(57)【要約】【課題】簡単な構造の製造装置を用いて、望ましい形態で繊維束への樹脂被覆を行うことが可能な繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供する。【解決手段】連続した繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径φＬ１（ｍｍ）と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前３０ｍｍにおける最大径Ｌ２（ｍｍ）と、樹脂が被覆された後の成形体中の繊維の体積分率Ｖｆ（％）とから式：Ｘ＝（１００−Ｖｆ）／（Ｌ１−Ｌ２）で求められるＸの値が４５０以上であることを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。【選択図】図２
2005248023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した繊維束を引き取りながら樹脂被覆ダイを通過させることによって繊維束に熱可塑性樹脂を被覆させて繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法において、繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径φＬ１（ｍｍ）と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前３０ｍｍにおける最大径Ｌ２（ｍｍ）とが次式（１）を満足する樹脂被覆ダイを使用することを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
Ｌ１＜Ｌ２＋０．２  （１）
但し、Ｌ１−Ｌ２≧０．０５である。
【請求項２】
連続した繊維束を引き取りながら樹脂被覆ダイを通過させることによって繊維束に熱可塑性樹脂を被覆させて繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法において、繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径φＬ１（ｍｍ）と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前３０ｍｍにおける最大径Ｌ２（ｍｍ）と、樹脂が被覆された後の成形体中の繊維の体積分率Ｖｆ（％）とから次式（２）で求められるＸの値が４５０以上であることを特徴とする、繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
Ｘ＝（１００−Ｖｆ）／（Ｌ１−Ｌ２）  （２）
但し、Ｌ１−Ｌ２≧０．０５、また、Ｖｆは、５０≧Ｖｆ＞１０の範囲である。
【請求項３】
Ｘ値が５００以上であることを特徴とする、請求項２に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項４】
Ｖｆが、５０≧Ｖｆ≧２０の範囲にあることを特徴とする、請求項２または３に記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項５】
繊維束を構成する繊維が炭素繊維であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【請求項６】
熱可塑性樹脂がポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、スチレン系重合体から選ばれる１種の樹脂または２種以上の混合樹脂であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性樹脂と繊維とからなる繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。さらに詳しくは、連続した繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径を、繊維束径に応じて最適化することで溶融樹脂を良好に被覆できるようにした繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続した繊維束を連続的に熱可塑性樹脂で被覆するには、樹脂被覆ダイの中心部に繊維束を通し、押出機より熱可塑性樹脂を樹脂被覆ダイに押し込み繊維束の周りに樹脂膜を形成して被覆するのが一般的であり、その代表的なものが電線被覆法である。例えば、特許文献１には、構造が簡単で経済的な装置で繊維強化熱可塑性樹脂成形体を得る製造方法が開示されている。しかしこの製造方法では、繊維束が樹脂被覆される際に成形体中心へ配置されるような工夫がないため、繊維束の一方の面側にのみ樹脂が偏って被覆される傾向があり、被覆された後の被覆樹脂中の繊維の体積分率が低い領域では問題にならないものの、体積分率が高い領域では、樹脂の繊維未被覆部分の残存により、製造工程中の繊維束の破断、毛羽立ちを招き、最終的には製造装置内における糸切れを引き起こしたり、その後該成形体をカッティングして得られるペレット等に毛玉を生じさせる原因となり、またかかるペレット等を原料とした成形品に品質上の欠陥を生じさせる原因となっていた。
【０００３】
一方、このような樹脂の繊維未被覆部分の発生を解消する技術に関して、例えば特許文献２には、繊維束通路として特定の形状を有する蛇行通路を有する樹脂被覆ダイを使用する方法が開示されており、また、特許文献３には、樹脂被覆ダイ内で繊維束に樹脂を二度被覆する方法が開示されているが、これらの方法は製造装置が複雑になりメンテナンスも困難になるため、経済的な問題を抱えている。このように、製造装置の構造が簡単であって、繊維束への樹脂被覆が改良された繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法の出現が望まれていた。
【特許文献１】特開平１０−２７８０９２号公報
【特許文献２】特許第３４１５２６１号公報
【特許文献３】特開平３−２７２８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、かかる従来技術における問題点に鑑み、簡単な構造の製造装置を用いて、望ましい形態で繊維束への樹脂被覆を行うことが可能な繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、連続した繊維束を引き取りながら樹脂被覆ダイを通過させることによって繊維束に熱可塑性樹脂を被覆させて繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法において、繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径φＬ１（ｍｍ）と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前３０ｍｍにおける最大径Ｌ２（ｍｍ）とが次式（１）を満足する樹脂被覆ダイを使用することを特徴とする方法からなる（第１の方法）。
Ｌ１＜Ｌ２＋０．２  （１）
但し、Ｌ１−Ｌ２≧０．０５である。
【０００６】
また、本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、連続した繊維束を引き取りながら樹脂被覆ダイを通過させることによって繊維束に熱可塑性樹脂を被覆させて繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造する方法において、繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径φＬ１（ｍｍ）と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前３０ｍｍにおける最大径Ｌ２（ｍｍ）と、樹脂が被覆された後の成形体中の繊維の体積分率Ｖｆ（％）とから次式（２）で求められるＸの値が４５０以上であることを特徴とする方法からなる（第２の方法）。
Ｘ＝（１００−Ｖｆ）／（Ｌ１−Ｌ２）  （２）
但し、Ｌ１−Ｌ２≧０．０５、また、Ｖｆは、５０≧Ｖｆ＞１０の範囲である。
【０００７】
この第２の方法においては、Ｘ値が５００以上であることが好ましい。また、Ｖｆが、５０≧Ｖｆ≧２０の範囲にあることが好ましい。
【０００８】
また、上記第１、第２の方法においては、繊維束を構成する繊維として各種の強化繊維を使用でき、代表的には炭素繊維を使用できる。また、熱可塑性樹脂としては、例えばポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、スチレン系重合体から選ばれる１種の樹脂または２種以上の混合樹脂を使用できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前における最大径とを特定の関係とすることにより、あるいは、樹脂被覆ダイ入口ノズルの直径と、繊維束が樹脂被覆ダイへ導入される手前における最大径と、樹脂が被覆された後の成形体中の繊維の体積分率とから求められるＸ値を特定の範囲に入るようにすることにより、装置的には簡素な構造に保ちつつ、繊維束に対し全周にわたって偏りのない均一な状態での良好な樹脂被覆状態を得ることが可能となり、製造中のトラブルを生じさせることなく、目標とする優れた性能、形態の繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれら実施態様に限定されるものではない。
【００１１】
図１は、本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に使用される製造工程全体の概略を示したのものである。図中、１はロービングから取り出された連続繊維束で矢印ｖの方向へ走行される。２は開繊装置、３は開繊された連続繊維束、４は溶融熱可塑性樹脂を供給する押出機、５は連続繊維束３に溶融熱可塑性樹脂を被覆する樹脂被覆ダイ、６は溶融熱可塑性樹脂が被覆された連続繊維束、７は冷却装置、８はペレタイズ装置、９はペレット化された繊維強化熱可塑性樹脂成形体をそれぞれ示している。
【００１２】
上記連続繊維束１としては、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繊維等またはこれらの組み合わせが使用でき、ロービング、ヤーン等の連続繊維が使用できる。これらの繊維は、通常公知の表面処理剤（集束剤）で処理したものが使用されるが、これに限定されない。これらの繊維の中では、得られる繊維強化樹脂成形体の特性を考慮すると、炭素繊維が好ましい。また、炭素繊維の繊維径は特に制限はないが、得られる繊維強化樹脂成形体の力学特性の観点から１〜５０μｍが好ましく適用できる。
【００１３】
連続繊維束１は、開繊装置２により開繊される。開繊手段は特に限定されず、例えばロールバー、静電気、エアージェット、ウオータージェット、テンションバー、ニードルパンチなどの方法を用いることができる。
【００１４】
本発明においては、樹脂被覆ダイ５の入口ノズル径が重要な要素となる。本発明の樹脂被覆工程で採用される樹脂被覆ダイ５には、クロスヘッドダイを用いることが好ましい。図２は樹脂被覆工程を説明するものである。３は開繊された連続繊維束、５は樹脂被覆ダイ、１０は押出機４から供給された溶融熱可塑性樹脂、６は溶融熱可塑性樹脂が被覆された連続繊維束、Ｌ２（ｍｍ）は樹脂被覆ダイのノズル入口より３０ｍｍ手前の連続繊維束最大径、φＬ１（ｍｍ）は入口ノズル径を示している。
【００１５】
後述の実施例で説明するように、Ｌ２が１．６５ｍｍである炭素繊維束を使用して、種々のφＬ１径で、種々の繊維体積分率を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造したときのペレット不良率（得られたペレット中の不良ペレットの数の割合）の結果を表１に示す。表２は、Ｌ２が１．２０ｍｍの場合の結果である。得られる成形体の良否はペレット不良率で判断され、好ましくは０．３％未満、最も好ましくは０％である。
【００１６】
表１から明らかなとおり、（Ｌ１＋０．２）である１．８５ｍｍ未満で不良率が０．３％未満と好ましい繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られる。表２も同様に、（Ｌ１＋０．２）の１．４０ｍｍ未満で不良率が０．３％未満と好ましい繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られる。また、表１、表２とも（Ｌ１−Ｌ２）が０．０５ｍｍ未満では、入口ノズル部で炭素繊維束の破断が生じ製造不可能である。
【００１７】
これらの結果から本発明に至った。すなわち、入口ノズル径φＬ１（ｍｍ）が、Ｌ２（ｍｍ）との関係が式（１）を満足する樹脂被覆ダイを使用することを特徴とする第１の方法である。
Ｌ１＜Ｌ２＋０．２  （１）
但し、Ｌ１−Ｌ２≧０．０５である。
【００１８】
また、上記実験結果をφＬ１（ｍｍ）、Ｌ２（ｍｍ）、製造した繊維強化熱可塑性樹脂成形体の繊維体積分率Ｖｆ（％）とペレット不良率とを解析した結果、本発明の第２の方法に至った。すなわち、次式（２）で求められるＸ値が４５０以上であることを特徴とする方法である。
Ｘ＝（１００−Ｖｆ）／（Ｌ１−Ｌ２）  （２）
但し、Ｌ１−Ｌ２≧０．０５、また、Ｖｆは、５０≧Ｖｆ＞１０の範囲である。
【００１９】
前述の表１、表２に式（２）から求められるＸ値を記載したが、Ｘ値が４５０以上で好ましい成形体が得られ、Ｘ値が５００以上でより好ましい成形体が得られる。また、本発明におけるＶｆ（％）の好ましい範囲は、５０≧Ｖｆ＞１０であり、より好ましくは、５０≧Ｖｆ≧２０である。Ｖｆがこの値より小さいと効果が小さく、Ｖｆが５０％より大きいと樹脂被覆量が少ないため本発明の方法で良好な成形体を得ることは困難である。本発明を利用すれば、使用する繊維のＬ２（ｍｍ）、製造する成形体の繊維体積分率Ｖｆ（％）から、製造するに好ましい入口ノズル径を容易に求めることが可能となる。
【００２０】
入口ノズル形状は、繊維束がノズルへ接触した場合、例えば四角形状では角部で繊維破断が発生し易いため、円形が好ましい。出口ノズル形状は、特に限定しないが、製造する繊維強化熱可塑性樹脂成形体の断面形状に制約がない限り、加工費の点から円形が好ましい。また、出口ノズルは図２に示すように繊維束走行方向に入口ノズルに対して水平で真っ直ぐである。
【００２１】
樹脂被覆ダイについて、大きさ、形状は特に制限はない。図２では、樹脂被覆ダイ５には一本の開繊された連続繊維束３のみ示しているが、実際には図面に垂直の奥行き方向（通路の幅方向と同じ）に連続繊維束３が多数平行して通過し、これらに対し同時に樹脂被覆を行うことができるようになっている。溶融樹脂の供給は、図１では上側からの例であるが、どの方向であってもよい。
【００２２】
本発明において、前記被覆用樹脂としては、通常の熱可塑性樹脂を用いる。熱可塑性樹脂としては、結晶性および非晶性の両者を含み、樹脂の分子量としては、繊維束へ被覆後に適当な強度を発揮するものであれば特に制限はない。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレートやポ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６６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２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、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキサイド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルアミド、ポリエーテルイミド、アクリロニトリル・スチレン樹脂等のスチレン系重合体、その他の熱可塑性樹脂およびこれらの組み合わせが使用できる。中でも得られる繊維強化樹脂成形体の特性を考慮するとポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルファイド、スチレン系重合体が好ましく採用される。
【００２３】
上記熱可塑性樹脂には、繊維強化樹脂成形体の用途、使用条件に応じて各種の添加剤、例えば酸化防止剤、帯電防止剤、浸滑剤、可塑剤、離型剤、難燃剤、難燃焼助剤、結晶化促進剤、着色剤、無機充填剤等を配合することもできる。
【００２４】
冷却装置７は、箱体の上面を内部から冷却水で冷やす態様のものに構成でき、樹脂被覆された連続繊維が箱体の上面を通過することで冷却される。冷却装置はその冷却方法に特に制限はないが、乾燥した成形体を得られる点から、上記のような接触式または乾燥冷気送風などの空冷式が好ましい。
【００２５】
ペレタイズ装置８は、ガットを引き取るニップ部とガットをカットするカット部を有する一般的なものであり、引き取りとカッティングが可能であれば特に制限されない。また、引き取りとカッティングを個別の装置を使用して行うことも好ましい。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、不良率は、１時間毎に１０回ペレット２００ｇを採取し、樹脂被覆不良、毛羽、割れなどの不良ペレット数を数え、採取した総ペレット数に占める割合を百分率（％）で表した。
【００２７】
実施例１
繊維束として東レ（株）製炭素繊維（商品名”トレカ”、グレードＴ７００ＳＣ−２４０００）、熱可塑性樹脂として東レ（株）製ポリアミド６（商品名”アミラン”、グレードＣＭ１０１７）からなる種々の炭素繊維体積分率を有する繊維強化熱可塑性樹脂成形体を、図１の装置を用いて、ガット引き速度１５ｍ／分として、種々のノズル径で製造した。Ｌ２は１．６５ｍｍであった。それぞれの条件での不良率を表１に表す。なお、（１．６５＋０．０５）ｍｍ未満である１．６８ｍｍのノズル径においては、入口ノズルで繊維束が破断し製造不可能であった。
【００２８】
実施例２
強化繊維として東レ（株）製炭素繊維（商品名”トレカ”、グレードＴ３００−１２０００）を使用して、種々のノズル径を使用した他は、実施例１と同様に製造した。Ｌ２は１．２０ｍｍであった。それぞれの不良率を表２に表す。なお、（１．２０＋０．０５）ｍｍ未満である１．２３ｍｍのノズル径においては、入口ノズルで繊維束が破断し製造不可能であった。
【００２９】
【表１】
2005248023.tif 000003
【００３０】
【表２】
2005248023.tif 000004
【００３１】
表１、表２のとおり、入口ノズル径φＬ１が（Ｌ２＋０．２）ｍｍ未満のとき不良率０．２％以下の好ましい成形体が得られた。また、φＬ１、Ｌ２、Ｖｆから求められるＸ値が４５０以上で更に不良率の小さい成形体が得られ、Ｘ値が５００以上で不良率０％の最も好ましい成形体が得られた。本実施例のとおり、本発明の効果は明らかであった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法は、連続した繊維束を引き取りながら樹脂被覆ダイを通過させることによって繊維束に熱可塑性樹脂を被覆させて繊維強化熱可塑性樹脂成形体を製造するあらゆる用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施態様に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法に用いる装置の概略構成図である。
【図２】図１の装置に用いられる樹脂被覆ダイの一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  連続繊維束
２  開繊装置
３  開繊された繊維束
４  押出機
５  樹脂被覆ダイ
６  熱可塑性樹脂樹脂が被覆された繊維束
７  冷却装置
８  ペレタイズ装置
９  ペレット形状の繊維強化熱可塑性樹脂成形体
１０  溶融熱可塑性樹脂
φＬ１  入口ノズル径
Ｌ２  入口ノズル手前３０ｍｍでの繊維束の最大径
【図１】
2005248023.tif 000005
【図２】
2005248023.tif 000006