜決定する。
なお、ヒータ１２の加熱温度を調整することによって
も、繊維束の通過速度に適した予熱状態とできる。

【００１５】含浸部１３は、繊維束Ｆに溶融した熱可塑
性樹脂を含浸させるための領域である。この含浸部１３
の入口側は予熱部１１の出口側と連結している。また、
含浸部１３の入口側は熱可塑性樹脂を溶融して押し出す
押出機２０の先端部と接続している。すなわち、含浸部
１３の入口側は一種のマニホールドを形成している。一
方、含浸部１３の出口側は錐状になっており、溶融樹脂
を含浸した繊維束Ｆを収束し所定の線径となるようにし
てある。なお、予熱部１１の出口と含浸部１３の入口の
関係は、必ずしも直線状である必要はなく、繊維束Ｆが
折れない状態であれば角度をもたせてもよい。

【００１６】このダイ内部の含浸部１３には、繊維束Ｆ
を開繊しかつ分散させるためのロッド１４（１４ａ，
…，１４ｅ）が、繊維束Ｆの進行方向と交差した状態で
該進行方向に複数本に配置してある。繊維束Ｆは、これ
らロッド１４に、じぐざぐ状に巻き掛けてある。

【００１７】このようにすると、繊維束Ｆに比較的大き
な張力がかかり、繊維束Ｆの開繊，分散を効率的に行な
うことができる。特に、繊維束Ｆの引き出しを高速で行
なう場合に効果的である。

【００１８】ロッド１４は、二本以上あればよいが、繊
維束Ｆの引き出しを高速で行なう場合には複数本（三本
以上）とすることが好ましい。また、ロッド１４の断面
形状は、円形，楕円形あるいは多角形状のものでもよ
く，その太さ（径）も繊維束Ｆの材質、量等種々の要素
を考慮して決定することができる。

【００１９】ロッド１４の配置は、繊維束Ｆの進行方向
に直線状に配置するほか、ロッド１４への繊維束Ｆの巻
掛けは隣接するロッドの中心軸間を結ぶ直線に対して少
なくとも一側を傾斜させた状態であればどのような態様
であってもよく、例えば千鳥状に配置したり、鉤形状に
配置したりしてもよい。これらロッド１４（１４ａ，
…，１４ｅ）を内蔵する含浸部１３の広さは、繊維束Ｆ
が隣接する繊維束と干渉せず、しかも十分開繊でき溶融
樹脂が確実に含浸する広さであればよい。

【００２０】次に、上記装置を用いて行なう繊維強化樹
脂ペレットの製造方法の一実施形態を説明する。本方法
に使用される繊維束の種類としては、ガラス繊維，炭素
繊維，炭化珪素繊維などの無機繊維、金属繊維、有機繊
維などがある。また、繊維束の断面積は４×１０^-3〜４
ｍｍ²、開繊性からすると０．１〜１ｍｍ²とすることが
好ましい。

【００２１】さらに、この繊維束を構成する個々の繊維
の直径は１〜１００μ、柔軟性からすると３〜５０μと
することが好ましく、これら繊維の束を構成する本数は
１０〜１００００本、開繊性からすると１００〜５００
０本とすることが好ましい。

【００２２】このような繊維束Ｆは、引出しロール６０
に引き取られることにより、ロール３０からテンション
ロール群４０、ダイ１０、冷却手段５０を通過してペレ
タイザに供給される。

【００２３】すなわち、繊維束Ｆは、テンションロール
群４０で一定の張力を与えられた状態でダイ１０の予熱
部１１に引き込まれ、ここでヒータ１２により予め加熱
される。

【００２４】次いで、繊維束Ｆはダイ１０の含浸部１３
に引き込まれ、ロッド１４に所定の傾斜（角度）で巻き
掛けられ張力を与えられる。これにより、繊維束Ｆは開
繊と分散を行ない、繊維と繊維の間に溶融した熱可塑性
樹脂を浸み込ませる。具体的には、繊維束Ｆを、図３に
示すように隣接するロッド１４の中心軸Ｃを結ぶ直線Ｈ
に対し、少なくとも一側が所定の角度αだけ、例えば１
０度以上、好ましくは２０度以上傾斜した状態でロッド
１４に巻き掛けて張力を与える。そして、この状態で、
繊維束Ｆを、溶融樹脂中に走行させながら開繊，分散し
ながら、繊維間に溶融した熱可塑性樹脂を含浸させる。

【００２５】押出機２０において溶融され、含浸部１３
に供給される熱可塑性樹脂としては、ポリプロピレン，
ポリスチレン，ポリボネート，ポリプロピレントに酸変
性ポロプロピレンを配合したものなどを例示することが
できるが、その種類は特に制限されず、成形材料の用途
等に応じ、種々のものを用いることができる。これらの
中でも、ポリプロピレンに酸変性ポリプロピレンを１重
量％程度配合したものが好ましく用いられる。また、含
浸部１３に供給される溶融熱可塑性樹脂の温度と圧力
は、樹脂が繊維束中に十分含浸でき、しかも樹脂の劣化
と漏洩を生じない範囲とする。

【００２６】開繊，分散し溶融樹脂を繊維束中に十分含
浸した繊維束Ｆは、ダイ１０の出口において再び収束さ
れダイ１０の外に引き出される。引き出された繊維束Ｆ
は、冷却手段５０で冷却された後ペレタイザ６０に送ら
れ、このペレタイザ６０において細かく切断され繊維強
化樹脂ペレットとされる。

【００２７】

【実施例】実施例１ ・ダイス：５０ｍφ押出機の先端に取り付け、 含浸部に
四本のロッドを直線状に配置。 ・繊維束：アミノシランで表面処理された繊維径１３μ
のガラス繊維を１７０本束ねたガラスロービング。 ・予熱温度：２００℃ ・熱可塑性樹脂：ポリプロピレンと酸変性ポリプロピレ
ン（１重量部）をブレンドして溶融。 ・溶融温度：２４０℃ ・ロッド：四本６ｍｍ（直径）×３ｍｍ（長さ） ・傾斜角度：２５度 上記条件下において、テンションロール群で繊維束の量
を調整しつつダイ内に送り込み含浸を行ない、その後ダ
イから引き出して冷却し、ペレタイザで長さ１５ｍｍの
ペレットを得た。

【００２８】実施例２ 熱可塑性樹脂をスチレン−無水マレイン酸共重合体とし
た以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。

【００２９】実施例３ 熱可塑性樹脂をポリカーボネートとし、溶融温度を３０
０℃とした以外は、実施例１と同様にしてペレットを得
た。

【００３０】実施例４ ダイの含浸部におけるロッドの配置を、第４図に示すよ
うにした以外は、実施例１と同様にしてペレットを得
た。

【００３１】実施例５ 熱可塑性樹脂をスチレン−無水マレイン酸共重合体とし
た以外は、実施例４と同様にしてペレットを得た。

【００３２】実施例６ 熱可塑性樹脂をポリカーボネートとした以外は、実施例
４と同様にしてペレットを得た。

【００３３】比較例１ 二軸混練機（ＴＥＭ−３５）を用い、ポリプロピレンと
酸変性ポリプロピレンをブレドンした後定量供給機に
て、ホッパー口へ定量供給した。また、アミノシラン処
理されたガラス繊維（チョップストラッド）を定量供給
機で、樹脂が溶融した後のサイドフィード口へ供給し、
混練を実施し、ペレットを得た。

【００３４】比較例２ 樹脂として、スチレン−マレイン酸共重合体を用いた以
外は、比較例１と同じ条件でペレットを得た。

【００３５】比較例３ 樹脂として、ポリカーボネートを用いた以外は、比較例
１と同じ条件でペレットを得た。

【００３６】比較例４ ロッドを除いたダイを用いた以外は、実施例１と同様に
してペレットを得た。

【００３７】比較例５ ダイの含浸部におけるロッドの配置を第５図に示すよう
にした以外は、実施例１と同様にしてペレットを得た。
実施例１〜６、比較例１〜５で得られたペレットを用
い、射出成形機（東芝ＩＳ−９０Ｂ）にて、テストピー
スを作成し、その物性を評価した。結果を第１表に示
す。

【００３８】

【表１】

【００３９】実施例１、実施例４及び比較例４、比較例
５において、繊維束（ガラスロービング）の引抜き速度
（生産量）を変えて、ロービングの開繊度（樹脂の含浸
度）及び得られたペレットでの射出成形品中の繊維の分
散状況を比較した。ポリプロ（４０ｗｔ％）／ガラスロ
ービング（６０ｗｔ％）で実施した。この結果を第２表
に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】実施例７ ガラス繊維束の代わりに、 繊維径８μのステンレス繊維
９５０本の繊維束を用いた以外は、実施例１と同様にし
てペレットを得た。

【００４２】比較例６ ガラス繊維束の代わりに、繊維径８μのステンレス繊維
束を用いた以外は、比較例４と同様にしてペレットを得
た。

【００４３】比較例７ ガラス繊維束の代わりに、繊維径８μのステンレス繊維
束を用いた以外は、比較例５と同様にしてペレットを得
た。

【００４４】比較例８ ガラスのチョップストライドの代わりに、繊維径８μ，
長さ６ｍｍのステンレス繊維のカット品を用いた以外
は、比較例１と同様にしてペレットを得た。それぞれ得
られたペレットを用い射出成形により、１４０ｍｍ×１
４０ｍｍ×３ｍｍの角板を成形し、その外観をチェック
するとともに、その角板を用いて、体積固有抵抗値を測
定した。その結果を第３表及び第７図のグラフに示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂ペレットの製造方
法によれば、繊維束中に熱可塑性溶融樹脂を十分含浸さ
せることができ、長い強化繊維を含み機械的強度が高く
耐熱性に優れた繊維強化樹脂成形品用の繊維強化樹脂ペ
レットを生産性よく得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施形態の実施に用いる装置例
の全体図。

【図２】図１のＩ−Ｉ線拡大断面であり、繊維束の巻き
掛け状態を示す図。

【図３】繊維束をロッドに巻き掛けたときの詳細説明
図。

【図４】繊維束の他の巻き掛け状態を示す図。

【図５】従来例を示す図。

【図６】強化繊維の含有量と体積固有抵抗値との関係を
示す図である。

【符号の説明】

１０ ダイ ２０ 押出機 １１ 予熱部 １２ ヒータ １３ 含浸部 １４ ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 敬 神奈川県相模原市宮下１丁目２番27号 旭 硝子マテックス株式会社内 (72)発明者 二川 稔 神奈川県相模原市宮下１丁目２番27号 旭 硝子マテックス株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ダイ内部に供給される溶融樹脂中に繊維
   束を走行させるとともに、 前記繊維束を、該繊維束の進行方向と交差するように配
   置した複数のロッドに対し、隣接するロッドの中心軸間
   を結ぶ直線に対して少なくとも一側を傾斜させた状態で
   じぐざぐ状に巻き掛けることによって張力をかけて開繊
   しながら、繊維束に前記溶融樹脂を含浸させ、 かつ、この溶融樹脂を含侵させた繊維束をダイから引き
   出して冷却し、その後切断してペレットを製造すること
   を特徴とした繊維強化樹脂ペレットの製造方法。
2. 【請求項２】 前記繊維束のロッドに巻き掛ける傾斜角
   度を、１０度以上としたことを特徴とする請求項１記載
   の繊維強化樹脂ペレットの製造方法。
3. 【請求項３】 前記溶融樹脂として、ポリプロピレンと
   酸変性ポリプロピレンをブレンドして溶融した樹脂を用
   いたことを特徴とする請求項１又は２記載の繊維強化樹
   脂ペレットの製造方法
4. 【請求項４】 前記繊維束を予熱してからダイ内部に送
   ることを特徴とした請求項１，２又は３記載の繊維強化
   樹脂ペレットの製造方法