JP2003049002A - 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット並びにその製造方法及び製造装置 - Google Patents
長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット並びにその製造方法及び製造装置Info
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Abstract
脂が含浸された長繊維がペレット側面から飛び出さない
ように、あたかも熱可塑性樹脂で被覆したように成形さ
れた長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット、及び、このペレ
ットを高速でありながら安定して製造することができる
製造方法及び製造装置を提供する 【解決手段】 溶融樹脂含浸槽5には、下流側端部すな
わち出口側に、熱可塑性溶融樹脂を含浸したガラス繊維
束1を賦形する成形ノズル17が設けられているととも
に、成形ノズル17の上流側近傍に、樹脂含浸ガラス繊
維束1を予備的に絞る絞りノズル19が設けられてい
る。成型ノズル17による賦形直前に絞りノズルで絞る
といった2段式絞り成形方法を採用しているが、絞りノ
ズル19は、最終的に得ようとするペレットPのガラス
長繊維含有率より10wt%高い長繊維含有率となるよ
うに、樹脂含浸ガラス繊維束を絞り調整することによ
り、固化収縮率を制御する。
Description
Reinforced Thermo Plastic;繊維強化熱可塑性樹脂)の
成形材料となる長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット並びに
その製造方法及び製造装置に関する。
脂ペレットは、溶融した熱可塑性樹脂が貯留された含浸
槽内に長尺のガラス繊維束を通過させてガラス繊維束に
樹脂を含浸し、この樹脂を含浸した繊維束の断面形状を
賦形ダイによって成型して冷却した後、ペレタイズする
ことで製造する方法が広く行われている。
繊維に含浸する際、繊維間に樹脂が浸入しやすくするこ
とを目的として、ガラス繊維が含浸槽内で開繊されるた
め、弾性率が高く破断伸度が小さいガラス繊維は開繊時
に単糸切れを起こしやすい。この場合、切れた単糸が含
浸槽内や成形ノズルの壁面に溜まって、さらに他の単糸
切れを起こしたり、ガラスロービング切れまで発展する
要因となるために生産性が安定しないという課題があ
る。これは、ガラス繊維が側面に飛び出していて成形ノ
ズルの側面と多く接触して負荷が大きくなるためであ
る。
テーパー状に改良したり、ランド長をできる限り小さく
して接触を少なくするように改良していたが、成形ノズ
ルでのズリ応力が小さくなる為に、ペレットの形状が斑
々になったり、生産性が不安定となるので、成形ノズル
のランド長を無くす事が出来ないという欠点がある。
に記載された特許発明のように、ガラスロービングに撚
りをかけてガラス繊維を中央部分に寄せることにより、
ガラス繊維が成形ノズルの壁面と接触しないように改良
された方法が開示されている。
許公報に掲載された特許発明のように、中央部分にガラ
ス繊維を寄せると、ガラス繊維含有率が中央部分のみで
例えば80wt%以上と高くなるため、熱可塑性樹脂と
の混練の際に、ガラス繊維の未開繊部分が多く残る状態
となるが、このようにガラス繊維の分散性が悪い状態で
は、成形品の外観異常や物性の品質異常が問題となる。
しかも、この特許公報に掲載された特許発明にあって
は、回転するローラ或いは旋回するリールにより溶融樹
脂含浸強化繊維束に安定した撚りを与える必要があるた
めか、引抜き速度が遅いといった課題がある(実施例
1,2,3は、いずれも5m/minである)。
束が完全に開繊した状態にはならず、集合した状態にな
る。これは、ガラスロービングには、単糸を収束させ
るために収束剤ウレタン系バインダーを使用しているの
で、繊維同士がかなり結合していること。内取りを採
用していることからガラスロービングに撚りがかかって
集合すること。含浸した熱可塑性樹脂の接着剤効果で
繊維と繊維とを結合することにより、開繊して含浸した
ガラスロービングは含浸槽及び成形ノズル内で集合体に
なってしまうことからである。
可塑性樹脂ペレットを成形した場合には、上述したよう
に、熱可塑性樹脂を含浸したガラス繊維束が集合した状
態になっているので、ガラス繊維に含浸した熱可塑性樹
脂と、ガラス繊維に含浸していない熱可塑性樹脂との固
化収縮率が異なることから、例えば図3(c)に示すよ
うに、ペレットの成形、固化の際に、熱可塑性樹脂で含
浸したガラス繊維が側面から飛び出すという課題があ
る。図3(c)に示したものは、ガラス繊維の飛び出し
率Eが33.3%で、ガラスロービングがほぼ半分飛び
出している状態となっていて、単糸の脱落はもちろんガ
ラスロービングの一部が塊で脱落してしまう惧れがあ
る。このように、ペレットの側面からガラス繊維が飛び
出す量が多いと、ペレットの断面は円形にならず、ペレ
タイズの際にいわゆるヒゲやミスカットが発生する原因
となる。特に、ヒゲはペレットの割れやガラス繊維(単
糸)の脱落が多くなる原因となるため、ヒゲが発生した
ペレットを使用すると、スクリュー内で喰い込み不良を
起こすといった課題がある。
レットを成形するには、一般に、低圧縮深溝タイプのス
クリューを装着した射出成形機が使用されるが、このタ
イプの射出成形機はガラス繊維長を大きくするために練
り効果が甘く設定されている。このため、分散性の悪い
ペレットでは、成形物に未分散部分が多く残り、外観異
常や品質不良の原因となる。
してガラス繊維が飛び出さないようにすることが不可欠
であるが、熱可塑性樹脂の被覆といった生産工程が別途
必要になることから、生産性が悪くなり、特に上述した
特許公報に掲載された特許発明のように撚りを与えるも
のにあっては、生産性が極めて遅くなるといった課題が
ある。
なされたものであって、長繊維の分散性が良好で、か
つ、熱可塑性樹脂が含浸された長繊維がペレット側面か
ら飛び出さないように、あたかも熱可塑性樹脂で被覆し
たように成形された長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット、
及び、このペレットを高速でありながら安定して製造す
ることができる製造方法及び製造装置を提供することを
目的とする。
るため、本発明に係る長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット
は、連続した長繊維束と、該長繊維束に含浸されるとと
もにその周囲に保持される熱可塑性樹脂とからなる長繊
維強化熱可塑性樹脂ペレットにおいて、直径が2.5〜
3.5mmの円柱状にして所定長を有するとともに、前
記熱可塑性樹脂で含浸した長繊維がペレット側面で飛び
出した長さの総長をeとし、ペレットの全周をLとした
とき、E=(e/L)×100(%)式であらわされる
飛び出し率Eが1〜20%であることを特徴とするもの
である。
脂ペレットの製造方法は、連続した長繊維束を熱可塑性
樹脂の溶融樹脂槽中に浸漬させて繊維束内に溶融樹脂を
含浸し、成形ノズルにより賦形し、前記溶融樹脂槽外に
引き出し、冷却した後、所定長に切断する長繊維強化熱
可塑性樹脂ペレットの製造方法において、前記成形ノズ
ルによる賦形直前に、最終的に得ようとするペレットの
長繊維含有率より5〜15wt%(好ましくは10wt
%)高い長繊維含有率となるように、前記樹脂を含浸し
た長繊維束を予備的に絞ることを特徴とするものであ
る。
樹脂ペレットの製造装置は、連続した長繊維束を浸漬し
て該繊維束内に熱可塑性溶融樹脂を含浸するための溶融
樹脂槽と、該溶融樹脂槽の出口側に設けられて前記樹脂
を含浸した長繊維束を賦形する成型ノズルと、前記溶融
樹脂槽から引き出された樹脂含浸長繊維束を冷却する冷
却手段と、該冷却装置により冷却された樹脂含浸長繊維
束を所定長に切断する切断手段とを備えた長繊維強化熱
可塑性樹脂ペレットの製造装置において、前記溶融樹脂
槽内には、前記成形ノズルの上流側10mm以内に、最
終的に得ようとするペレットの長繊維含有率より5〜1
5wt%(好ましくは10wt%)高い長繊維含有率と
なるように、前記樹脂含浸長繊維束を予備的に絞る絞り
ノズルを設けたことを特徴とするものである。
維熱可塑性樹脂ペレットによれば、熱可塑性樹脂で含浸
した長繊維がペレット側面で飛び出した長さの総長をe
とし、ペレットの全周をLとしたとき、E=(e/L)
×100(%)式であらわされる飛び出し率Eが1〜2
0%であるので、このペレットは、熱可塑性樹脂を被覆
した形状と類似したもので、分散性が良く、外観状態も
良好でかつ品質も安定していた。
レットの製造方法によれば、成形ノズルによる賦形直前
に、最終的に得ようとするペレットの長繊維含有率より
5〜15wt%高い長繊維含有率となるように、前記樹
脂を含浸した長繊維束を予備的に絞るので、前述した飛
び出し率Eを1〜20%に制御したペレットを容易に製
造することができる。また、この製造方法によって製造
したペレットは、長繊維含有率が30〜65%と高濃度
である。しかも、30〜40m/minの高速であって
も安定した製造をおこなうことができる。
ペレットの製造装置によれば、溶融樹脂槽内には、前記
成形ノズルの上流側10mm以内に、最終的に得ようと
するペレットの長繊維含有率より5〜15wt%(好ま
しくは10wt%)高い長繊維含有率となるように、前
記樹脂含浸長繊維束を予備的に絞る絞りノズルを設ける
ので、前述した飛び出し率Eを1〜20%に制御したペ
レットを容易に製造することができる。また、この製造
装置を用いて製造したペレットは、長繊維含有率が30
〜65%と高濃度である。しかも、30〜40m/mi
nの高速であっても安定した製造をおこなうことができ
る。
ガラス長繊維で強化した熱可塑性樹脂ペレットの製造装
置を示す説明図であり、連続したガラスロービングであ
るガラス繊維束1を減圧して開繊しやすくするための減
圧槽3と、減圧されたガラス繊維束1を浸漬して該繊維
束1内に熱可塑性溶融樹脂(PP樹脂)4を含浸するた
めの溶融樹脂槽5と、熱可塑性溶融樹脂を含浸したガラ
ス繊維束1を冷却固化するために冷却水6が貯留された
冷却槽7(冷却手段)と、ガラス繊維束1から水を除去
するための水切り装置9と、ガラス繊維束1を当該場所
まで引き取ると共に更に下流側に送り出すための引取機
11と、樹脂を含浸したガラス繊維束1を所定長に切断
(ペレタイズ)するための切断手段13とを上流側から
順に備えている。なお、所定長に切断されてなるペレッ
トPは、選別され、紙袋に自動梱包・積載される。
を開繊するためのスプレダー15が設けられている。そ
して、溶融樹脂含浸槽5には、下流側端部すなわち出口
側に、熱可塑性溶融樹脂を含浸したガラス繊維束1を賦
形する成形ノズル17が設けられているとともに、成形
ノズル17の上流側近傍(10mm以内であることが好
ましい)に、樹脂含浸ガラス繊維束1を予備的に絞る絞
りノズル19が設けられている。
せず)により可塑化された樹脂が、ダイス21を介し
て、所定の圧力に制御しながら導入される。
形直前に絞りノズルで絞るといった2段式絞り成形方法
を採用しているが、絞りノズル19は、最終的に得よう
とするペレットPのガラス長繊維含有率より10wt%
(5〜15wt%であることが好ましい)高い長繊維含
有率となるように、樹脂含浸ガラス繊維束を絞り調整す
ることにより、固化収縮率を制御する。例えば、ガラス
長繊維含有率65wt%のペレットPを作成する場合に
は、絞りノズル19において長繊維含有率が75wt%
となるように絞り、最終含有率50wt%のペレットP
を作成する場合には、絞りノズル19において60wt
%に絞る。なお、65wt%以上のガラス繊維含有率で
は含浸性が悪く、かつ実用性に乏しいので、ガラス繊維
強化熱可塑性樹脂ペレットPのガラス含有率は30〜6
5%が適当である。また、絞りノズル19は飛び出した
ガラス繊維が成型ノズル17の壁面と接触しないように
対策したもので、絞りノズル19も同様に接触を少なく
するために1〜2mmとできるだけ小さい方が望まし
い。
続したガラス長繊維束1と、長繊維束1に含浸されると
ともにその周囲に保持される熱可塑性樹脂4とからなる
直径が2.5〜3.5mmの円柱状にして所定長を有す
る長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットPが製造される。そ
して、本製造装置及び本製造方法を用いることにより、
熱可塑性樹脂4で含浸したガラス繊維1がペレットP側
面で飛び出した長さの総長をeとし、ペレットPの全周
をLとしたとき、E=(e/L)×100(%)式であ
らわされる飛び出し率Eが1〜20%であるペレットP
を製造することができる。
ガラス繊維1が側面から飛び出している割合を示すもの
である。飛び出し状態はペレットPの端面をカミソリ刃
で薄くカットし、光学顕微鏡を用いて約100〜200
倍で観察することにより、熱可塑性樹脂4が含浸したガ
ラス繊維束1の集合体と熱可塑性樹脂4との間に光透過
性の違いがあるために界面をしっかりと区別することが
でき、熟練を要することなく容易に判断することができ
る。
製造方法を用いることにより製造したペレットPの横断
面図を示している。図3(a)は飛び出し率Eが1%、
図3(b)は飛び出し率Eが16.7%の例をそれぞれ
示している。いずれのペレットPも、ガラス長繊維1の
分散性が良好で、かつ、熱可塑性樹脂4が含浸されたガ
ラス長繊維1がペレットPの側面から飛び出さないよう
に、あたかも熱可塑性樹脂4で被覆したように成形する
ことができる。
ように製造されたペレットPにあっては、単糸の脱落や
ガラス繊維束の一部が塊で脱落してしまうといった惧れ
がなく、ペレタイズの際にいわゆるヒゲやミスカットが
発生することに起因したスクリュー内での喰い込み不良
といった課題もない。さらに、低圧縮深溝タイプのスク
リューを装着した射出成形機を使用する場合であって
も、成形物に未分散部分が多く残ることなく、外観異常
や品質不良の原因となることはない。
りノズル19でのストレス(擦れや重なり)が大きくな
り、絞りノズル19内で単糸切れが発生する惧れがあ
る。一方、図3(d)は、飛び出し率Eが0%の場合
(被覆もしくは撚りによってガラス繊維束を中央部分に
寄せた状態)を示しているが、飛び出し率Eが1%未満
の場合には、ガラス繊維含有率が部分的に高くなるため
に熱可塑性樹脂4との分散性が悪くなり、未分散部分が
多く残って外観異常及び品質異常となる。
ことにより、上述したペレットPの生産速度を30〜4
0mm/minに上げても、生産速度10mm/min
のペレットPと同じ分散性と物性とが発揮でき、かつペ
レットPの割れや単糸の脱落を解消できることができ
た。
=40のPPホモポリマーと、マレイン酸変性PP樹脂
とを5wt%混合したものを押出機240℃にて溶融し
て、ダイスを介して溶融樹脂含浸槽内に貯留した。ガラ
ス繊維束(ガラスロービング)は繊維径17μ1150
テックスを4本使用した。ガラス繊維はアミノシランカ
ップリング処理を施し、ウレタン系バインダーの収束剤
を0.15〜0.25wt%使用した。ガラス繊維のモ
ノフィラメント数は2000本が適しており、1200
本以下では生産性が上がらず、4000本では含浸不良
が発生する。
き棒)で開繊して溶融したPP樹脂を含浸する。含浸温
度は250〜280℃で、成型ノズルはφ3mm(ラン
ド長10mm)、絞りノズルをφ2.3mm(ランド長
2mm)使用し、絞りノズルは成型ノズルの10mm前
に設置した。
を、生産速度40mm/minで引き取りながら成形し
て、冷却槽にて冷却した後、水冷式ペレタイザーにてペ
レットを10mmにカットした。サンプルの物性評価
は、ガラス繊維含有率が40wt%となるようにPP樹
脂で希釈した後、射出成形機にてテストピースを作成
し、ASTMに準拠して引張強度・曲げ強度・曲げ弾性
率・衝撃強度を測定した。その結果を表1に示す。分散
性はテストピースを目視にて観察して表2の分散性の評
価基準にて決定した。
ング)を4本から3本に変更して、それ以外は実施例1
と同一条件でガラス繊維含有率40wt%のペレットを
作成して、希釈しないでそのまま使用する。
更して、それ以外は実施例1と同一条件で飛び出し率E
を16.7%(図2)のペレットを作成した。
それ以外は実施例1と同一条件で飛び出し率Eを33.
3%(図3(c))のペレットを作成した。
含浸槽で、実施例1と同一条件でロッドに撚りをかけな
がら引き取り、ガラス繊維を中央部に寄せて、飛び出し
率0%(図3(d))のペレットPを作成した。
に変更した以外は実施例1と同一条件で行った。生産速
度が10mm/min以下の場合、含浸性が良く、単糸
切れによるトラブルなく問題が発生しないが生産量が悪
い。
Pの製造装置を示す図である。
のペレットPの横断面図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 連続した長繊維束と、該長繊維束に含浸
されるとともにその周囲に保持される熱可塑性樹脂とか
らなる長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットにおいて、 直径が2.5〜3.5mmの円柱状にして所定長を有す
るとともに、 前記熱可塑性樹脂で含浸したガラス繊維がペレット側面
で飛び出した長さの総長をeとし、ペレットの全周をL
としたとき、 E=(e/L)×100(%) 式であらわされる飛び出し率Eが1〜20%であること
を特徴とするガラス長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット。 - 【請求項2】 連続した長繊維束を熱可塑性樹脂の溶融
樹脂槽中に浸漬させて繊維束内に溶融樹脂を含浸し、成
形ノズルにより賦形し、前記溶融樹脂槽外に引き出し、
冷却した後、所定長に切断する長繊維強化熱可塑性樹脂
ペレットの製造方法において、 前記成形ノズルによる賦形直前に、最終的に得ようとす
るペレットの長繊維含有率より5〜15wt%高い長繊
維含有率となるように、前記樹脂を含浸した長繊維束を
予備的に絞ることを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂
ペレットの製造方法。 - 【請求項3】 連続した長繊維束を浸漬して該繊維束内
に熱可塑性溶融樹脂を含浸するための溶融樹脂槽と、該
溶融樹脂槽の出口側に設けられて前記樹脂を含浸した長
繊維束を賦形する成型ノズルと、前記溶融樹脂槽から引
き出された樹脂含浸長繊維束を冷却する冷却手段と、該
冷却装置により冷却された樹脂含浸ガラス繊維束を所定
長に切断する切断手段とを備えた長繊維強化熱可塑性樹
脂ペレットの製造装置において、 前記溶融樹脂槽内には、前記成形ノズルの上流側10m
m以内に、最終的に得ようとするペレットの長繊維含有
率より5〜15wt%高い長繊維含有率となるように、
前記樹脂含浸長繊維束を予備的に絞る絞りノズルを設け
たことを特徴とする長繊維強化熱可塑性樹脂ペレットの
製造装置。
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| JP2001234862A Pending JP2003049002A (ja) | 2001-08-02 | 2001-08-02 | 長繊維強化熱可塑性樹脂ペレット並びにその製造方法及び製造装置 |
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|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007070381A (ja) * | 2005-09-02 | 2007-03-22 | Owens Corning Seizo Kk | 長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料の製造装置 |
| US8012283B2 (en) | 2004-09-06 | 2011-09-06 | Prime Polymer Co., Ltd. | Method for producing fiber-reinforced resin composition |
| CN111491784A (zh) * | 2017-12-22 | 2020-08-04 | Sabic环球技术有限责任公司 | 多个带护套的连续多纤丝束的带 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1177676A (ja) * | 1997-09-08 | 1999-03-23 | Asahi Fiber Glass Co Ltd | 長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料 |
-
2001
- 2001-08-02 JP JP2001234862A patent/JP2003049002A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1177676A (ja) * | 1997-09-08 | 1999-03-23 | Asahi Fiber Glass Co Ltd | 長繊維強化熱可塑性樹脂成形材料 |
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| CN111491784B (zh) * | 2017-12-22 | 2022-08-09 | Sabic环球技术有限责任公司 | 多个带护套的连续多纤丝束的带 |
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