(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側表面に冷却装置を有する筒状体と、該筒状体の一方の端部に着脱自在に設けられた通気性支持体と、該通気性支持体を通して上記筒状体内に加熱ガスを導入する加熱ガス供給装置とからなり、上記通気性支持体の通気面積が、筒状体の開口面積よりも大きく形成され、筒状体の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体の端部周辺に設けられたフランジによって封鎖されるように構成されており、上記筒状体内に投入されかつ上記支持体上に堆積された熱可塑性樹脂を含む基材の小片を、上記支持体の通気孔から供給された加熱ガスにより溶融可塑化し、筒状体内面に樹脂の溶融可塑化残渣が残らないように構成されていることを特徴とする上記基材の溶融可塑化装置。
【請求項２】
冷却装置が、筒状体の周囲に設けられた水冷または空冷ジャケット、または筒状体の周囲に巻き付けられた水冷または空冷パイプである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置を用い、筒状体内に熱可塑性樹脂を含む基材の小片を供給して、該小片を通気性支持体上に堆積させた後、上記通気性支持体を通して上記筒状体内に加熱ガスを導入し、かつ冷却装置により筒状体の内面を冷却しつつ、上記堆積された基材を溶融可塑化し、その後筒状体と通気性支持体とを分離し、通気性支持体上に載置された溶融可塑化基材の溶融塊の周囲を引き続き加熱ガスにより加熱することを特徴とする上記基材の溶融可塑化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂を含む基材の溶融可塑化（以下単に「可塑化」という）装置および可塑化方法に関する。さらに詳しくは針状またはテープ状の熱可塑性樹脂を含む基材を直接成形して成形品を得る方法において、上記基材を効率よく可塑化できる装置および該装置を用いる上記基材の可塑化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、長繊維強化熱可塑性樹脂成形体の形成方法として、ＷＯ  ０１／００３９２  Ａ１公報に記載の方法が提案されている。この方法では、線状またはテープ状などの小片の長繊維強化熱可塑性樹脂基材を、円筒状の容器内に所定量投入および堆積させて、嵩高な堆積物とし、該堆積物中に高温ガスを流入させて、堆積物を可塑化させ、該可塑化物をプレス成形方法などで成形する方法である。
【０００３】
上記方法は、前記基材の可塑化には、押出機やその他の混練装置を使用する場合の如き剪断力がかからず、強化繊維が可塑化中に破断されることがなく、従って成形後に得られる成形物の強度が著しく優れており、安全靴の先芯やその他の高強度が要求される種々の成形用途に好適に使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記方法は、前記の通り、筒状体内に基材の小片を堆積させ、該堆積物に加熱ガスを吹き込む方法であるので、基材の小片が溶融および可塑化されるとともに、堆積物は密度が上り（容積が縮小）、加熱ガスが堆積物中を通過しにくくなる。その結果、基材の可塑化に不均一が生じるという問題がある。このような不均一な溶融物を用いて得られた成形物の場合には、強度に欠ける部分が生じるという問題がある。また、堆積物の容積減少の結果、溶融物は筒状体の下方に沈下するが、その際、溶融した基材の一部が筒状体の内壁の一部に付着残留し、次の工程における可塑化物中に混入し、同様に成形物の強度低下の原因や成形物の表面に斑点が生じるなどの問題が生じる。
【０００５】
さらに上記方法では基材を可塑化後にプランジャーにより溶融塊を押圧し、溶融塊の密度を高めて、成形物中に気泡などが含まれることを防止している。この際、溶融物が筒状体内で圧縮される結果、プランジャーの頭部と筒状体の内壁との間に、長繊維の一部が巻き込まれて繊維が毛羽立つとともに、熱可塑性樹脂とともに筒状体の内壁に付着した状態で残ることがある。このような残渣が筒状体の内壁に残留した場合、該残留物が次の工程における基材の可塑化物中に混入し、前記と同様に成形物の強度低下の原因や成形物の表面に斑点が生じるなどの問題が生じる。
【０００６】
従って本発明の目的は、上記従来技術の問題を解決し、熱可塑性樹脂を含む基材の可塑化を均一に行い、かつ強度および外観に優れた成形物が得られる熱可塑性樹脂を含む基材の可塑化装置および該基材の可塑化方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、外側表面に冷却装置を有する筒状体１と、該筒状体の一方の端部に着脱自在に設けられた通気性支持体３と、該通気性支持体を通して上記筒状体内に加熱ガスを導入する加熱ガス供給装置４とからなり、上記通気性支持体の通気面積が、筒状体の開口面積よりも大きく形成され、筒状体の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体の端部周辺に設けられたフランジによって封鎖されるように構成されており、上記筒状体内に投入されかつ上記支持体上に堆積された熱可塑性樹脂を含む基材の小片５を、上記支持体の通気孔から供給された加熱ガスにより可塑化し、筒状体内面に樹脂の溶融可塑化残渣が残らないように構成されていることを特徴とする上記基材の可塑化装置、および該装置を用いる上記基材の可塑化方法を提供する。
【００１０】
上記本発明の装置および方法において、筒状体１の外側に冷却装置６及び特定の支持体３を設けた以外の構成は従来公知の装置と同様である。このような冷却装置６を設け、筒状体１の内面の温度上昇を抑える、好ましくは熱可塑性樹脂を含む基材の融点もしくは軟化点以下の温度に抑えることによって、筒状体１の内面に上記基材の溶融物が固着残留することが防止され、最終的に得られる成形物の強度および外観品質が向上する。
【００１３】
上記本発明の装置および方法において、通気性支持体３の通気面積を、筒状体１の開口面積よりも大きく形成することによって、後述するように冷却装置６によって可塑化物の周囲の不充分な溶融部分が充分に溶融されるので、前記冷却による可塑化の不均一性がなくなり、前記と同様に最終的に得られる成形物の強度および外観品質が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に好ましい実施の形態を示す図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
図１および図２は、本発明の好ましい装置と方法を説明する図であり、図１および図２に示すように、筒状体１の排気口側に吸引装置２を設けた。図２（ａ）に示す例は、従来公知の装置におけるプランジャーに代えて、通気孔が設けられたヘッド８を有するプランジャー９であって、該プランジャー９を通気性にし、不図示の排気ファンで吸引することによって、筒状体１の内部を吸引された状態にする。図２（ｂ）に示す例は、上記プランジャー９に代えて筒状体１の上方開口面に着脱自在な排気口付き蓋２を設けた例である。この例においても図２（ａ）の場合と同様に、不図示の排気ファンで吸引する。さらに排気側の風速を供給側の風速よりも上げることで、筒状体の内部を吸引された状態にすることが可能となる。このようにして図２に示すように、筒状体１の下方から導入される加熱ガスが上記基材の堆積物内を速やかに通過するとともに迅速に堆積物を可塑化することができる。
【００１５】
本発明の可塑化装置を使用する好ましい方法を、図１および図２を用いて説明する。先ず、吸引装置２を上昇させた状態で、適当な原料供給ホッパー１０から熱可塑性樹脂を含む基材５の小片を定量供給し、筒状体１の下面に設置された通気性支持体３上に上記基材５の小片を堆積させる。次いで図２（ａ）に示すように、吸引装置２のヘッド８を筒状体１の適当な位置に嵌め込み、不図示の排気ファンなどにより吸引して筒状体１内を吸引された状態にする。同時に不図示の加熱ガス発生源から送られてくる加熱ガスを、加熱ガス供給装置４のダクト１１を開とすることによって、堆積物中に加熱ガスを通過させることにより、堆積物が短時間で均一に可塑化される。次いで図４に示すように筒状体１を上昇させるか、あるいは通気性支持体３を下降させるかして、筒状体１と通気性支持体３とを分離し、得られた可塑化物５を、例えば、図５に示す如き成型工程に移して成形する。
【００１６】
本発明の好ましい可塑化装置を使用する方法を図１および図３を用いて説明する。この可塑化装置は、図１において、吸引装置２を有せず、冷却装置６を有する構成である。この実施形態では、前記方法において、堆積物を加熱ガスで溶融および可塑化する際、冷却装置６を作動させて、筒状体１の内面を、熱可塑性樹脂を含む基材の融点もしくは軟化点以下に冷却する。その結果、堆積物が筒状体１の内面に接触した全ての部分において、溶融物が融着して残ることがない。続いて前記のように可塑化物を取り出し、成形工程に移す。
【００１７】
本発明の好ましい可塑化装置を使用する方法を図１を用いて説明する。この方法では、吸引装置２および冷却装置６を同時に使用する。その結果、堆積物の迅速かつ均一な可塑化が行われるとともに、堆積物の一部が筒状体１の内面に付着することがない。続いて前記のように可塑化物を取り出し、成形工程に移す。
【００１８】
本発明の好ましい可塑化装置を使用する方法を図１および図４を用いて説明する。この方法では、前記吸引装置２および冷却装置６に加えて、通気性支持体３の通気面積が、筒状体１の開口面積よりも大きく形成され、筒状体１の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体１の端部周辺に設けられたフランジ７によって封鎖されるように構成されている装置を用いる。前記と同様に堆積物を可塑化した後、図４に示すように、筒状体１と通気性支持体３を分離すると、可塑化物５は通気性支持体３上に載置される。この際、可塑化物５は前記冷却装置６の作用によって、その周囲が充分には溶融していない。上記分離状態でさらに加熱ガスを通過させると、可塑化物の周辺に存在している通気孔から加熱ガスが吹き出され、可塑化物の周辺を溶融する。この際、筒状体１内は好ましくは吸引された状態になっているので、加熱ガスは可塑化物の側面を加熱しながら、筒状体１内に吸引されるので、可塑化物の周辺が効率的に溶融される。続いて前記のように可塑化物を取り出し、成形工程に移す。
なお、本発明の前記装置において、吸引装置を加熱ガス供給装置として用い、かつ加熱ガス供給装置を吸引装置として用い、上記本発明の方法を実施しても同様な効果が得られる。
【００１９】
次に、上記本発明の装置における各部材について説明する。筒状体１は耐熱性の材料であれば特に限定されないが、通常は金属製、好ましくはステンレススチール製であり、さらに好ましくはその内面がフッ素樹脂などでライニングされている。筒状体のサイズは特に限定されないが、その長さ（高さ）は通常約１０〜３０ｃｍであり、その内径の断面形状も特に限定されないが、円状、楕円状、多角形状、その他の形状であり得る。特に最終成形物の外形に近い断面形状が好ましい。内径の面積も特に限定されないが、最終成形物に必要な容積になる面積であることが好ましく、最終成形物の投影面積に対して３０％〜１００％であることがより好ましい。この筒状体１は、後述する通気性支持体３と分離できるように、必要に応じて不図示の昇降手段によって上下動可能に設置することが好ましい。
【００２０】
吸引装置２については、図２にその代表例を示したが、これらの例に限定されない。好ましくは図２（ａ）に示したプランジャー兼用吸引装置である。吸引装置２についてもある程度の耐熱性があればよく、通常金属製である。特にプランジャータイプの場合には、そのヘッド８は通気性であり、かつ筒状体の内面で滑動し得る大きさおよび形状を有しており、プランジャー本体９を経由して不図示の適当な排気装置に連結している。この吸引装置２は図１に示すように、不図示の昇降手段によって上下動し、筒状体１に基材を挿入する際には、図１に示すように、筒状体１の上方に位置し、基材を可塑化する際には図２（ｂ）に示すように、筒状体１内の適当な位置に挿入され、筒状体１内を吸引する。吸引排気された加熱ガスは、不図示の経路に従って加熱ガス発生源に循環され、温度調整されて再利用されることが好ましい。
【００２１】
通気性支持体３は、筒状体１の他方の端部に着脱自在に設けられている。該通気性支持体３もある程度の耐熱性を有するものであれば、材料は特に限定されないが、通常は金属製のメッシュやパンチングメタルなどであることが好ましく、また、基材の可塑化物がプランジャー９によって押圧される際の押圧力に耐え得る強度を有する。また、通気孔は基材の小片が通過しない程度の細かい孔であることが好ましい。また、前記実施形態の装置に使用する場合には、通気性支持体３の通気面積を、筒状体１の開口面積よりも大きく形成しておき、筒状体の開口部より外側になる通気性支持体の通気孔が、筒状体の端部周辺に設けられたフランジ７によって封鎖されるように構成しておく。この通気性支持体３には、可塑化された基材塊が載置されることから、その表面は溶融物が粘着しないように離型処理されていることが望ましい。また、通気性支持体３は加熱ガス供給装置４上に固定されていてもよく、着脱自在に設置されていてもよい。
【００２２】
加熱ガス供給装置４自体は、通気性支持体３に加熱ガスを供給し得るならば、従来公知の構成でよく、ダンパー１１によって、加熱ガスの遮断および送風が可能となっている。この加熱ガス供給装置４も不図示の昇降手段によって上下動可能に構成されていることが好ましいが、前記筒状体１が上下動するように構成されている場合は、固定でもよい。
【００２３】
本発明における冷却手段６は、第１図示のように、筒状体の周囲にジャケットを形成し、一方の供給口から冷却水または冷却空気を導入し、他方の排出口から、水または空気を排出する構成でもよく、また、筒状体の周囲にパイプを巻き付け、該パイプ内に冷却水または冷却空気を通して筒状体の内面を冷却する構成であってもよい。冷却条件は、筒状体内面が前記基材の融点もしくは軟化点以下の温度に冷却されればよい。
【００２４】
次に、本発明の方法で使用する基材および該基材の可塑化条件について説明する。本発明で使用する基材は、短繊維やガラスマットで強化された熱可塑性樹脂基材または長繊維強化熱可塑性樹脂基材、あるいはこれらの強化樹脂から成形された成形物の最終工程で発生する端材やトリミング屑などの破砕小片、さらには使用済み成形物の回収物の破砕小片、さらにはこれらの混合物が使用可能であるが、以下長繊維強化熱可塑性樹脂基材（以下単に「基材」という）を代表例として説明する。
【００２５】
本発明において使用される熱可塑性樹脂としては、特に制限はなく、一般に市販されている種々のものが使用可能である。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスチレンなどが挙げられる。なかでも、繊維への含浸性、コスト、物性の点から、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、またはポリエステル系樹脂が特に好ましく使用される。ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレンなど；ポリアミド系樹脂としては、例えば、ナイロン６６、ナイロン６、ナイロン１２、ＭＸＤナイロンなど；ポリエステル系樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどが挙げられる。これらの樹脂を用いることが、本発明においては特に好ましい。これらの樹脂には、着色剤、変性剤、酸化防止剤、耐紫外線剤などの添加剤を混合することができる。
【００２６】
また、本発明で使用する基材に用いる強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維などが挙げられ、得られる成形体の使用目的に応じて適宜選択することができる。例えば、電磁波シールド用の複合材であれば、炭素繊維が挙げられ、また、コストパフォーマンスを重視するものであればガラス繊維が挙げられる。これらは単独使用しても組み合わせて使用してもかまわない。
【００２７】
上記ガラス繊維は、そのモノフィラメントの平均径が通常は６〜２３μｍであり、さらに１０〜１７μｍであることが好ましい。モノフィラメントの平均径が６μｍ未満の場合は、基材がコスト高になるとともに、基材中の強化繊維の含有量が同じ場合には、強化繊維の表面積が大きくなり、成形時の流動性が劣るので好ましくない。一方、モノフィラメントの平均径が２３μｍを超える場合は、得られる基材の機械的物性が劣るために好ましくない。
【００２８】
また、１本の基材に含まれる連続強化繊維のフィラメント数は、１００〜１６００本であることが好ましい。フィラメント数が１００本未満であると、充分な強度を有する基材を製造するには、多数本の基材が必要となり、作業が煩雑となる。一方、フィラメント数が１６００本を超えると、モノフィラメント間にまで熱可塑性樹脂を均一に含浸させることが困難になるとともに、得られる基材が太くなり、本発明の目的が達成できなくなる。さらに、成形体にした場合、繊維の分散性に劣り、最終的に得られる成形体において期待される強度を達成することが困難になる。
【００２９】
本発明で使用する基材は、該基材を散布堆積させたときに加熱ガスが堆積物中に容易に通るように嵩高になることが好ましい。基材の嵩高さの程度は、基材を堆積させたときの嵩密度をρ1とし、基材の真密度をρ0としたとき、１／１００≦ρ1／ρ0≦１／２であることが好ましく、１／５０≦ρ1／ρ0≦１／３が特に好ましい。ρ1／ρ0が１／２を超えると、嵩高さの程度が小さくなり、加熱ガスの通りが劣り、加熱溶融させる時間が長くなる。一方、ρ1／ρ0が１／１００未満であると、嵩高になり過ぎて密度が小さくなり、加熱ガスを通過させる容量が多い割には得られる溶融物の量が少なくなるため、生産効率が劣り好ましくない。
【００３０】
なお、基材を散布堆積させたときの嵩密度ρ1は、容量が測定できる容器、例えば、メスシリンダー、ビーカーなどであって、基材の長さよりも十分に大きい内径を有するものを用い、基材をできるだけランダムに堆積させて測定することができる。また、基材の真密度ρ0は、用いる基材の理論密度を求めることによって得ることができる。
【００３１】
また、本発明において使用される上記基材は、以下のａ）〜ｄ）の特徴を有することが好ましい。
ａ）平均径が０．１〜１．５ｍｍの線材状形態である、
ｂ）強化繊維含有率が１５〜８０ｖｏｌ％である、
ｃ）平均長Ｌが１０〜５０ｍｍである、
ｄ）平均径をＤとしたときのＬ／Ｄが１５〜１００である。
基材が、上記特徴を有する場合、該基材が細くて針状のものとなり、その堆積物は容易に嵩高になるので、加熱ガスは堆積物中をスムーズに通り、基材は均一にかつ迅速に加熱されることになる。
【００３２】
また、前記溶融塊中の平均繊維長が、基材中のその元の長さの９５％以上を保持するように前記溶融塊を形成することが好ましく、これによって得られる成形体、例えば、安全靴用先芯などの機械的強度を向上させることができる。さらにまた、上記成形体中の平均繊維長が、基材中のその元の長さの９０％以上を保持するように、前記溶融塊形成工程および成形工程を行うことが好ましく、これによって得られる安全靴用先芯などの成形体の機械的強度を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明に用いる基材は、線材状またはテープ状形態をなすが、好ましくは線材状形態が採用される。ここで、線材状形態とは、基材の断面形状が円形か、あるいは楕円形に近い形態をしており、断面の長径／短径が３以下である基材を意味する。長径／短径が３を超える、例えば、テープ状の偏平な形態のものでは、基材は２次元に散布されやすく、この場合、線材状形態の基材に比べて、加熱ガスを充分に通過させる隙間をうまく形成できないことがある。
【００３４】
基材が線材状形態をなす場合、その平均径は、０．１〜１．５ｍｍであることが好ましく、０．２〜１．０ｍｍであることがさらに好ましい。この平均径が０．１ｍｍ未満であると、基材を製造する際に、フィラメント切れや羽毛立ちが生じ、生産性が劣る。また、平均径が１．５ｍｍを超えると、加熱ガスによる加熱効率が劣るとともに、得られる基材が太くなって強化繊維の分散性が劣るために、最終的に得られる成形体において期待される機械的強度を発現することができず好ましくない。
【００３５】
また、基材の長さ（切断長）は、１０〜５０ｍｍであることが好ましく、１５〜４０ｍｍであることがさらに好ましい。切断長が１０ｍｍ未満の場合には、最終的に得られる成形体の機械的物性が劣るために好ましくない。一方、切断長が５０ｍｍを超える場合は、取扱い性が劣り、また、基材のプレス成形時の流動性が劣るために好ましくない。
【００３６】
基材が線材状形態をなす場合、その平均径をＤとし、平均長をＬとしたときの、Ｌ／Ｄが１５〜１００であることが好ましく、３０〜８０であることがさらに好ましい。Ｌ／Ｄが１５未満であると、基材を散布、堆積させたときに堆積物が嵩高になりがたくなる。この場合、加熱ガスが通過する流路をうまく形成することができないため、均一に加熱することが困難になる。一方、Ｌ／Ｄが１００を超えると逆に嵩高になり過ぎて堆積物の密度が小さくなり、加熱ガスを通過させる容量が多い割には、溶融物の量が少なくなるため、生産効率に劣り好ましくない。また、Ｌ／Ｄを上記範囲にすることにより、溶融塊を成形型に供給する際に、強化繊維が成形型内で絡んだまま流れやすくなる。これにより、得られる成形体中に強化繊維が均一に分散しやすくなり、成形体の強度を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明に用いる基材において、強化繊維の含有率が１５〜８０ｖｏｌ％であることが好ましく、２０〜７０ｖｏｌ％であることがさらに好ましい。強化繊維の含有率が１５ｖｏｌ％未満の場合は、補強効果が低く、一方、強化繊維の含有率が８０ｖｏｌ％を超える場合は、繊維を包むマトリックス（熱可塑性樹脂）の量が少なすぎ、後述する樹脂の含浸率を９５％以上に保持することが困難となる。
【００３８】
本発明に用いる基材は、上記熱可塑性樹脂の含浸率が９５％以上であることが好ましい。例えば、安全靴用先芯などの成形体中の上記含浸率が９５％未満であると、均一な機械的特性を有する成形体が得られず、また、得られた成形体の表面に強化繊維が浮き出す場合があり好ましくない。
【００３９】
ここで上記含浸率とは、基材の断面を２００倍の電子顕微鏡で、２０μｍのメッシュをおいて観察したとき、観察された全断面積とボイド面積とから以下の式１によって求めた値を意味する。なお、メッシュ中に少しでもボイド（空気の泡）が認められれば、このメッシュは、ボイド面積として加えられる。
｛（全断面積−ボイド面積）／全断面積｝×１００（％）  式１
【００４０】
基材を製造する方法は、強化繊維ストランドを溶融樹脂浴に送り込み、溶融含浸法により樹脂を強化繊維ストランド中に含浸させた後、１本または複数本の強化繊維ストランドを１個のノズルから引き抜いて長い、または連続した基材を得る方法が好ましい。さらに、スプリットを施すことなく集束した１本の強化繊維ストランドを１個のノズルから引き抜く方法を採用すると、ノズルからの引き抜きが容易になり、強化繊維の含有率を高めることができ、かつ、毛羽の発生を少なくすることができるために好ましい。
【００４１】
上記の方法が使用される場合、小さい径の基材が得られやすい。こうして得られた基材は、小さい熱容量で容易に軟化または固化させることができる。その結果、基材の加熱時間を短縮させることが可能となるため、基材の加熱時において、基材に含有される樹脂の熱劣化を最小限にすることが可能である。
【００４２】
上記の如き基材の堆積物中に加熱ガスを通過させることにより、堆積された基材に含まれる樹脂を溶融させ、基材の自重、または外部からの押圧によって基材の嵩を小さくさせて、基材がまとまった状態の溶融塊を形成する。基材の自重で得られる溶融塊は、嵩高で表面積が大きいものであるため、低圧で押圧することにより押圧溶融塊を形成することが好ましく、こうすることにより、成形型に移す際の取扱い性を良好にし、成形型に移すまでの間に冷却されにくくできる。嵩高の溶融塊を押圧する圧力は０．１〜１．５ｋｇ／ｃｍ2が好ましい。この場合、基材全体が加熱され、柔軟になっているため、押圧しても強化繊維の折れや破損がなく、比較的高い密度の溶融塊を得ることができ、それによって最終的に得られる成形体は充分な機械的強度と優れた外観を有することができる。
【００４３】
溶融塊が筒状体中で押圧される場合、過剰な加熱を避けるために加熱ガスを遮断していることが好ましい。また、上記押圧ではプランジャーを用いることが好ましく、また、溶融塊の温度を低下させないために加熱プランジャーを用いることがより好ましい。また、プランジャーの押圧面は、上記筒状体の内側断面に合うように設計することが好ましい。こうしてプランジャーにより押圧された溶融塊は、実質上隙間がない高密な材料であってもよいし、また、ハンドリングが可能な程度の、多少隙間の残る材料であってもかまわない。
【００４４】
加熱ガスは加熱ガス発生機などによって得ることができる。本発明に使用する加熱ガスは特に限定されるものではなく、その例としては、空気、不活性ガス、還元性ガスなどが挙げられる。このうち空気および／または不活性ガスが好ましく採用される。使用する熱可塑性樹脂が熱のために酸化されず、成形体の機械的強度が悪影響を受けない場合には、空気を用いることがコスト的に有利である。一方、悪影響を受ける場合は、不活性ガスまたは還元性ガスを単独または混合して用いることが好ましい。ここでいう不活性ガスとは、希ガス元素の気体や化学的に不活性なＮ2やＣＯ2のような気体を含むものである。また、これらのガスに酸化を防止するために還元性ガスを加えてもよい。
【００４５】
上記加熱ガス温度Ｔは、基材に用いる熱可塑性樹脂によっても異なる。用いる熱可塑性樹脂の融点をＴ1とした場合、以下の式：
Ｔ1≦Ｔ≦Ｔ1＋１００℃、特に、Ｔ1＋１０℃≦Ｔ≦Ｔ1＋８０℃を満足すことが好ましい。ＴがＴ1より小さい場合は、樹脂を溶融させることが困難となり、また、ＴがＴ1＋１００℃を超える場合には、熱劣化を引き起こし、成形体の機械的強度を低下させるため好ましくない。また、堆積物中に吹き込む加熱ガスの風速は、用いる筒状体、基材の形態や大きさなどによるため特に限定されない。しかし、加熱効率を向上させるためには０．３〜１０ｍ／ｓ、特には０．５〜５ｍ／ｓが好ましい。さらに吸引装置を用いて吸引する場合には、吸引側の風速を供給側の風速とほぼ同様またはそれ以上に上げることで基材の加熱が均一になるとともに、基材の可塑化の効率が向上するので好ましい。
【００４６】
本発明では、線材状またはテープ状形態の基材を用い、これを加熱ガスで加熱することにより、均一かつ効率的に短時間で、上記基材から溶融塊を製造することを可能にしたものである。さらに、本発明では、ほとんど剪断力を加えずに溶融塊を作成するために、得られる溶融塊中の強化繊維の残存平均繊維長は、基材の元の平均長を容易に維持できる。かくして、かかる溶融塊中の強化繊維の残存平均繊維長は、好ましくは９５％以上、特には９７％以上であることがさらに好ましい。これにより、強化繊維のモノフィラメントの破損が防止され、剪断を加えた場合の繊維の嵩高膨張による流動性の低下、あるいは空気の巻き込みによる樹脂の劣化が抑制され、得られる成形体の機械的強度が低下することがない。
【００４７】
上記溶融塊を成形型に供給しプレス成形する工程は、上記のようにして形成された溶融塊を取出し、例えば、人手、コンベヤー、ロボットなどにより成形型に移動させる。成形型への供給方法は、用いる熱可塑性樹脂の流動性、外観性、固化時間を考慮して適宜選択することができ、成形流動性を維持させるために溶融塊を直接成形型に供給することが好ましい。
【００４８】
成形工程における溶融塊をプレス成形する条件は、用いる熱可塑性樹脂の流動性、外観性、固化時間を考慮して適宜選択すればよいが、一般には通常のプレス成形の条件を採用することができる。例えば、成形型はヒーターなどで加温されることが好ましく、また、成形温度は熱可塑性樹脂の融点以下で、通常の熱可塑性樹脂を成形する場合の成形温度に準じることができる。また、プレス圧力は、８０〜３００ｋｇ／ｃｍ2が好ましい。
【００４９】
本発明の装置および方法で得られた可塑化物は、自動車部品、家電製品、産業資材、土木資材、日用品などの各種成形体の製造に適用することができる。特に安全靴用先芯にも好適であり、該安全靴用先芯は、３５ｇ以下の重量で、かつ最大肉厚部が４ｍｍ以下を有し、ＪＩＳ  Ｔ８１０１に規定される安全靴のＳ種規格の性能を満足することができる。
【００５０】
【実施例】
次に実施例および比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
実施例１
平均径１３μｍのモノフィラメントを用いて、集束本数を６００本とした１本のガラス繊維ストランドをＭＩ（メルトインデックス）＝４０の酸変性した溶融ポリプロピレン（２６０℃）中に導入し、溶融含浸を行った後、内径０．５３ｍｍのノズルから５０ｍ／ｍｉｎの速度で引き抜き、さらにペレタイザーで長さが２０ｍｍとなるように切断することにより基材を得た。得られた基材の平均径は０．５３ｍｍであり、Ｌ／Ｄは３７．７、ガラス含有率は４５．５ｖｏｌ％、樹脂の含浸率（ｎ＝５の平均値、ｎは測定回数を表す。）は１００％であった。
【００５１】
なお、上記ガラス含有率は、得られた基材を６００℃の電気炉中で加熱して樹脂を焼失させた後に残存するガラスの重量から得たガラス含有率（ｗｔ％）を、樹脂の比重を０．９１、ガラスの比重を２．５４としてｖｏｌ％に換算することにより求めた。
【００５２】
上記で得られた基材３０ｇを、図１に示される内径６０ｍｍの筒状体１内に散布堆積させた後、吸引装置２であるプランジャー９のヘッド８を筒状体１内の上方に挿入し、排気ファンにより吸引した。同時に筒状体１の下部より通気性支持体３（金属メッシュ）を通して加熱ガスを吹き入れて堆積物を溶融させた。加熱ガスの流速は２．０ｍ／ｓであり、通気性支持体３上の加熱ガスの温度は２００℃、溶融時間は２０秒であった。
【００５３】
次に、加熱ガスの吹き入れを止め、２００℃に加熱されたプランジャーヘッド８を筒状体１内を下降させて、１ｋｇ／ｃｍ2の圧力で溶融物を押圧することによって溶融塊を得た。溶融塊中のガラス繊維の残存繊維長を求めるため、上記溶融塊を６００℃で焼失させた後、残ったガラス繊維のモノフィラメントを任意に１００本選びその平均値を測定した。残存繊維長は２０ｍｍであり、基材中の元の繊維長の１００％を保持していた。
【００５４】
比較例１
実施例１において、吸引装置２の代わりに通気孔を有さないヘッドを有するプランジャーを使用し、筒状体内から該プランジャーを引き抜き、加熱ガスを通過させる以外は、実施例１と同様に溶融塊を作製した。その結果、溶融時間は３０秒であった。なお、溶融塊中のガラス繊維の残存繊維長は実施例１と変わらなかった。
【００５５】
実施例２
図１に示す装置において、吸引装置２を使用せず、冷却装置６を使用した以外は、比較例１と同様に溶融塊を作製した。なお、冷却はジャケット内に２０℃の空気を通過させて行い、筒状体の内面を約８０℃に保持するように冷却した。その結果、溶融時間は比較例１とほぼ同じであり、溶融塊は筒状体１から容易に離脱し、筒状体１の内面には溶融物の付着は認められなかったが、得られた溶融塊の周辺は溶融が充分とはいえなかった。これに対して上記比較例１において、溶融塊を筒状体から取り出す際に、かなりの抵抗があり、また、筒状体の内部には溶融物の薄い層が随所に認められた。
【００５６】
実施例３
図１に示す装置において、吸引装置２および冷却装置６の双方を使用した以外は、実施例１と同様に溶融塊を作製した。なお、冷却はジャケット内に７０℃の水を通過させて行い、筒状体の内面を約８０℃に保持するように冷却した。吸引装置による吸引は実施例１と同様にした。その結果、溶融時間は実施例１と同じであり、溶融塊は筒状体１から容易に離脱し、筒状体１の内面には溶融物の付着は認められなかったが、得られた溶融塊の周辺は溶融が充分とはいえなかった。これに対して上記比較例１において、溶融塊を筒状体から取り出す際に、かなりの抵抗があり、また、筒状体の内部には溶融物の薄い層が随所に認められた。
【００５７】
実施例４
図１に示す装置において、吸引装置２、通気性支持体３および冷却装置６を使用した以外は、実施例１と同様に溶融塊を作製した。なお、吸引および冷却は実施例３と同一条件とした。溶融後、図４に示すように筒状体１と通気性支持体３とを筒状体の底面が溶融塊の上面より５ｍｍ上方に分離させ、さらに１０秒間加熱ガスを流した。溶融塊は筒状体１から容易に離脱し、筒状体１の内面には溶融物の付着は認められなかった。また、溶融塊の周辺も充分に溶融していた。これに対して上記比較例１において、溶融塊を筒状体から取り出す際に、かなりの抵抗があり、また、筒状体の内部には溶融物の薄い層が随所に認められた。
【００５８】
【発明の効果】
以上の如き本発明によれば、熱可塑性樹脂を含む基材の可塑化を均一に行い、かつ強度および外観に優れた成形物が得られる上記基材の可塑化装置および上記基材の可塑化方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図２】  本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図３】  本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図４】  本発明の可塑化装置および可塑化方法を説明する図。
【図５】  本発明の可塑化方法で得られた溶融塊の成形方法を説明する図。
【符号の説明】
１：筒状体
２：吸引装置
３：通気性支持体
４：加熱ガス供給装置
５：堆積された基材の小片
６：冷却装置
７：フランジ
８：通気性ヘッド
９：プランジャー
１０：原料供給ホッパー
１１：ダンパー
１２：雄型
１３：雌型
【図１】
0003728219.tif 000002
【図２】
0003728219.tif 000003
【図３】
0003728219.tif 000004
【図４】
0003728219.tif 000005
【図５】
0003728219.tif 000006