(57)【要約】【課題】本発明は、炭素繊維束に含浸させた低粘度熱可塑性樹脂の外周を高粘度熱可塑性樹脂でコーティングし、樹脂ペレットに形成した後に炭素繊維束と樹脂とが分離しないようにし、高品位の樹脂ペレットを得ることを目的とする。【解決手段】複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束(A)を連続的に供給し、その周囲に溶融状態の低粘度熱可塑性樹脂(D)を供給して炭素繊維束(A)の内部に含浸させ、次いで溶融状態の高粘度熱可塑性樹脂(E)を供給して外周を覆い、次に、低粘度熱可塑性樹脂(D)および高粘度熱可塑性樹脂(E)を冷却固化し、その後、所定長に切断する方法と構成である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束(A)をダイス本体(13)の溝形成円錐筒(36)に連続的に供給し、前記炭素繊維束(A)の周囲に第１押出機(11)からの溶融状態の低粘度熱可塑性樹脂(D)を供給して炭素繊維束(A)の内部に含浸させ、次いで第２押出機(12)からの溶融状態の前記低粘度熱可塑性樹脂(D)よりも高粘度の高粘度熱可塑性樹脂(E)を供給して前記低粘度熱可塑性樹脂(D)の外周を覆ってなる樹脂含浸後繊維束(B)の前記低粘度熱可塑性樹脂(D)および高粘度熱可塑性樹脂(E)を冷却固化し、その後、ペレットカッティング装置(18)により所定長の樹脂ペレット(C)に切断することを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項２】
前記炭素繊維束(A)の外周に、前記溝形成円錐筒(36)内の溝形成用テーパ刃(36c)を介して複数条の溝を繊維方向に形成しつつ、前記炭素繊維束(A)を連続的に供給することを特徴とする請求項１記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項３】
前記ダイス本体(13)の出口から吐出される前記樹脂含浸後炭素繊維束(B)の形状は、断面形状が円形であることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項４】
前記樹脂ペレット(C)内の炭素繊維束(A)の長さは０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項３記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項５】
前記ダイス本体(13)の出口から吐出される前記樹脂含浸後炭素繊維束(B)の形状は、断面形状で四角形であり、前記樹脂ペレット(C)の形状は短冊状であることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項６】
前記ダイス本体(13)は水平方向に沿って互いに密着して配列され、前記各ダイス本体(13)の各出口から一体に吐出される樹脂含浸後炭素繊維束(B)の形状はシート状であることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項７】
前記低粘度熱可塑性樹脂(D)は、前記第１押出機(11)での溶融混練時に超臨界状態の流体を加えて粘度を低下させた樹脂であり、前記樹脂ペレット(C)は発泡ペレットとなることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項８】
前記高粘度熱可塑性樹脂(E)は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、押出機で改質されたポリマーアロイ又はポリマーブレンドの何れかよりなることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項９】
前記低粘度熱可塑性樹脂(D)は、請求項８記載の高粘度熱可塑性樹脂(E)と同系統で相溶化する樹脂を用いることを特徴とする請求項８記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法。
【請求項１０】
複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束(A)を連続的に供給するためのダイス本体(13)の溝形成円錐筒(36)と、前記炭素繊維束(A)の周囲に低粘度熱可塑性樹脂(D)を供給するため前記ダイス本体(13)に接続された第１押出機(11)と、前記低粘度熱可塑性樹脂(D)よりも高粘度の高粘度熱可塑性樹脂(E)を前記低粘度熱可塑性樹脂(D)の外周に供給するため前記ダイス本体(13)に接続された第２押出機(12)と、前記ダイス本体(13)から吐出され前記低粘度熱可塑性樹脂(D)が含浸されると共に前記高粘度熱可塑性樹脂(E)が形成された樹脂含浸後炭素繊維束(B)を冷却後にカッティングするためのペレットカッティング装置(18)と、からなることを特徴とする炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置。
【請求項１１】
前記溝形成円錐筒(36)内には、溝形成用テーパ刃(36c)が配設され、前記炭素繊維束(A)の外周に前記溝形成用テーパ刃(36c)を介して複数条の溝を繊維方向に形成することを特徴とする請求項１０記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置。
【請求項１２】
前記溝形成用テーパ刃(36c)は、全周にわたり多数配設されていることを特徴とする請求項１１記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置。
【請求項１３】
前記高粘度熱可塑性樹脂(E)は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、押出機で改質されたポリマーアロイ又はポリマーブレンドの何れかよりなることを特徴とする請求項１０ないし１２の何れかに記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置。
【請求項１４】
前記低粘度熱可塑性樹脂(D)は、請求項１３記載の高粘度熱可塑性樹脂(E)と同系統で相溶化する樹脂を用いることを特徴とする請求項１３記載の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法および装置に関し、特に、炭素繊維束への熱可塑性樹脂の含侵を効果的に実現するための新規な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にプラスチック製品と呼ばれる製品の多くは、熱可塑性樹脂を原材料とする製品であり、熱可塑性樹脂ペレットを成形装置により成形加工し製品化されている。このような熱可塑性樹脂製品において、製品特性の改善を要求される場合、特性を向上させる一つの改善方法として、より高度の各種特性を備える炭素繊維を熱可塑性樹脂に混入することが行われている。通常、単繊維状あるいは束状の炭素繊維が、ペレットの製造過程において熱可塑性樹脂原料に混入されている。本発明は、束状の炭素繊維を熱可塑性樹脂原料に混入するペレットの製造方法および装置に関するものである。
【０００３】
束状の炭素繊維を熱可塑性樹脂原料に混入するために、ワイヤーケーブル用の電線被覆装置を用いる方法がある。すなわち、電線被覆装置において、連続的に供給される束状の炭素繊維に溶融した熱可塑性樹脂を供給して炭素繊維束の外周を被覆する。その後、被覆された熱可塑性樹脂を冷却装置により冷却固化し、切断装置により切断し、炭素繊維束を混入したペレットを製造する。
【０００４】
前述の電線被服装置による製造方法を改善する束状の炭素繊維を熱可塑性樹脂原料に混入する方法が、特許文献１に開示されている。すなわち、複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束に熱可塑性樹脂を付着させた線状物を、熱可塑性樹脂の融点または軟化点以上の温度において、線状物の直径を減少させるに十分な間隔を有する少なくとも一対のロール間を繊維の縦方向に通過させる方法である。
【０００５】
また、同様に束状の炭素繊維を熱可塑性樹脂原料に混入する方法が、特許文献２に開示されている。すなわち、連続的に供給される炭素繊維の繊維束を幅方向に開繊した後、マトリックス樹脂を開繊繊維束間に含浸させる含浸工程を有する長繊維ペレットの製造方法において、開繊繊維束を、曲面を有するダイとダイの曲面部と対向する位置に設けられた加熱部材との間のダイの曲面に当接して通過させ、薄膜状のマトリックス樹脂をダイから吐出して開繊繊維束に塗布してダイ側に付着させ、マトリックス樹脂を開繊繊維束の内部までしみ込ませて含浸させる方法である。
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−６２１１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１８７１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法は以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。すなわち、ワイヤーケーブル用の電線被覆装置を用いる方法では、炭素繊維束の内部まで熱可塑性樹脂が浸透せず含浸されない。その結果、束の内部の炭素繊維が熱可塑性樹脂と混合されず、ペレット状に切断された状態で、樹脂と繊維が分離することが発生していた。
【０００８】
また、特許文献１に開示されているロール間を通過させる方法および特許文献２に開示されているダイの曲面に沿って通過させる方法による束状の炭素繊維を熱可塑性樹脂原料に混入する方法では、ロール装置あるいは開繊装置が加わることにより、ペレット製造まで含めた装置が複雑で大型化し、運転操作も複雑になっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット製造方法は、複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束をダイス本体の溝形成円錐筒に連続的に供給し、前記炭素繊維束の周囲に第１押出機からの溶融状態の低粘度熱可塑性樹脂を供給して炭素繊維束の内部に含浸させ、次いで第２押出機からの溶融状態の前記低粘度熱可塑性樹脂よりも高粘度の高粘度熱可塑性樹脂を供給して前記低粘度熱可塑性樹脂の外周を覆ってなる樹脂含浸後繊維束の前記低粘度熱可塑性樹脂および高粘度熱可塑性樹脂を冷却固化し、その後、ペレットカッティング装置により所定長の樹脂ペレットに切断する方法であり、また、前記炭素繊維束の外周に、前記溝形成円錐筒内の溝形成用テーパ刃を介して複数条の溝を繊維方向に形成しつつ、前記炭素繊維束を連続的に供給する方法であり、また、前記ダイス本体の出口から吐出される前記樹脂含浸後炭素繊維束の形状は、断面形状で円形である方法であり、また、前記樹脂ペレット内の炭素繊維束の長さは０．５ｍｍ以上である方法であり、また、前記ダイス本体の出口から吐出される前記樹脂含浸後炭素繊維束の形状は、断面形状で四角形であり、前記樹脂ペレットの形状は短冊状である方法であり、また、前記ダイス本体は水平方向に沿って互いに密着して配列され、前記各ダイス本体の各出口から一体に吐出される樹脂含浸後炭素繊維束の形状はシート状である方法であり、また、前記低粘度熱可塑性樹脂は、前記第１押出機での溶融混練時に超臨界状態の流体を加えて粘度を低下させた樹脂であり、前記樹脂ペレットは発泡ペレットとなる方法であり、また、前記高粘度熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、押出機で改質されたポリマーアロイ又はポリマーブレンドの何れかよりなる方法であり、また、前記低粘度熱可塑性樹脂は、請求項８記載の高粘度熱可塑性樹脂と同系統で相溶化する樹脂を用いる方法であり、また、本発明による炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置は、複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束を連続的に供給するためのダイス本体の溝形成円錐筒と、前記炭素繊維束の周囲に低粘度熱可塑性樹脂を供給するため前記ダイス本体に接続された第１押出機と、前記低粘度熱可塑性樹脂よりも高粘度の高粘度熱可塑性樹脂を前記低粘度熱可塑性樹脂の外周に供給するため前記ダイス本体に接続された第２押出機と、前記ダイス本体から吐出され前記低粘度熱可塑性樹脂が含浸されると共に前記高粘度熱可塑性樹脂が形成された樹脂含浸後炭素繊維束を冷却後にカッティングするためのペレットカッティング装置と、からなる構成であり、また、前記溝形成円錐筒内には、溝形成用テーパ刃が配設され、前記炭素繊維束の外周に前記溝形成用テーパ刃を介して複数条の溝を繊維方向に形成する構成であり、また、前記溝形成用テーパ刃は、全周にわたり多数配設されている構成であり、また、前記高粘度熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、押出機で改質されたポリマーアロイ又はポリマーブレンドの何れかよりなる構成であり、また、前記低粘度熱可塑性樹脂は、請求項１３記載の高粘度熱可塑性樹脂と同系統で相溶化する樹脂を用いる構成である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法および装置は以上のように構成されていることにより、次のような効果を得ることができる。すなわち、複数本の炭素繊維を集束した炭素繊維束をダイス本体の溝形成円錐筒に連続的に供給し、前記炭素繊維束の周囲に第１押出機からの溶融状態の低粘度熱可塑性樹脂を供給して炭素繊維束の内部に含浸させ、次いで第２押出機からの溶融状態の前記低粘度熱可塑性樹脂よりも高粘度の高粘度熱可塑性樹脂を供給して前記低粘度熱可塑性樹脂の外周を覆ってなる樹脂含浸後繊維束の前記低粘度熱可塑性樹脂および高粘度熱可塑性樹脂を冷却固化し、その後、ペレットカッティング装置により所定長の樹脂ペレットに切断する方法と装置により、繊維への樹脂の含浸を従来よりも大幅に向上させ、炭素繊維と樹脂との分離を防止し、次工程の成形品の表面状態や強度においても良品位なものを得ることができると共に、装置も小型化及び単純化とすることができる。
前記炭素繊維束の外周に、前記溝形成円錐筒内の溝形成用テーパ刃を介して複数条の溝を繊維方向に形成しつつ、前記炭素繊維束を連続的に供給することにより、繊維への樹脂の含浸を容易化する。
前記樹脂ペレット内の炭素繊維束の長さが０．５ｍｍ以上であることにより炭素繊維強化樹脂としての性能が発揮できる。
また、前記ダイス本体の出口から吐出される前記樹脂含浸後炭素繊維束の形状は、断面形状で四角形であり、前記樹脂ペレットの形状は短冊形であることにより、短冊状のペレットも得ることができる。
前記ダイス本体は水平方向に沿って互いに密着して配列され、前記各ダイス本体の各出口から一体に吐出される樹脂含浸後炭素繊維束の形状はシート状であることにより、シート状のペレットを得ることができる。
前記低粘度熱可塑性樹脂は、前記第１押出機での溶融混練時に超臨界ガスで粘度低下させ、前記樹脂ペレットは発泡ペレットとなることにより、発泡ペレットを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、束状の炭素繊維の内部まで熱可塑性樹脂を充分に浸透させて含浸させることができるようにした炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法及び装置を提供することを目的とする。
【実施例】
【００１２】
以下、図面と共に本発明による炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造方法および装置の好適な実施の形態について説明する。
図１において、符号１０で示すものは炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置である。この炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット製造装置１０は、製造工程の上流から下流へ、並列される低粘度熱可塑性樹脂溶融混練用の第１押出機１１および高粘度熱可塑性樹脂溶融混練用の第２押出機１２、熱可塑性樹脂含浸ダイスとしてのダイス本体１３、引取装置１６、冷却装置１７およびペレットカッティング装置１８が順次配置して構成されている。前記第１押出機１１とダイス本体１３との間を溶融低粘度熱可塑性樹脂配管１４により、前記第２押出機１２とダイス本体１３との間は溶融高粘度熱可塑性樹脂配管１５により、それぞれ連結されている。また、前記ダイス本体１３の上流部に炭素繊維束供給装置１９が配置されている。尚、前記ダイス本体１３は、図示していないが、ヒータにより、所定の温度を保持できるように構成されている。
【００１３】
前記炭素繊維束供給装置１９、ダイス本体１３、引取装置１６、冷却装置１７およびペレットカッティング装置１８は、１本の炭素繊維束Ａについてそれぞれ１台の装置を配置して構成される。図１では、複数組（４組）の炭素繊維束供給装置１９、ダイス本体１３、引取装置１６、冷却装置１７および切断装置１８を並列に配置して多量生産ができる製造装置の構成を示している。
【００１４】
図２において、前記熱可塑性樹脂含浸ダイスとしてのコーン形状のダイス本体１３は、裏蓋３２、外部流路制限円錐筒３３、流路分割円錐筒３４、内部流路制限円錐筒３５および溝形成円錐筒３６により構成されている。このダイス本体１３は、中心軸線に沿って貫通するダイス孔が形成され、上流側の後面から下流方向へ小径に変化する円錐形状の上流ダイス孔３１ａおよびその下流端から前面に開口する同一円形断面の下流ダイス孔３１ｂにより構成されている。ダイス本体１３にはまた、一方の側面から上流ダイス孔３１ａに開口する第１流路３１ｃが形成され、他方の側面から上流ダイス孔３１ａの第１流路３１ｃより下流側に開口する第２流路３１ｄが形成されている。第１流路３１ｃの外面開口部には前記溶融低粘度熱可塑性樹脂配管１４が連結され、第２流路３１ｄの外面開口部には前記溶融高粘度熱可塑性樹脂配管１５が連結されている。
【００１５】
前記裏蓋３２は前記ダイス本体１３の後面に組みつけられて、前記上流ダイス孔３１ａの開口部を覆っている。また、裏蓋３２には、ダイス本体１３の中心軸線上に炭素繊維束Ａを挿通できる裏蓋貫通孔３２ａが形成されている。
【００１６】
前記外部流路制限円錐筒３３、流路分割円錐筒３４、内部流路制限円錐筒３５および溝形成円錐筒３６は、この順番で内側へ順次挿入して重ねられ、相互の接触面が隙間なく密着して一体となり、前記ダイス本体１３の上流ダイス孔３１ａに挿入されて前記裏蓋３２により固定される。この際、外部流路制限円錐筒３３の外周面が上流ダイス孔３１ａの内周面に密着するように構成されている。
【００１７】
前記外部流路制限円錐筒３３は、その小径側先端開口部が前記上流ダイス孔３１ａの第２流路３１ｄの開口部直前に位置している。前記流路分割円錐筒３４は、その小径側先端部が、前記ダイス本体１３の下流ダイス孔３１ｂと同一内径の開口を同芯に形成されている。前記外部流路制限円錐筒３３には壁面を貫通して外部貫通流路３３ａが、流路分割円錐筒３４には壁面を貫通して内部貫通流路３４ａが、前記上流ダイス孔３１ａの第１流路３１ｃに連通するように形成されている。前記内部流路制限円錐筒３５は、その小径側先端開口部が前記上流ダイス孔３１ａの第１流路３１ｃの開口部直前に位置している。前記溝形成円錐筒３６は、その小径側先端部が、前記ダイス本体１３の下流ダイス孔３１ｂと同一内径の開口となるように同芯に形成されている。
【００１８】
図４において、前記溝形成円錐筒３６は、円錐筒形状の円錐筒本体３６ａとその小径先端内周部に形成された溝形成部３６ｂとにより構成されている。この溝形成部３６ｂは、円錐筒内周面から内部へ突出する複数の突起状の溝形成用テーパ刃３６ｃが軸方向へ所定の幅をもって形成されている。この溝形成用テーパ刃３６ｃは炭素繊維束Ａの内部に食い込むように構成されている。
【００１９】
すなわち、前記ダイス本体１３は、前記流路分割円錐筒３４と溝形成円錐筒３６との間に円錐筒状の第１供給流路３１ｅが形成され、前記流路分割円錐筒３４の内部貫通流路３４ａ、前記外部流路制限円錐筒３３の外部貫通流路３３ａおよび前記ダイス本体１３の第１流路３１ｃを介して前記溶融低粘度熱可塑性樹脂配管１４に連通する。また、第１供給流路３１ｅは、大径部を前記内部流路制限円錐筒３５の小径端部で制限され、小径部が前記下流ダイス孔３１ｂとほぼ同径の円形スリット状で上流ダイス孔３１ａ内へ開口している。
【００２０】
前記ダイス本体１３では、前記上流ダイス孔３１ａと流路分割円錐筒３４との間に円錐筒状の第２供給流路３１ｆが形成され、第２流路３１ｄを介して前記溶融高粘度熱可塑性樹脂配管１５に連通している。また、第２供給流路３１ｆは、大径部を前記外部流路制限円錐筒３３の小径端部で制限され、小径部が前記上流ダイス孔３１ａの小径端部すなわち前記下流ダイス孔３１ｂの後端部において下流ダイス孔３１ｂとほぼ同径の円形スリット状で上流ダイス孔３１ａ内へ開口連通している。
なお、前記のダイス本体１３、溶融低粘度熱可塑性樹脂配管１４および溶融高粘度熱可塑性樹脂配管１５の各機器は保温および温度調節制御の機能が備えられている。
【００２１】
以上のように構成された炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット製造装置１０において、炭素繊維強化熱可塑性の樹脂ペレットＣが以下のように製造できる。まず、付属装置を含めた全ての構成機器が調整されて運転開始可能状態になった状態で、炭素繊維束供給装置１９から炭素繊維束Ａを引出し、ダイス本体１３の裏蓋貫通孔３２ａ、上流ダイス孔３１ａ、溝形成円錐筒３６および流路分割円錐筒３４の内孔および下流ダイス孔３１ｂを貫通させ、引取装置１６を通し、冷却装置１７の冷却水中を潜らせ、案内ロール１７ａを介して切断装置１８に噛み込ませて樹脂ペレットＣを得ることができる。
【００２２】
次に、前述の炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット製造装置１０を稼動させる場合、まず、第１押出機１１および第２練押出機１２を運転始動する。また、ほぼ同時期に引取装置１６およびペレットカッティング装置１８を運転始動し、炭素繊維束Ａの引取りを開始すると、第１練押出機１１において低粘度熱可塑性樹脂Ｄが可塑化溶融混練されて押出され、溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄが溶融低粘度熱可塑性樹脂配管１４を経てダイス本体１３へ供給される。また、第２押出機１２において前記低粘度熱可塑性樹脂Ｄよりも高粘度の高粘度熱可塑性樹脂Ｅが可塑化溶融混練されて押出され、溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅが溶融高粘度熱可塑性樹脂配管１５を経てダイス本体１３へ供給される。
【００２３】
前記ダイス本体１３において、炭素繊維束Ａが裏蓋３２の裏蓋貫通孔３２ａから下流ダイス孔３１ｂへ貫通して所定速度で移動する。この移動の途中において、溝形成円錐筒３６の溝形成部３６ｂに形成された溝形成用テーパ刃３６ｃにより、炭素繊維束Ａの外周表面から内部方向へ複数本の溝がその繊維方向に沿って形成される。このダイス本体１３の第１流路３１ｃにおいて、溶融低粘度熱可塑性樹脂配管１４から溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄが供給され、外部流路制限円錐筒３３の外部貫通流路３３ａおよび流路分割円錐筒３４の内部貫通流路３４ａを経て第１供給流路３１ｅへ供給される。また、ダイス本体１３の第２流路３１ｄにおいて、溶融高粘度熱可塑性樹脂配管１５から溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅが供給され、第２供給流路３１ｆへ供給される。
【００２４】
前記ダイス本体１３において、ダイス本体１３の上流ダイス孔３１ａを移動する炭素繊維束Ａは、先ず、溝形成円錐筒３６の溝形成用テーパ刃３６ｃにより溝が形成され、次に、第１供給流路３１ｅ先端の開口から溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄが吐出供給され、次に、第２供給流路３１ｆ先端の開口から溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅが吐出供給され、その後、下流ダイス孔３１ｂにおいてその孔断面形状に成形されて引取られる。
【００２５】
前記溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄは、低粘度で流動性が高く、炭素繊維束Ａの周囲を包むとともに周囲表面から炭素繊維束Ａの内部へ容易に浸透し、前工程で炭素繊維束Ａに形成された溝に流入し、溝の表面から炭素繊維束Ａの内部へ容易に浸透し、炭素繊維束Ａの内芯部を含めて全体に浸透し、含浸される。その後直ちに、高粘度で流動性が低い溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅにより周囲が包んで覆われる。この溶融状態の溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄは、そのままでは含浸されたものが抜け出して含浸状態に欠陥部が発生するが、溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅで覆うことにより、溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄの良好な含浸状態が維持される。なお、溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄは流動性が高く、炭素繊維束Ａの外周面から内芯部まで容易に浸透するが、炭素繊維束Ａに溝を形成して外周面を拡大するとともに浸透深さを短くすることにより、より効果的に浸透させることができる。
【００２６】
前述のように、前記溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄを含浸させ溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅで覆うことにより熱可塑性樹脂を含浸させた炭素繊維束Ａすなわち樹脂含浸後炭素繊維束Ｂは、引取装置１６によりダイス本体１３から引取られ、引取られた樹脂含浸後炭素繊維束Ｂは、冷却装置１７を経て所定温度以下に冷却され、溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄおよび溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅが冷却固化される。その後、引取り機能を備える切断装置１８により、順次引取られて所定長に切断され、炭素繊維強化熱可塑性の樹脂ペレットＣが得られる。
【００２７】
前記切断装置１８により切断されて製造された樹脂ペレットＣは、その軸直角断面においては、図３に示すように、中心部に溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄを含浸した炭素繊維束Ａ、その周囲を取巻く溶融低粘度熱可塑性樹脂Ｄ、さらにその周囲を取巻く溶融高粘度熱可塑性樹脂Ｅにより、ほぼ同心円状に構成されている。
【００２８】
また、前記樹脂ペレットＣの長さは、前記ペレットカッティング装置１８により任意に変えられるが、設備の能力を考慮すると、２ｍｍ以上が成形品の成形用として都合が良い。しかしながら、炭素繊維強化樹脂としての性能を発揮させるならば上記値以下の長さでも良く、０．５ｍｍ以上あれば良い。
また、前記ダイス本体の出口から吐出される樹脂含浸後繊維束の形状は、通常、断面丸形であるが、例えば、四角形とし、樹脂ペレットＣの形状を短冊状とすることもできる。
【００２９】
また、複数のダイス本体を水平方向に沿って互いに密着して配列し、各ダイス本体の各出口から一体に吐出される樹脂含浸後炭素繊維束の形状をシート状とすることもできる。
【００３０】
また、前記低粘度熱可塑性樹脂Ｄを、第１押出機１１での溶融混練時に例えば、窒素や二酸化炭素などの超臨界状態の流体を加えることで樹脂の粘度を低下させ、前記樹脂ペレットＣを発泡ペレットとすることもできる。
こうすることにより、低粘度熱可塑性樹脂Ｄは、高粘度熱可塑性樹脂Ｅと同じ樹脂、または粘度のより近い樹脂を使用することが可能となり、最終製品の物性に及ぼず影響を無くす、あるいは最小にすることが可能となるので好ましい。
また、ペレット化の後の製品成形時の二次工程ではガスは抜かず、発泡用途の製品化とし、母材の樹脂が繊維強化され、かつ発泡した強度向上と軽量化された製品の製造が可能となる。
また、発泡が不要な製品では、ベント口などのガス抜き機能のある可塑化装置でガスを抜いたり、ダイの内部にガス抜きの構造を持たせることにより、発泡をさせずに製品化することも可能である。
【００３１】
また、前記高粘度熱可塑性樹脂Ｅは、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリフェニレンサルファイド、押出機で改質されたポリマーアロイ又はポリマーブレンドの何れかを用いると好適である。
【００３２】
また、低粘度熱可塑性樹脂Ｄは、前述の段落００３１で示した高粘度熱可塑性樹脂Ｅと同系統で相溶化する樹脂を用いることができる。
さらに、本形態で用いた低粘度熱可塑性樹脂Ｄは、例えば、メルトフロー値で５００ｇ／６０ｓｅｃ以上のものが好適であり、これは第１押出機１１内でグラデーションなど混練溶融することで低粘度化すれば、取扱いが非常に容易で、かつ、環境面などで利点が多い。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの製造装置を示す構成図である。
【図２】図１のダイス本体１３の断面図である。
【図３】本発明による製造方法および製造装置により製造された炭素繊維強化熱可塑性の樹脂ペレットの軸直角断面図である。
【図４】図１のコーンダイスの背面図である。
【図５】図４のコーンダイスの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０      炭素繊維強化熱可塑性樹脂ペレット製造装置
１１      第１押出機
１２      第２押出機
１３      ダイス本体
１４      溶融低粘度熱可塑性樹脂配管
１５      溶融高粘度熱可塑性樹脂配管
１６      引取装置
１７      冷却装置
１８      切断装置
１９      炭素繊維束供給装置
３１ａ    上流ダイス孔
３１ｂ    下流ダイス孔
３１ｃ    第１流路
３１ｄ    第２流路
３１ｅ    第１供給流路
３１ｆ    第２供給流路
３２      裏蓋
３２ａ    裏蓋貫通孔
３３      外部流路制限円錐筒
３３ａ    外部貫通流路
３４      流路分割円錐筒
３４ａ    内部貫通流路
３５      内部流路制限円錐筒
３６      溝形成円錐筒
３６ｂ    溝形成部
３６ｃ    溝形成用テーパ刃
Ａ        炭素繊維束
Ｂ        樹脂含浸後炭素繊維束
Ｃ        樹脂ペレット
Ｄ        溶融低粘度熱可塑性樹脂
Ｅ        溶融高粘度熱可塑性樹脂
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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