(57)【要約】【課題】簡単な構造の製造装置を用いて、望ましい形態で強化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】連続した強化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強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸、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、強化繊維束を、樹脂被覆ダイの入口ノズルに対し、斜め上方から導入することを特徴とする方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続した強化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強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸、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、強化繊維束を、樹脂被覆ダイの入口ノズルに対し、斜め上方から導入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。
【請求項２】
強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角を、樹脂被覆ダイ入口の手前に設けたガイドにより設定することを特徴とする、請求項１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３】
強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角を、樹脂被覆ダイの軸線に対して、＋１度〜＋２０度の範囲内に設定することを特徴とする、請求項１または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】
強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角を、樹脂被覆ダイの軸線に対して、＋５度〜＋１５度の範囲内に設定することを特徴とする、請求項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】
強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角を、樹脂被覆ダイの軸線に対して、＋５度〜＋１０度の範囲内に設定することを特徴とする、請求項４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】
強化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１〜５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、熱可塑性樹脂と強化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、強化繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口の手前に設けたガイドにより、強化繊維束の導入角を設定することで、強化繊維の破断、毛羽立ちを抑制し、かつ、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】
連続した強化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強化繊維束を通し、押出機より熱可塑性樹脂を樹脂被覆ダイに押し込み強化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にて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は、強化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、強化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強化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強化繊維未被覆部分の残存により、製造工程中の強化繊維の破断、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、該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】
また、強化繊維の破断、毛羽立ちは、樹脂を被覆する前の樹脂被覆ダイ入口部でも発生しやすく、そのため上記のような樹脂被覆不良を生じさせる原因でもあった。
【０００４】
一方、このような樹脂の強化繊維未被覆部分を解消する技術に関して、例えば特許文献２には、通路が特定の形状を有する蛇行通路に形成された樹脂被覆ダイを使用する方法が、特許文献３には、樹脂被覆ダイ内で強化繊維へ樹脂を２度被覆する方法などが開示されているが、これらの方法では、製造装置が複雑になりメンテナンスも困難であり、経済的に問題となっていた。以上のように、製造装置の構造が簡単であって、強化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】
【０００５】
そこで本発明の課題は、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、望ましい形態で強化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】
【０００６】
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、連続した強化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強化繊維束に熱可塑性樹脂を含浸、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、強化繊維束を、樹脂被覆ダイの入口ノズルに対し、斜め上方から導入することを特徴とする方法からなる。
【０００７】
この本発明に係る繊維強化熱可塑性樹脂成形体の製造方法においては、特に、強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角を、樹脂被覆ダイ入口の手前に設けたガイドにより設定することが好ましい。このようなガイドを設けることにより、簡単な構造にて容易に所望の導入角に設定できるようになる。
【０００８】
強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角は、例えば、樹脂被覆ダイの軸線に対して、＋１度〜＋２０度の範囲内に設定することが好ましい。より好ましくは、＋５度〜＋１５度の範囲内、さらに好ましくは、＋５度〜＋１０度の範囲内に設定される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズルへの導入角を適切な範囲に設定することにより、装置全体として簡単な構造でありながら、強化繊維束への樹脂被覆状態が良好な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、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明の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例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した強化繊維束で矢印ｖの方向へ走行する。２は開繊装置、３は開繊された強化繊維束、４は溶融熱可塑性樹脂を供給する押出機、５は強化繊維束３に溶融熱可塑性樹脂を含浸、被覆させる樹脂被覆ダイ、６は溶融熱可塑性樹脂が被覆された強化繊維束、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。
【００１１】
この強化繊維束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を使用でき、ロービング、ヤーン等の連続繊維を使用できる。これらの繊維には、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力学特性等を考慮すると、炭素繊維が好ましい。また、炭素繊維の繊維径に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の範囲内のものを好ましく使用できる。
【００１２】
強化繊維束１は、開繊装置２により開繊される。開繊装置２としては特に限定されず、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た手段が挙げられる。
【００１３】
本発明においては、樹脂被覆ダイ５の入口ノズルへの強化繊維束の導入角（以下、進入角度とも言う。）が、最重要要素である。本発明における樹脂被覆工程で採用される樹脂被覆ダイ５は、クロスヘッドダイを用いることが好ましい。図２は、樹脂被覆工程の一例を示している。図２において、３は開繊された強化繊維束、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強化繊維束、１１は強化繊維束の樹脂被覆ダイ入口ノズル１２への導入角を設定するために樹脂被覆ダイ５入口の手前に設けたガイド、α１は導入角（進入角度）、１３は樹脂被覆ダイ出口ノズルを、それぞれ示している。
【００１４】
後述の表１は、炭素繊維束を使用して、種々のα１で、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）の結果を示している。得られる該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％以下、最も好ましくは０％である。
【００１５】
表１から明らかなとおり、進入角がダイの軸線に対して＋１度〜＋２０度の範囲で不良率が０．３％以下と好ましい繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られる。さらに好ましくは＋５度〜＋１５度の範囲、最も好ましくは＋５度〜＋１０度の範囲である。また、＋２０度を超える進入角（＋２１度以上）では、入口ノズル部で炭素繊維束の毛羽立ち、破断が生じ易く、製造が困難になるとともに、目標とする不良率０．３％以下を達成できなかった。
【００１６】
これらの結果から本発明に至った。すなわち、第一に強化繊維束が導入される樹脂被覆ダイ入口ノズルに対し、強化繊維束を入口ノズルに斜め上方から導入することを特徴とする。第二に強化繊維束の入口ノズルへの望ましい導入角の設定は、樹脂被覆ダイ入口の手前に設けたガイドで行うことを特徴とする。
【００１７】
また、導入角を設定するために設けるガイドは、強化繊維束をダイに低抵抗で導入、通過させるために、強化繊維束にテンションを持たせ、入口ノズルの形状に合わせた強化繊維束を得る形状にすることが好ましい。
【００１８】
入口ノズルの形状は、強化繊維束が入口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のように強化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ことが好ましい。
【００１９】
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強化繊維束３のみを通過させる態様として示しているが、実際には図面に垂直の奥行き方向（通路の幅方向と同じ）に強化繊維束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。
【００２０】
本発明において、前記被覆に用いられる樹脂としては、通常の熱可塑性樹脂であり、結晶性および非晶性のものの両者を含み、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が、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、ポリフェニレンサルファイド、スチレン系重合体が好ましく採用される。
【００２１】
前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。
【００２２】
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であり、樹脂被覆された強化繊維束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。
【００２３】
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】
【００２４】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例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、被覆不良、毛羽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。
【００２５】
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（Ｖｆ）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、ガット引き取り速度１４ｍ／分として、種々の進入角で製造した。それぞれの条件での不良率を表１に表す。なお、α１＝＋２１度以上においては、入口ノズルで繊維束が破断・毛羽立ちが発生し易くなり、製造が困難であった。
【００２６】
【表１】
2005254687.tif 000003
【００２７】
表１に示すとおり、進入角（導入角）がダイの軸線に対して＋１度〜＋２０度の範囲で不良率が０．３％以下となり、望ましい繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られる。さらに好ましくは＋５度〜＋１５度の範囲、最も好ましくは＋５度〜＋１０度の範囲で、望ましい繊維強化熱可塑性樹脂成形体が得られる。本実施例のとおり、本発明における進入角（導入角）を適切な角度範囲内に設定することの効果は明らかであった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
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、連続した強化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強化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】
【００２９】
【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強化繊維束の進入角設定ガイドと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】
【００３０】
１  強化繊維束
２  開繊装置
３  開繊された強化繊維束
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  ペレット形状の長繊維強化熱可塑性樹脂成形体
１０  溶融熱可塑性樹脂
１１  ガイド
１２  樹脂被覆ダイ入口ノズル
１３  樹脂被覆ダイ出口ノズル
α１  強化繊維束の進入角（導入角）
【図１】
2005254687.tif 000004
【図２】
2005254687.tif 000005