WO1994007669A1 - Structure de resine thermoplastique renforcee par des fibres et son procede de production - Google Patents

Description

明細書

繊維強化熱可塑性樹脂構造体およびその製造法

[発明の分野]

本発明は、 長繊維で強化された高度の機械的強度を有する繊維強化熱可塑 性樹脂構造体およびその効率的、 経済的な製造法に関する。

[関連技術]

熱可塑性樹脂の強度、 剛性等を向上させる手段と して、 ガラ ス繊維等の強 化用繊維を配合する こ とが知られており、 一般には、 熱可塑性樹脂とチ ヨ ッ プ ドス ト ラ ン ド等の短繊維を配合し、 押出機で押し出すこ と によ り、 繊維強 化された熱可塑性樹脂の製造が行われている。 し力 し、 使用する繊維が短く、 しかも押出機での混練中に更に繊維が折損する こ とが避けられない上記の如 き短繊維強化樹脂では、 機械的強度の改善にも自ずと制約があり、 より高度 の機械的強度の要求に対しては充分応えるこ とはできない。

これに対し、 上記の欠点を改善し、 繊維の折損を起こすこ とな く 長繊維で 強化された熱可塑性樹脂を製造する方法と して、 最近は引き抜き成形が注目 されている （米国特許第 287 750 1 号明細書、 米国特許第 443 9387 号明細書、 米国特許第 3 Q 2221 Q 号明細書、 特開昭 57 - 18 1 852号公報） 。

かかる引き抜き成形においては、 強化用繊維と して、 プッ シングから引き 出された多数の単繊維をサイ ジ ング剤の水溶液あるいは水性ヱマルジ ョ ンで 処理した後、 これを集束して円筒状に巻き取り、 乾燥させた繊維束の集合体 (繊維束捲体） が一般的に用いられている。

しかし、 連続繊維に溶融樹脂を押出被覆して長繊維含有熱可塑性成形材料 を製造す.るに際し、 個々の捲体中の繊維束の総距離は有限であるため、 繊維 束の捲体を使い切る と製造を中断し、 新たな捲体の繊維を設置した後に製造 を再ス ター ト させなければな らず、 製造の中断およびセ ッ ト ア ッ プに膨大な 時間が必要であつた。

[発明の開示 ]

本発明者は、 かかる課題を解決するため鋭意検討した結果、 使い終わり の 繊維束捲体の端と新しい繊維束捲体の端とを充分な強度で継ぎ合わせ、 繊維 束を連続供給する こ とが技術的に可能である こ とを見出し、 本発明を完成す る に至った。

即ち、 本発明は連続した強化用繊維束を引きながら、 溶融した熱可塑性樹 脂を含浸させ、 全体の 5 〜80重量％の実質上平行に配列した強化用繊維を含 有してなる繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造するにあたり、 使い終わり の 繊維束捲体の端と新しい繊維束捲体の端とをエアース プラ イサー継ぎ合わせ、 繊維束を連続供給するこ とを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造 法に関する ものである。

本発明において、 かかる繊維強化熱可塑性樹脂構造体の基体と して用いら れる熱可塑性樹脂の種類には特に制約はなく、 例えばポ リ ヱチ レ ン、 ポ リ プ ロ ピ レ ン、 ポ リ エ チ レ ン テ レフ タ レ一 ト ゃホ リ ブチ レ ンテ レ フ タ レー ト等の ポ リ エ ス テ ル、 ナ イ ロ ン 6、 ナ イ ロ ン 6 6、 ナ イ ロ ン 1 1、 ナ イ ロ ン 1 2、 ナ イ 口 ン 610 、 ナ イ ロ ン 6 12 等のポ リ ア ミ ド、 ポ リ アセタ ール、 ポ リ カ ー ボネ ー ト、 熱可塑性ポ リ ウ レタ ン、 ポ リ フ エ 二 レ ン ォ牛サ イ ド、 ポ リ フ ユ 二 レ ンサ ルフ ア イ ド、 ポ リ ス ノレフ ォ ン、 ポ リ エーテノレケ ト ン、 ポ リ エー テ ルア ミ ド、 ポ リ エ ーテ ルィ ミ ド等を用いる こ とができる。

また、 本発明に使用される強化用繊維の種類も特に制約はなく、 例えばガ ラ ス繊維、 炭素繊維、 金属繊維、 芳香族ポ リ ア ミ ド繊維等の高融点 （高軟化 点） 繊維がいずれも使用できる。 ガラ ス繊維の場合、 繊維怪 6 〜 25 « で、 10 00 mあたりの重量が 500 〜 4400 gの繊維束が一般的に用いられる。 これらの 繊維は、 公知の表面処理剤で処理したものであってもよい。

本発明に使用する強化用繊維束は、 ブッ シ ングから引き出された多数の単 繊維をサイ ジング剤の水溶液あるいは水性ヱマルジョ ンで処理した後、 これ を集束したものであ り、 具体的には、 集束して円筒状に巻き取り乾燥させた 繊維束の捲体 （いわゆるダイ レク ト ロ一 ビングのパッ ケージ） 、 実質上端面 のない形状に巻き取り乾燥させた繊維束の捲体 （いわゆるケーキ巻き捲体） 等である。

前述の如く、 連続繊維に溶融樹脂を押出被覆して長繊維含有熱可塑性成形 材料を製造するに際し、 個々の捲体中の繊維束の総距離は有限であるため、 繊維束の捲体を使い切る と製造を中止し、 新たな捲体の繊維を設置した後に 製造を再ス ター ト させなければならず、 製造の中断およびセ ッ ト ア ッ プに膨 大な時間が必要である。 本発明はかかる課題を解決する ものであ って、 使い 終わりの繊維束捲体の端と新しい繊維束捲体の端とをエアースプラ イ サ一を 用いて充分な強度で継ぎ合わせ、 繊維束を連続供給するこ と こ とを特徴とす る o

こ こで、 ェアースプラ イ シ ング （エア一ス プラ イ サ一によ る繊維の接続） とは、 圧搾空気を使用した無結節方式の糸継ぎ操作である。 具体的には、 ェ ァ一ジヱ ッ トを当てるこ とによ り、 継ぎ合わせよ う とする 2 つの繊維束の端 を繊維束中の繊維の一部あるいは全部がバラバラになる程度にまで広げ、 こ のよう にして広げられた 2 つの繊維束の端を互いに絡み合わせるか或いは捻 じ り合わせる ことによって継ぎ合わせが行われる。 エア一ジヱ ッ トの当て方 によ り 「接線ヱァー ジュ ッ ト方式」 と 「直接ヱァー ジュ ッ ト方式」 の 2通り に大別されるカ^ 本発明においては何れであってもよい。 また、 本発明にお いては、 .使用するエアースプラ イサーの機種に特に制約はないが、 繊維束の 端部のスプラ イ シ ング部分の長さを調節するためのハサ ミ、 エアージヱ ッ ト の吐出圧力および吐出時間の調節機構等を備えた機種が好ま しい。

かかるヱアー スプライサ一は、 従来、 衣料用繊維等の分野において糸継ぎ のため使用されてきたものである。

これに対し、 本発明の如 く、 連続した強化用繊維束を引きながら溶融樹脂 を含浸させ、 ノ ズルで過剰の樹脂を絞り込みながら目的形状に賦形する長繊 維強化樹脂構造体の製造においては、 ノ ズル通過時に強化用繊維に極めて大 きな負荷がかかる こ とが知られており、 このよ うなスプラ イサーによる繊維 の継ぎが有効に作用する とは予期出来ないものであ った。

本発明において、 かかる手段を用いて連続的に供給される強化用繊維の配 合量は 5 ~ 80重量％ (組成物中） である。 強化用繊維の配合量が 5重量％未 満では十分な補強効果が得られず、 逆に 8 0重量％を越える と強化構造体の製 造およびその成形が著し く 困難になる。 強化用繊維の好ま しい配台量は 1 0〜 7 5重量％であり、 よ り好ま し く は 20〜70重量％である。

本発明のかかる繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造するにあたつて用いら れる引き抜き成形の形態は特に限定されないが、 操作性の点で含浸ダイ、 特 にク ロ ス へッ ドダイ を用いるのが好ま しい。 樹脂の含浸方法については特に 制約はな く、 屈曲通路を通す方法、 ローラーを用いる方法などの公知のいず れの方法でもよい。

以上の方法によ つて製造された本発明の繊維強化熱可塑性樹脂構造体は、 強化用繊維が構造体の長さ方向全長にわたって実質上連続し、 且つ互いにほ ぼ平行な状態で配列しており、 さ らに賦形ダイ を通すことにより所望形状、 例えばス ト ラ ン ド、 ペ レ ッ ト、 テープ又はシ ー ト状等に整えられ、 引取り 口 ール等によ って引き取られる。

尚、 本発明の方法は、 目的、 用途に応じて一般に樹脂に添加される各種の 物質、 例えば酸化防止剤、 耐熱安定剤、 紫外線吸収剤等の安定剤、 帯電防止 剤、 潤滑剤、 可塑剤、 離型剤、 難燃剤、 難燃助剤、 結晶化促進剤、 染料や顔 料等の着色剤あるいは粉粒状、 板状の無機充填剤や有機充填剤をさ らに配合 した繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造にも適用できる。

以上の説明並びに実施例によ り明らかなよ う に、 繊維強化熱可塑性樹脂構 造体を製造するにあたり、 使い終わりの繊維束捲体の端と新しい繊維束捲体 の端とをエアース プラ イ サーを用いて継ぎ合わせ、 繊維束を連続供給する本 発明の方法によれば、 繊維強化熱可塑性樹脂構造体を効率良く、 経済的に製 造する こ とができ る。

[実施例]

以下、 実施例によ り本発明を更に具体的に説明する力 本発明はこれらに 限定される ものではない。

実施例 1

サイ ジング剤を含むェマルジ ョ ンで処理し集束された濡れた状態のガラ ス 繊維束をダイ レク ト ロール巻き して乾燥する こ とによ り得られたガラ ス繊維 束捲体を 1 00 個使用し、 この捲体から取り出された 1 00 本のガラ ス繊維束を ク ロ スへッ ドダイ を通して引きながら、 溶融状態のポ リ プロ ピレ ンを含浸さ せ、 賦形し、 細断するこ と によ り、 ガラ ス繊維含量 50重量％のペ レ ツ ト状繊 維強化熱可塑性樹脂構造体を製造した。 この製造に際し、 始めに設置した 1 0 0 個のガラ ス繊維束捲体中の繊維束の量が残り僅かになったとき、 これら捲 体の終端と新たな 1 00 個の捲体の始端とを：!：アースプラ イ サーを用いて接続 固定し、 ガラ ス繊維束を連続的に供給した。 捲体の切替えのために繊維強化 熱可塑性樹脂構造体の製造を中断させる必要がなく、 極めて効率的、 経済的 な運転が可能であつた。

比較例 1 .

実施例 1 と同様にして繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造するにあた り、 エアースプラ イ サ一によ る繊維束の接続を行わず、 始めに設置したガラ ス繊 維束捲体を使い切る と製造を中止し、 新たな繊維束捲体を設置した後に製造 を再ス ター ト させた。 製造の中断から再スター トまでに要した時間は 6時間 以上であつた。

Claims

請求の範囲

1 . 連続した強化用繊維束を引きながら、 溶融した熱可塑性樹脂を含浸さ せ、 全体の 5 ~ 80重量％の実質上平行に配列した強化用繊維を含有してなる 繊維強化熱可塑性樹脂構造体を製造する にあたり、 使い終わりの繊維束捲体 の端と新しい繊維束捲体の端とをエア一ス プラ イサーを用いて継ぎ合わせ、 繊維束を連続供給する こ とを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造 法。

2 . 強化用繊維束を引きながらク ロ ス へッ ドダイ を用いて溶融熱可塑性樹 脂を含浸させる請求項 1 記載の繊維強化熱可塑性樹脂構造体の製造法。

3 . 請求項 1記載の製造法によ って得られ、 強化用繊維が構造体の長さ方 向全長にわた っ て実質上連続し、 且つ互いにほぼ平行な状態で配列している こ とを特徴とするス ト ラ ン ド、 ペ レ ッ ト、 テープ又はシー ト状繊維強化熱可 塑性樹脂構造体。