(57)【要約】  被覆された繊維ストランドが用いられる、繊維強化プラスチック成形品を製造する方法および装置が記載される。繊維ストランド（２ａ）に被覆を行うために、まずイオン化された空気の空気流を生成して、ベンチュリ管（９）を通して導く。粉体（１１）を、貯蔵容器（１２）から、スクリュコンベヤ（１３）によって取り出して、ベンチュリ管（９）に供給し、その際、流れ方向に見てベンチュリ管（９）の下流側に、粉体空気混合物の流れが存在するまたは形成される。この流れを、チャンバ（４）内に導入し、接地されたまたは粉体とは逆にイオン化された繊維ストランド（２ａ）を、チャンバ（４）と、チャンバ（４）を通して流れる粉体空気混合物とを通して移動させ、その際、粉体粒子（１１）が繊維ストランド（２ａ）上に堆積される。したがって、チャンバ（４）から外へガイドされる繊維ストランド（２ｂ）が被覆を有し、そのように被覆された繊維ストランド（２ｂ）を射出成形機（１）または押出成形機（１）の可塑化装置に供給する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維ストランド（２ａ，２ｂ）に被覆を行い、該繊維ストランド（２ａ，２ｂ）を可塑化装置に供給し、該可塑化装置では、前記繊維ストランド（２ｂ）を、一軸スクリュまたは二軸スクリュにより引き込み、溶融されたプラスチック材料内に組み込み、その際、プラスチック溶融物と繊維材料との混合物を生成し、該混合物を成形装置に供給する、繊維強化プラスチック成形品を製造する方法であって、
前記繊維ストランド（２ａ）に被覆を行うために、まずイオン化された空気の空気流を生成して、ベンチュリ管（９）を通して導き、その際、粉体（１１）を、貯蔵容器（１２）からスクリュコンベヤ（１３）によって取り出して、前記ベンチュリ管（９）に供給し、流れ方向に見て前記ベンチュリ管（９）の下流側に、粉体空気混合物の流れを形成して、該流れを、チャンバ（４）内に導入し、その際、接地されたまたは粉体とは逆にイオン化された前記繊維ストランド（２ａ）を、前記チャンバ（４）と、前記チャンバ（４）を通して流れる前記粉体空気混合物とを通して移動させ、その際、粉体粒子（１１）が前記繊維ストランド（２ａ）上に堆積され、前記チャンバ（４）から外へガイドされる前記繊維ストランド（２ｂ）が被覆を有し、そのように被覆された前記繊維ストランド（２ｂ）を前記可塑化装置に供給する、
繊維強化プラスチック成形品を製造する方法。
【請求項２】
前記スクリュコンベヤ（１３）を下側供給運転することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
空気が前記ベンチュリ管（９）を通して導かれる前に、前記空気を加熱することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記空気を、前記粉体粒子が溶融する温度に加熱することを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法を実施する装置であって、
繊維被覆装置（３）と、一軸スクリュまたは二軸スクリュを有する可塑化装置と、成形装置とを備え、
前記繊維被覆装置（３）は、チャンバ（４）を有し、該チャンバ（４）を通して繊維ストランド（２ａ）を移動させることが可能であり、前記チャンバ（４）を通して粉体空気混合物の流れを導くことが可能であり、
前記繊維被覆装置（３）は、前記チャンバ（４）に接続されるとともにベンチュリ管（９）が装着された空気通路（６）をさらに有し、該空気通路（６）を通して、イオン化された空気を、ベンチュリ管（９）へ導き、更に該ベンチュリ管（９）を通過して導くことが可能であり、
前記繊維被覆装置（３）は、スクリュコンベヤ（１３）を有する粉体貯蔵容器（１２）を具備し、前記スクリュコンベヤ（１３）の出口端部は、前記スクリュコンベヤ（１３）から送られた粉体（１１）が前記ベンチュリ管（９）内に流入して、該粉体（１１）をイオン化された空気と混合させ、これによって粉体空気混合物の流れを形成することが可能であるように、配置されている、
装置。
【請求項６】
前記チャンバ（４）は、上側に膜（５）を有し、該膜（５）は、空気透過性であるが、前記粉体貯蔵容器（１２）から到来する前記粉体（１１）に対して不透過性であることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記空気通路（６）の内側または表面に加熱装置（８）が設けられており、該加熱装置（８）は、流れ方向に見て好ましくは前記ベンチュリ管（９）の上流側に配置されていることを特徴とする、請求項５または６記載の装置。
【請求項８】
イオン化装置が設けられており、これによってイオン化された空気を生成することが可能であることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
前記成形装置は、押出成形工具または射出成形工具を有することを特徴とする、請求項５から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
管（１７）が設けられており、該管（１７）の一端部が、前記チャンバ（４）の底部に取り付けられていて、前記端部とは反対側に位置する端部が、前記可塑化装置の開口に、好ましくは繊維引込開口に通じることを特徴とする、請求項５から９までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
繊維強化プラスチック製品の製造のために、連続繊維ストランドを、可塑化装置内で、溶融されたプラスチック材料に混入して、そのように混合された材料を成形装置に供給することが知られている。成形装置は、射出成形工具または押出成形工具であってよい。成形装置に応じて、可塑化装置は、様々に構成されてよい。射出成形工具の場合、可塑化装置は、たとえばスクリュが軸方向に変位不能な二軸スクリュ押出成形機として構成されてよく、材料は、下流側に接続された射出ユニットによって、射出成形工具内に導入することができる。単一のスクリュによるスクリュ前可塑化を想定し、下流側に接続された射出ユニットによって材料を射出成形工具内に導入することも知られている。この場合、スクリュは、スクリュ前可塑化では、軸方向に定位置であってよい、または往復スクリュとして構成されてもよい。後者の場合、回動駆動装置および直線駆動装置の両方が設けられている。射出成形工具の場合、可塑化装置は、１本の往復スクリュのみを備えて構成されてもよく、つまり可塑化および射出は、１本の同一のスクリュにより行われる。押出成形工具の場合、可塑化装置は、単軸スクリュ押出成形機または多軸スクリュ押出成形機、たとえば二軸スクリュ押出成形機として構成されてよい。前述のタイプの公知の可塑化装置は、たとえば欧州特許第１１４４１７４号明細書（EP 1144174 B1）、欧州特許第１３０６１８７号明細書（EP 1306187 B1）および独国特許発明第４２３６６６２号明細書（DE 4236662 C2）に開示されている。
【０００２】
米国特許第５０９４８８３号明細書（US 5,094,883）において、粉体材料を繊維ストランドに被着させることが知られている。被覆されるべき繊維ストランドは、まず接地され、次いでハウジングを通してガイドされ、ハウジング内で、これらの繊維ストランドは、粉体空気混合物にさらされる。粉体空気混合物を生成するために、いわゆる流動床法が用いられる。ハウジング内に、振動させることができる多孔質のプレートが配置されている。このプレート上に、所定量の粉体が堆積され、そこに粉体ストックを形成する。多孔質のプレートの下側で、ハウジングは、通路に接続されており、通路を通して、乾燥された空気を、下からハウジング内に導入することができる。多孔質のプレートの下側には、イオン化装置が配置されており、イオン化装置によって、流入する空気をイオン化することができる。イオン化された空気は、多孔質のプレートを通して、さらに粉体を通して導かれる。その際、粉体は、多孔質のプレートから持ち上げられ、イオン化された空気とともに、多孔質のプレートの上側でそこから所定の距離を置いて粉体空気混合物を形成する。繊維ストランドがこの粉体空気混合物を通して移動させられると、粉体は、繊維ストランドに堆積する。続いて、繊維ストランドが炉を通して移動させられると、これによって、粉体は溶融され、繊維ストランドとの粉体の良好な付着が得られる。そのように被覆された繊維ストランドは、最終的にロールに供給され、そこで繊維ストランドは巻き取られ、最後に、被覆された繊維材料のストックが形成される。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１４２１３３２０号明細書（DE 102014213320 A1）において、スプレガンを用いて工作物に粉体を被覆することが知られている（段落［００１９］）。ここでは貯蔵容器内で、液体のように挙動する粉体空気混合物が生成される。この粉体は、貯蔵容器内で「流動化」されるともいわれる。この流動化された粉体は、続いてホースまたは管を通して、たとえば相応のノズルを有するスプレガンなどの塗布装置へ流れる。粉体粒子を帯電させるために、放電電極が設けられている。帯電された粉体は、スプレガンを用いて噴霧され、接地された工作物上に付着維持される。独国特許出願公開第１０２０１４２１３３２０号明細書によれば、被覆されるべき工作物は、大体において、つまりたとえば少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも７５重量％が、または完全に炭素繊維から成る工作物であってよい。「炭素繊維」という用語は、個々の繊維または糸だけでなく、それから形成された編地、編み細工、編物、織物、束またはこれに類するものも含む。
【０００４】
以前から知られた粉体被覆法では、粉体を比較的均一に繊維ストランドに被着させることができる。しかし、その欠点は、繊維ストランドの単位量あたり（たとえば繊維ストランド１ｋｇあたり）の層厚さまたは粉体含有量が調整可能でない、または少なくとも十分な程度に正確に調整可能でないことである。このことは、そのように被覆された繊維材料を直接に処理してプラスチック溶融物と繊維材料との混合物を生成するときに不都合に作用するようである。すなわち、組み込まれた繊維ストランドに所定の割合の層材料を有する成形品を製造することができない。
【０００５】
そこから出発して、本発明の根底を成す課題は、プラスチック成形品が所定の割合の被覆材料を有する繊維と混合された、繊維強化プラスチック成形品を製造する装置および方法を提供することである。
【０００６】
この課題は、請求項１の特徴を有する方法および請求項５の特徴を有する装置によって解決される。好ましい実施の形態および発展形態は、従属請求項に認められる。
【０００７】
本発明の核となる思想は、繊維ストランドに単位時間あたりまたは単位繊維長さあたりの規定された量の粉体が均一に被覆されることに認めることができる。そのために、本発明によれば、繊維ストランドに被覆を行うために、まずイオン化された空気の空気流を生成して、ベンチュリ管を通して導き、粉体を、貯蔵容器からスクリュコンベヤによって取り出して、ベンチュリ管に供給し、流れ方向に見てベンチュリ管の下流側に、粉体空気混合物の流れを形成して、この流れを、チャンバ内に導入し、接地されたまたは粉体とは逆にイオン化された繊維ストランドを、チャンバと、チャンバを通して流れる粉体空気混合物とを通して移動させ、その際、粉体粒子が繊維ストランド上に堆積され、チャンバから外へガイドされる繊維ストランドは、このようにして、単位時間あたりまたは単位繊維長さあたりの規定された量の粉体を有する被覆を有する。そのように被覆が行われた繊維ストランドは、可塑化装置に供給され、可塑化装置において、繊維ストランドは、一軸スクリュまたは二軸スクリュにより引き込まれ、溶融されたプラスチック材料に組み込まれ、その際、プラスチック溶融物と繊維材料との混合物が生成され、この混合物は、成形装置に供給される。このようにして製作された繊維強化プラスチック成形品は、プラスチック成形品内に存在する繊維が、規定の割合の被覆材料を有することを特徴とする。
【０００８】
したがって、本発明によれば、繊維ストランド上の粉体材料の十分な付着を得るために２つの変化形態が想定されている。第１の変化形態では、粉体のみがイオン化され、繊維材料は接地される。より高い付着性が望まれるまたは必要とされるべき場合、第２の変化形態によれば、粉体は陽イオン化され、繊維ストランドは陰イオン化される（またはその逆である）ことを想定することができる。
【０００９】
被覆材料の選択に関して、さらなる利点を得ることができる。特に、可塑化装置内で溶融されたプラスチックの粘度が、供給された、被覆材料を有する繊維ストランドの直ぐ周りにおいて、著しく低下されるように、被覆材料が選択されれば、繊維ストランドの、被覆材料を有する個々のフィラメントの濡れを著しく容易にすることができる。具体的には、フィラメントがコンパクトにまとめられて凝集体が生じ得る前に、被覆されたフィラメントが直接に、可塑化装置において溶融されたプラスチック材料と最初に接触するときに、プラスチック材料が含浸される。こうした早期の凝集体形成の回避によって、凝集体をたとえば強いせん断作用を有する分散域によって分解する必要性も省かれる。強いせん断作用を有する域の省略は、他方、構成部材においてより大きな平均繊維長さをもたらし、この繊維長さは、次いで機械的性質に有利に反映される。
【００１０】
好ましくは、スクリュコンベヤは、下側供給運転される。ベンチュリ管およびそこに作用する負圧と協働して、閉じたシステムが形成される。このことは、粉体粒子が調量供給されるチャンバが、乱流の流れプロファイルにとって十分なスペースを形成するという利点を有する。というのも、スペースが、堆積した粉体粒子によって充填されないからである。乱流の流れプロファイルによって、他方、貫通案内された繊維ストランドの全ての表面に粉体が均一に塗布される。
【００１１】
好ましくは、空気がベンチュリ管を通して導かれる前に、空気を加熱することができる。このことは、粉体空気混合物の生成時に空気ができるだけ乾燥していることに寄与する。さらに、これによって繊維ストランドも加温され、その結果、被覆された繊維ストランドが導入される、可塑化装置内で溶融されたプラスチック材料は、繊維との最初の接触では凝固しない。これに応じて、繊維の濡れ性が改善される。
【００１２】
さらに、空気を、粉体粒子が溶融する温度へと加熱することが有利であり得る。このことは、１１０℃より多少上回る温度で使用される材料に応じて当てはまる。
【００１３】
本発明に係る装置は、主に繊維被覆装置と、一軸スクリュまたは二軸スクリュを有する可塑化装置と、成形装置とを備える。繊維被覆装置は、チャンバを有し、チャンバを通して繊維ストランドを移動させることが可能であり、チャンバを通して粉体空気混合物の流れを導くことが可能である。本発明に係る装置は、とりわけ、繊維被覆装置が、チャンバに接続されるとともにベンチュリ管が装着された空気通路を有し、空気通路を通して、イオン化された空気を、ベンチュリ管へ導き、ベンチュリ管を通して導くことが可能であり、さらに、繊維被覆装置が、スクリュコンベヤを有する粉体貯蔵容器を具備し、スクリュコンベヤの出口端は、スクリュコンベヤから送られた粉体がベンチュリ管内に流入して、イオン化された空気と混合させることが可能であり、これによって粉体空気混合物の流れを形成することが可能であるように、配置されていることを特徴とする。
【００１４】
好ましい一実施の形態では、チャンバは、上側に膜を有することができ、膜は、空気透過性であるが粉体貯蔵容器から到来する粉体に対して不透過性である。このことは、粉体の均一な搬送に必要な空気をチャンバから逃がすことが可能であるが、これと同様に、調量供給された量の粉体が繊維に完全に被着されていて、一部でチャンバから到来する空気と一緒に流出しないことも保証されているので有利である。
【００１５】
好ましくは、空気通路内に加熱装置が設けられてよく、加熱装置は、空気通路において、流れ方向に見て好ましくはベンチュリ管の上流側に配置されている。これによって、空気を乾燥させて、加温することができる。加熱装置によって、空気を、粉体粒子が溶融する温度へと加熱することが可能である。これによって、繊維ストランドの表面における被覆材料の付着性が改善される。
【００１６】
好ましくは、自体公知の適切なイオン化装置が設けられてよく、これによってイオン化された空気を生成して、空気通路内に導入することができる。これによって、空気通路自体にイオン化装置を組み付けなくて済む。
【００１７】
成形装置として、押出成形工具または射出成形工具が設けられてよい。特に、射出成形機として、いわゆる一軸スクリュまたは同一方向に回動する二軸スクリュ押出成形機を有する射出成形コンパウンド機械が設けられてよい。
【００１８】
以下、本発明を、例示的な実施の形態に基づき、図１および図２を参照して詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る装置を示す図である。
【図２】本発明に係る装置の変化形態を示す図である。
【００２０】
図１は、本発明に係る装置の構造を略示している。符号１は、それぞれ、自体公知である（たとえば欧州特許第１１４４１７４号明細書、欧州特許第１３０６１８７号明細書および独国特許発明第４２３６６６２号明細書参照）ような、射出成形機または押出成形機を表しており、したがって、ここではその詳しい説明を省略することができる。符号２ｂは、すでに被覆されていて、射出成形機または押出成形機１の可塑化ユニットに供給される繊維ストランドを表している。全体に符号３が付された繊維被覆装置は、主にチャンバ４を有し、チャンバ４は、空気透過性の膜５により閉じられている。チャンバ４の下側に、空気通路６が接続されている。空気通路６には、複数の装置、つまり送風機７、ヒータ８およびベンチュリ管９が装着されている。ベンチュリ管９の上側にはホッパ１０が設けられており、ホッパを通して、粉体１１として存在する被覆材料が、ベンチュリ管９内に導入される。粉体１１は、貯蔵容器１２内に用意され、貯蔵容器からスクリュコンベヤ１３を介して搬出される。スクリュコンベヤ１３の出口端部は、スクリュコンベヤ１３から送られる粉体１１がホッパ１０内に落下し、ひいてはベンチュリ管９内に流入し、そこでイオン化された空気と混合することができるように、配置されている。したがって、ベンチュリ管９の下流側に、粉体空気混合物の流れが存在する。空気をイオン化するための、自体公知の装置は図示されていない。矢印Ｐ１により、予めイオン化された空気が通路６内に導入されることだけが示唆されている。矢印Ｐ２の付近では、空気は、すでにヒータ８を通過していて、これに応じて加温されている。
【００２１】
被覆されていない繊維ストランド２ａが、貯蔵ロール１４またはこれに類するものに用意され、そこから引き出される。引出しは、機械１内の可塑化装置の１つまたは複数のスクリュによって行われる。繊維ストランド２ａは、接地されるべきである。チャンバ４は、適切な進入装置１５および退出装置１６を有し、これによって繊維ストランド２ａをできるだけ摩擦なくチャンバ４の内側へ引き込み、被覆された繊維ストランド２ｂをチャンバ４から外へガイドすることができる。特に、これらの進入装置および退出装置は、図１に示唆されているように、ホッパ形に構成されてよい。
【００２２】
本発明に係る装置の作動方式は、以下の通りである。イオン化された空気が、矢印Ｐ１で示唆されているように、送風機７によって、空気通路６内に吸い込まれ、加熱装置８によって加温され、ベンチュリ管９を通して導かれる。貯蔵容器１２から、貯蔵容器１２の底部に配置されたスクリュコンベヤ１３によって、下側供給運転で、単位時間あたりの正確に測定された量の粉体が、ホッパ１０内に導入され、ひいてはベンチュリ管９内に導入される。したがって空気通路６内の空気流に、単位時間あたりの正確に測定された量の粉体が混合され、粉体は、イオン化された空気によって帯電される。この粉体空気混合物は、引き続き空気通路６を通して流れ、チャンバ４の下側でチャンバ４内に至る。矢印Ｐ３で示唆されているように、空気は、膜５を介して外部へ導出される。繊維ストランドは、チャンバ４を横断してガイドされ、その際、繊維ストランドの略水平の姿勢が有利である。粉体空気混合物の流れ方向は、略鉛直に向けられている。繊維ストランドがチャンバ４を通して移動させられる間、繊維ストランドは、継続的に粉体空気混合物にさらされ、帯電された粉体が、接地された繊維ストランドに堆積し得る。その際、単位時間あたりの正確に測定された量の粉体が、繊維ストランド上に被着される。このように被覆が行われた繊維ストランド２ｂは、機械１の可塑化装置に供給される、または可塑化装置により引き込まれて、溶融されたプラスチック材料に組み込まれる。このようにして、プラスチック溶融物と繊維材料との混合物が生成され、この混合物は、続いて成形装置に供給される。
【００２３】
図２は、図１とは異なり、この変化形態では、チャンバ４の底部に管１７のための接続部が設けられており、管１７は、機械１の可塑化装置にまで延在している。これによって、チャンバ４の底部における粉体堆積物を、管１７を介して、機械１の可塑化装置の繊維引込開口内に送ることができる。このことは、チャンバ４の底部において起こり得る粉体材料の堆積を阻止することができるという利点を有する。したがって、成形が完了した繊維強化プラスチック成形品内に、正確に所望量の粉体１１が存在することを保証することができる。この場合、このプラスチック成形品内の所定量の粉体１１は、被覆材料として、被覆された繊維ストランド２ｂの繊維上に存在する粉体１１または粉体材料と、直接に、溶融されたプラスチック材料に混入されていて、いわばプラスチック成形品内において被覆された繊維の間で分散して存在する粉体１１または粉体材料とから成る。チャンバ４におけるこの付加的な開口からの空気の流出は、管が極めて細い流れ横断面を有するが、大きな長さを有するとき、最小限に抑えることができるだろう。
【符号の説明】
【００２４】
１  射出成形機または押出成形機
２ａ  繊維ストランド、被覆されていない
２ｂ  繊維ストランド、被覆された
３  繊維被覆装置
４  チャンバ
５  膜
６  空気通路
７  送風機
８  ヒータ
９  ベンチュリ管
１０  ホッパ
１１  粉体
１２  貯蔵容器
１３  スクリュコンベヤ
１４  繊維ロール
１５  繊維進入装置
１６  繊維退出装置
１７  管
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2020510544.tif 000006
2020510544.tif 000007
2020510544.tif 000008
2020510544.tif 000009
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