繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びその装置
【目的】 溶融粘度の高い高分子量の熱可塑性樹脂であっても、ロービング中の個々のフィラメントをマトリックスたる溶融熱可塑性樹脂中への分散性の向上及び高生産性の引き抜き成形法の開発。
【構成】 ダイボックス内に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールによりダイ内を通過する連続繊維束を圧迫して開繊し、同時にダイボックスに設けられた複数の樹脂注入口から溶融樹脂を注入し、開繊された補強用繊維束に連続的に樹脂を被覆する。
【構成】 ダイボックス内に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールによりダイ内を通過する連続繊維束を圧迫して開繊し、同時にダイボックスに設けられた複数の樹脂注入口から溶融樹脂を注入し、開繊された補強用繊維束に連続的に樹脂を被覆する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明補強用繊維に熱可塑性樹脂を被覆（含浸）させる繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びその装置に関する。この樹脂組成物は、高剛性、高耐衝撃性、耐クリープ性が要求される自動車部品、建材、ならびに産業資材分野の部品に利用される。
【０００２】
【従来の技術】従来熱可塑性樹脂と補強用繊維を複合した組成物からなる成形用材料を製造する方法としては、（１）適当な長さ（通常３〜６ｍｍ）に切断した繊維と、粉末または粒状の熱可塑性樹脂を混合し、押出成形機にて押出し、切断して成形材料を得る方法（２）熱可塑性樹脂を溶剤に溶解もしくは懸濁し、それに長繊維を連続的に浸漬し、溶剤を乾燥除去し、然る後、これを切断して成形材料を得る方法（３）繊維を連続的に開始剤を含むモノマーもしくは反応性を有するオリゴマーに浸漬し、これを加熱重合して、然る後これを切断して成形材料を得る方法（４）樹脂を押出成形機により可塑化溶融し、溶融物の吐出側に長繊維を連続的に導入し、繊維に溶融樹脂を浸透させ押出し、これを切断して成形材料とする電線被覆類似の引き抜き成形法またはプルトルージョン法等が知られている。
【０００３】（１）の短繊維を使用する方法では繊維の初期長をあまり大きくすることができないことや押出機にて混合するときに繊維の粉砕が生じるため繊維による補強効果が不十分になるという問題点がある。
【０００４】（２）の溶剤を使用する方法では、使用した溶剤を回収する必要があり、工程が長くなると同時に設備が大規模なものとなって、コストへの影響が大きい欠点がある。
【０００５】（３）のモノマーまたはオリゴマーに浸漬、重合する方法による場合は、使用可能な熱可塑性樹脂が限られている点や、重合工程が複雑となり、その制御が困難であるという欠点を有する。
【０００６】以上の各方法に対し、（４）の引き抜き成形法またはプルトルージョン法では装置、工程とも簡単であり、製造工程中に繊維の粉砕を伴わず、成形材料中の繊維の長さを任意に選択できるため補強効果を高くすることが容易である。しかし繊維束の凝集が生じ易く、マトリックス樹脂が各単繊維間に充分浸透（含浸）せず、分散の悪い製品となる傾向があった。特に補強効果を増すために繊維の配合量を増すことはこの凝集性を一層高め、そのため本来補強されるべき製品の強度が低下したり、製品の外観が悪化したり、極端な場合では繊維の束がペレットから抜け落ちることさえあり、補強性能、外観、安全性、衛生性において問題を有していた。
【０００７】この改善のため、例えば特公昭４３−７４４８、特公昭４３−７４６８、特公昭５２−１０１４０、特公昭５５−１６８２５においては、クロスヘッドダイの工夫により改善する提案がなされているが、繊維束中の個々のフィラメントに対するマトリックス樹脂の含浸性と樹脂組成物中での個々の繊維の分散性は未だ不十分であった。
【０００８】一方、樹脂の含浸性を向上させるため溶融粘度の低い、つまり低分子量の樹脂を使用したり、低分子量添加剤を多量に混合し、溶融物の粘度を低下させたりする方法や、またダイス部の温度を高めに設定し溶融物の粘度を下げる等の樹脂粘度を下げる方法が知られている。しかしこれらの方法では粘度低下させる幅にも限界があったり、または熱分解を生起するなどがあり、さらに得られた成形材料の物性面、特に耐衝撃性、長期信頼性に問題が生じていた。
【０００９】また、個々の繊維フィラメントへの樹脂含浸性を改善するためには、例えば特公昭６３−３７６９４等においてはスプレッダー等（これはピン、バー、回転体等の突起物を含む）の利用によって繊維束を拡げ、換言すれば繊維を開繊させ個々の繊維が樹脂と接触し易くする方法の提案がなされている。
【００１０】この場合上記の提案方法において固定された開繊構造を使用する場合、繊維に対する抵抗力が高くなり、引き抜きに多大の力を要するばかりでなく、繊維の切断が生じ易くなるという欠点があった。一方、ロール等の回転体を使用する場合においても前記の繊維に対する抵抗力が高くなるという問題点は改善されるものの、回転体を使用する場合に発生する溶融樹脂が開繊した繊維束の外側へ容易に逃げ易くなるという現象、つまり繊維と溶融樹脂の接触の機会が減少し、個々のフィラメントの全周にわたって溶融樹脂の被覆がうまく行かず含浸の効果が低下するという問題が避けられない。
【００１１】また特開平３−１９０７では溶融した熱可塑性樹脂を供給したダイボックス中にロールを設置し、そのロール表面に連続繊維を接触させ含浸させる方法が記載されている。この場合、溶融樹脂は閉鎖されたダイボックス内に充填された形となるため、前記の樹脂の繊維とロールの接触面上からの逃げの問題は幾分解消するものの、ダイボックス内の溶融樹脂の複雑な流動により完全に解消できないため、含浸の均一性が失われ、あるいは高速引き取りによる生産性の向上は望めなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの引き抜き成形法またはプルトルージョン法を改良したもので、溶融粘度の高い高分子量の熱可塑性樹脂も使用可能であり、特にロービング中の個々のフィラメントをマトリックスたる溶融熱可塑性樹脂中への分散性の向上と引き抜き成形法での生産性を改良することを目的とするものである。そして最終的には該繊維強化熱可塑性樹脂組成物を射出成形、圧縮成形等の成形をした場合、機械的、熱的強度、特に耐クリープ、耐衝撃性、製品の外観性の優れた繊維強化樹脂成形品の製造を可能とすることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、連続した補強用繊維束を溶融熱可塑性樹脂で被覆（含浸）させ、繊維長の長い繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、ダイボックス内に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールにより、ダイ内を通過する連続繊維束を圧迫して開繊し、同時にダイボックスに設けられた複数の樹脂注入口から溶融樹脂を注入し、開繊された補強用繊維の束に連続的に樹脂を被覆（含浸）することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法を開発することにより上記の目的を達成した。
【００１４】更に、補強用繊維束導入口、溶融樹脂が被覆（含浸）した該繊維束の出口ノズル、該補強繊維の束が通過する経路上に設けられた、繊維束を開繊するための複数の互いに表面が近接している回転可能なロール、及び補強用繊維とロール間のニップ部または補強用繊維が接触する直前のロール表面に溶融樹脂を供給するための樹脂供給口を備えたことを特徴とする引き抜き成形用ダイボックスを開発することにより、上記の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造を可能とした。
【００１５】本発明に使用できる熱可塑性樹脂としては押出機で可塑化可能であれば特に制限する理由はないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。またこれらの樹脂のブレンド物及び各種フィラーを充填した樹脂組成物であっても構わない。更に周知の技術として繊維との親和性を持たせた変性樹脂の使用は特に好ましい。樹脂の溶融粘度は特に制限はないが、好ましくは剪断速度１０2 ｓｅｃ-1での粘度が１０1 〜１０4 ｐｏｉｓｅ程度である。
【００１６】また本発明に用いられる補強用繊維の種類としては、Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラス等のガラス繊維、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系等の炭素繊維、また芳香族ポリアミド繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等のセラミック系繊維、また金属繊維が、またマトリックス樹脂がポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリスチレン等のごとく比較的低温で可塑化可能な樹脂であるときは、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維も使用でき、これら単独あるいは複合して用いられる。なお、繊維の太さ、表面処理剤、集束剤の種類、量などについては通常用いられているものと同じであれば使用できる。繊維強化樹脂組成物中の補強用繊維の配合量は特に制限されるものではないが、一般的にいって使用目的、樹脂の種類、繊維の種類等により若干の差はあるが、１０重量％から８０重量％程度である。
【００１７】尚、本発明によって得られる繊維強化樹脂組成物の形態としては、ダイボックス出口の形状を変えることにより任意の形状、例えば棒状、シート状、樋状、Ｌ字状等限定されるものではないが、通常は１０〜５０ｍｍの長さに切断した成形用材料ペレットとして好適に用いられる。
【００１８】以下、本発明を図面を用いて説明する。図１R>１は代表的なダイボックスの構造を示す。あらかじめ張力を調整され、好ましくは溶融樹脂の融点以上に予熱された数千本〜数万本のフィラメントからなる補強用繊維束１は、ダイ導入口２より外部から樹脂の融点以上に加熱されたダイ本体３に引きそろえて供給され、複数の互いに表面が近接している回転可能なロール６のグループのニップ部にて開繊されながらダイボックス出口に設けられたノズル７を経て外部に引き出される。この場合複数のロール間の距離は、繊維束を圧迫できる距離にあれば良い。
【００１９】一方、スクリュー押出機等で溶融、可塑化された樹脂は押出機ヘッドのマニホールド部を経て、樹脂供給口４よりダイボックスに供給され、更に分岐されて各樹脂注入口５よりダイ内に注入される。このダイ内部に設けられた複数の樹脂注入口５は補強用繊維とロール間のニップ部もしくは補強用繊維と接触する直前の回転しているロール表面に連続的に溶融樹脂を供給できる場所に開口している。
【００２０】このため補強用繊維束はロール間で圧迫され、開繊すると同時に溶融樹脂と強制的に接触され、これが各ロール接触面で複数回反復して行われるため、繊維束の個々のフィラメントまで充分に溶融樹脂で被覆（含浸）されることになる。
【００２１】ロールニップ部及びロール表面で樹脂を含浸した補強用繊維はダイボックス出口に設けられたノズル７を通過し、余分の樹脂を絞り、樹脂量をコントロールすると共に任意の形に賦形され、適当な長さに切断して繊維強化樹脂組成物８が得られる。
【００２２】ダイボックス内部は常に樹脂で充填している必要はないが、成形体の樹脂付着量の変動を防ぐために、少なくともノズル７付近は溶融樹脂が滞留している方が良い。更にダイ内部に空隙がある場合は、窒素ガス等の不活性ガスでダイ内部を置換するのが望ましい。各樹脂注入口５からの溶融樹脂の供給量はそれぞれ同じになるように調整しても良いし、意図的に変えても構わない。
【００２３】また本発明の異なった形態として、ロール表面より連続的に樹脂を供給することで、強化繊維とロール間のニップ部に常に樹脂を存在させ、前記図１のような複数のダイ側よりの樹脂供給と同様の効果を得ることができる。例えば図２に示すようにロール９内部に樹脂供給口１０を有し、そこからロール表面に貫通している複数の穴、つまり微小な樹脂注入口１１より溶融樹脂を連続的に供給する方法である。つまり常に新しい樹脂をその表面に付着させたロール９が回転することで強化繊維１とロールの間にほぼ連続的に樹脂を供給できる。ロール９に開けた微小の樹脂注入口１１の寸法は径０．０５〜１ｍｍの円状の穴、あるいは同様の厚みを有したスリット状のものであることができる。
【００２４】本発明で用いられる回転可能なロールの径は特に制限はされないが、望ましくはダイ内部の樹脂滞留部を少なくするために径５〜１００ｍｍの範囲のロールを使用するのが良い。また異なる径のロールを組み合わせることも可能である。またロールの数は補強用繊維への樹脂含浸性とダイ内部の高粘度の溶融熱可塑性樹脂による引き取り抵抗力を考慮したうえ、任意の数を選択できる。更に溶融樹脂の粘度を下げ、含浸性を改善するため、ロール表面温度を局所的に高温に加熱することもできる。
【００２５】これはロール内部にヒーターを埋め込んだり、高周波誘導加熱等の手段が利用できる。また回転可能なロールの種類としては、フリーロールであっても良いが、外部駆動によって強化繊維の引き取り速度と同調させた駆動ロールの使用が好ましい。
【００２６】さらに繊維のほつれや弛みによる切断を防止する目的で、補強用繊維の開繊幅を制限したり、また複数の補強用繊維束（通常ロービングと呼ばれる）を使用した場合の相互の繊維束の干渉を防ぐ目的でロール表面に任意の溝を入れることも可能である。また一方のロールに溝を設け、これに接触するロールは該溝に陥入する凸条を設け、この溝中に繊維束を入れてニップをすることは繊維束間に樹脂を練り込むのに効果があり、含浸性を向上する意味で好ましい。またロール表面はメッキ処理等の平滑処理、及び耐摩耗処理を施すのが望ましい。
【００２７】
【作用】本発明においてはダイボックス中に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールのニップ部において補強用繊維束を開繊すると共に、このニップ部に近接するかあるいは補強用繊維束がロール面に接触する直前のロール表面に近接して開口した樹脂供給口から溶融樹脂を供給して繊維束中の個々のフィラメントの全面にわたって、溶融樹脂を被覆する。
【００２８】なお、ロールは繊維が引き取り抵抗により切断が生起しないように駆動ロールを用いれば、多数個のロールを用いて溶融樹脂を補強用繊維束中に練り込むことが可能となる。この場合ロールニップ部に連続的に樹脂が供給され、ロールで圧延されることによって樹脂がロール表面に沿って左右に拡がる現象が見られるが、この作用によって強化繊維も大幅に開繊し、樹脂の含浸性も改善される。
【００２９】更にダイボックス出口のノズルにより溶融樹脂量を調整するための練り込みによって繊維束は溶融樹脂によりより均一な被覆（含浸）が行われる。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例にて具体的に説明する。
（実施例１）補強用繊維として繊維径１６μｍのＥ−ガラス繊維を約４０００本引きそろえ、所定の表面処理と集束処理を施したロービングを使用した。またマトリックス樹脂としては０．５ｐｈｒの無水マレイン酸で変性したＭＦＲ＝３０ｇ／１０分のホモポリプロピレンを使用した。成形装置としては表面をクロムメッキした径４０ｍｍのフリーロールを６本そろえたダイを使用した。ダイは２７０℃に加熱し、樹脂注入は、ロール間の供給量がほぼ同じになるようにオリフィス弁で調整し、ニップ部へダイの上下５箇所に行った。ロービングの張力を１．２ｋｇｆに調整し、ダイ内に各ロールのニップ間を通し、２０ｍ／ｍｉｎの速度で引き取り、直径約３ｍｍノズルからの引き抜き成形物を長さ１３ｍｍに切断し、繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造した。組成比は繊維４０重量％、ホモポリプロピレン６０重量％である。次いで該ペレットを射出成形し、基本性能と成形品の外観性を調べた。尚外観性の評価は成形材料にガラス繊維の分散（表面への浮き出し）を見やすくするためマスターカラーをブレンドし、ダイレクトスプールゲートを有する縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚み３ｍｍの平板を樹脂温度２２５℃、金型温度５０℃、スクリュー回転数８０ｒｐｍ、背圧ゼロの条件で射出成形し、曲げ強度、曲げ弾性率、衝撃強度（アイゾット；ノッチ付き）及び外観を評価した。
【００３１】
曲げ試験：ＪＩＳ Ｋ−７０５５（試験温度２３℃）
衝撃試験（ＩＺＯＤ）：ＪＩＳ Ｋ−７１１０（試験温度２３℃）
引張クリープ：ＪＩＳ Ｋ−７１１５（試験温度６０℃、応力２００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
【００３２】《外観評価の成形条件》樹脂温度２１０℃、金型温度４０℃計量：スクリュー回転数８０ｒｐｍ、背圧ゼロ
【００３３】《評価方法》成形品の表面の繊維の浮出数（不良箇所）を測定◎ 良好 （不良箇所２個以下）
○ 普通 （不良箇所２〜５個）
△ やや悪い （不良箇所５〜１０個）
× 悪い （不良箇所１０個以上）
評価結果を表１に示す。
【００３４】（比較例１）実施例１と同様のガラス繊維ロービング、変性ポリプロピレン及び装置を使用して同じ条件で成形した。但し樹脂注入はロービング導入口から最も近いロールニップ部一箇所のみで実施した。評価結果を表１に示す。
【００３５】（比較例２）実施例１と同様のガラス繊維ロービング、変性ポリプロピレンを使用して成形したが、ダイ内部にフリーロールを使用せず、代りに互い違いに配置した径１２ｍｍの固定されたバーの上をロービングに張力が発生するように通して実施した。尚、樹脂注入はピンの手前約２０ｍｍの上下６箇所である。評価結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、強化繊維を熱可塑性樹脂に分散させる引き抜き成形法、またはプルトルージョン法において、樹脂の溶融粘度が高くても、また高速で引き取りを行ってもマトリックス樹脂の繊維への含浸性が良好で、耐衝撃性、耐クリープ等の機械的性能及び製品外観の優れた繊維強化熱可塑性樹脂材料を製造する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】引き抜き成形用ダイボックスの模式図。
【図２】特殊ロールの形態を表した模式図。
【符号の説明】
１ 補強用繊維束
２ 補強用繊維束導入口
３ ダイボックス
４ 樹脂供給口
５ 樹脂注入口
６ ロール
７ ノズル
８ 繊維強化樹脂組成物
９ ロール
１０ 樹脂供給口
１１ 樹脂注入口
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明補強用繊維に熱可塑性樹脂を被覆（含浸）させる繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法及びその装置に関する。この樹脂組成物は、高剛性、高耐衝撃性、耐クリープ性が要求される自動車部品、建材、ならびに産業資材分野の部品に利用される。
【０００２】
【従来の技術】従来熱可塑性樹脂と補強用繊維を複合した組成物からなる成形用材料を製造する方法としては、（１）適当な長さ（通常３〜６ｍｍ）に切断した繊維と、粉末または粒状の熱可塑性樹脂を混合し、押出成形機にて押出し、切断して成形材料を得る方法（２）熱可塑性樹脂を溶剤に溶解もしくは懸濁し、それに長繊維を連続的に浸漬し、溶剤を乾燥除去し、然る後、これを切断して成形材料を得る方法（３）繊維を連続的に開始剤を含むモノマーもしくは反応性を有するオリゴマーに浸漬し、これを加熱重合して、然る後これを切断して成形材料を得る方法（４）樹脂を押出成形機により可塑化溶融し、溶融物の吐出側に長繊維を連続的に導入し、繊維に溶融樹脂を浸透させ押出し、これを切断して成形材料とする電線被覆類似の引き抜き成形法またはプルトルージョン法等が知られている。
【０００３】（１）の短繊維を使用する方法では繊維の初期長をあまり大きくすることができないことや押出機にて混合するときに繊維の粉砕が生じるため繊維による補強効果が不十分になるという問題点がある。
【０００４】（２）の溶剤を使用する方法では、使用した溶剤を回収する必要があり、工程が長くなると同時に設備が大規模なものとなって、コストへの影響が大きい欠点がある。
【０００５】（３）のモノマーまたはオリゴマーに浸漬、重合する方法による場合は、使用可能な熱可塑性樹脂が限られている点や、重合工程が複雑となり、その制御が困難であるという欠点を有する。
【０００６】以上の各方法に対し、（４）の引き抜き成形法またはプルトルージョン法では装置、工程とも簡単であり、製造工程中に繊維の粉砕を伴わず、成形材料中の繊維の長さを任意に選択できるため補強効果を高くすることが容易である。しかし繊維束の凝集が生じ易く、マトリックス樹脂が各単繊維間に充分浸透（含浸）せず、分散の悪い製品となる傾向があった。特に補強効果を増すために繊維の配合量を増すことはこの凝集性を一層高め、そのため本来補強されるべき製品の強度が低下したり、製品の外観が悪化したり、極端な場合では繊維の束がペレットから抜け落ちることさえあり、補強性能、外観、安全性、衛生性において問題を有していた。
【０００７】この改善のため、例えば特公昭４３−７４４８、特公昭４３−７４６８、特公昭５２−１０１４０、特公昭５５−１６８２５においては、クロスヘッドダイの工夫により改善する提案がなされているが、繊維束中の個々のフィラメントに対するマトリックス樹脂の含浸性と樹脂組成物中での個々の繊維の分散性は未だ不十分であった。
【０００８】一方、樹脂の含浸性を向上させるため溶融粘度の低い、つまり低分子量の樹脂を使用したり、低分子量添加剤を多量に混合し、溶融物の粘度を低下させたりする方法や、またダイス部の温度を高めに設定し溶融物の粘度を下げる等の樹脂粘度を下げる方法が知られている。しかしこれらの方法では粘度低下させる幅にも限界があったり、または熱分解を生起するなどがあり、さらに得られた成形材料の物性面、特に耐衝撃性、長期信頼性に問題が生じていた。
【０００９】また、個々の繊維フィラメントへの樹脂含浸性を改善するためには、例えば特公昭６３−３７６９４等においてはスプレッダー等（これはピン、バー、回転体等の突起物を含む）の利用によって繊維束を拡げ、換言すれば繊維を開繊させ個々の繊維が樹脂と接触し易くする方法の提案がなされている。
【００１０】この場合上記の提案方法において固定された開繊構造を使用する場合、繊維に対する抵抗力が高くなり、引き抜きに多大の力を要するばかりでなく、繊維の切断が生じ易くなるという欠点があった。一方、ロール等の回転体を使用する場合においても前記の繊維に対する抵抗力が高くなるという問題点は改善されるものの、回転体を使用する場合に発生する溶融樹脂が開繊した繊維束の外側へ容易に逃げ易くなるという現象、つまり繊維と溶融樹脂の接触の機会が減少し、個々のフィラメントの全周にわたって溶融樹脂の被覆がうまく行かず含浸の効果が低下するという問題が避けられない。
【００１１】また特開平３−１９０７では溶融した熱可塑性樹脂を供給したダイボックス中にロールを設置し、そのロール表面に連続繊維を接触させ含浸させる方法が記載されている。この場合、溶融樹脂は閉鎖されたダイボックス内に充填された形となるため、前記の樹脂の繊維とロールの接触面上からの逃げの問題は幾分解消するものの、ダイボックス内の溶融樹脂の複雑な流動により完全に解消できないため、含浸の均一性が失われ、あるいは高速引き取りによる生産性の向上は望めなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの引き抜き成形法またはプルトルージョン法を改良したもので、溶融粘度の高い高分子量の熱可塑性樹脂も使用可能であり、特にロービング中の個々のフィラメントをマトリックスたる溶融熱可塑性樹脂中への分散性の向上と引き抜き成形法での生産性を改良することを目的とするものである。そして最終的には該繊維強化熱可塑性樹脂組成物を射出成形、圧縮成形等の成形をした場合、機械的、熱的強度、特に耐クリープ、耐衝撃性、製品の外観性の優れた繊維強化樹脂成形品の製造を可能とすることを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、連続した補強用繊維束を溶融熱可塑性樹脂で被覆（含浸）させ、繊維長の長い繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、ダイボックス内に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールにより、ダイ内を通過する連続繊維束を圧迫して開繊し、同時にダイボックスに設けられた複数の樹脂注入口から溶融樹脂を注入し、開繊された補強用繊維の束に連続的に樹脂を被覆（含浸）することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法を開発することにより上記の目的を達成した。
【００１４】更に、補強用繊維束導入口、溶融樹脂が被覆（含浸）した該繊維束の出口ノズル、該補強繊維の束が通過する経路上に設けられた、繊維束を開繊するための複数の互いに表面が近接している回転可能なロール、及び補強用繊維とロール間のニップ部または補強用繊維が接触する直前のロール表面に溶融樹脂を供給するための樹脂供給口を備えたことを特徴とする引き抜き成形用ダイボックスを開発することにより、上記の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造を可能とした。
【００１５】本発明に使用できる熱可塑性樹脂としては押出機で可塑化可能であれば特に制限する理由はないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート等が挙げられる。またこれらの樹脂のブレンド物及び各種フィラーを充填した樹脂組成物であっても構わない。更に周知の技術として繊維との親和性を持たせた変性樹脂の使用は特に好ましい。樹脂の溶融粘度は特に制限はないが、好ましくは剪断速度１０2 ｓｅｃ-1での粘度が１０1 〜１０4 ｐｏｉｓｅ程度である。
【００１６】また本発明に用いられる補強用繊維の種類としては、Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラス等のガラス繊維、ピッチ系、ポリアクリロニトリル系等の炭素繊維、また芳香族ポリアミド繊維、炭化珪素繊維、アルミナ繊維等のセラミック系繊維、また金属繊維が、またマトリックス樹脂がポリエチレン、ポリプロピレンまたはポリスチレン等のごとく比較的低温で可塑化可能な樹脂であるときは、ナイロン繊維、ポリエステル繊維等の有機繊維も使用でき、これら単独あるいは複合して用いられる。なお、繊維の太さ、表面処理剤、集束剤の種類、量などについては通常用いられているものと同じであれば使用できる。繊維強化樹脂組成物中の補強用繊維の配合量は特に制限されるものではないが、一般的にいって使用目的、樹脂の種類、繊維の種類等により若干の差はあるが、１０重量％から８０重量％程度である。
【００１７】尚、本発明によって得られる繊維強化樹脂組成物の形態としては、ダイボックス出口の形状を変えることにより任意の形状、例えば棒状、シート状、樋状、Ｌ字状等限定されるものではないが、通常は１０〜５０ｍｍの長さに切断した成形用材料ペレットとして好適に用いられる。
【００１８】以下、本発明を図面を用いて説明する。図１R>１は代表的なダイボックスの構造を示す。あらかじめ張力を調整され、好ましくは溶融樹脂の融点以上に予熱された数千本〜数万本のフィラメントからなる補強用繊維束１は、ダイ導入口２より外部から樹脂の融点以上に加熱されたダイ本体３に引きそろえて供給され、複数の互いに表面が近接している回転可能なロール６のグループのニップ部にて開繊されながらダイボックス出口に設けられたノズル７を経て外部に引き出される。この場合複数のロール間の距離は、繊維束を圧迫できる距離にあれば良い。
【００１９】一方、スクリュー押出機等で溶融、可塑化された樹脂は押出機ヘッドのマニホールド部を経て、樹脂供給口４よりダイボックスに供給され、更に分岐されて各樹脂注入口５よりダイ内に注入される。このダイ内部に設けられた複数の樹脂注入口５は補強用繊維とロール間のニップ部もしくは補強用繊維と接触する直前の回転しているロール表面に連続的に溶融樹脂を供給できる場所に開口している。
【００２０】このため補強用繊維束はロール間で圧迫され、開繊すると同時に溶融樹脂と強制的に接触され、これが各ロール接触面で複数回反復して行われるため、繊維束の個々のフィラメントまで充分に溶融樹脂で被覆（含浸）されることになる。
【００２１】ロールニップ部及びロール表面で樹脂を含浸した補強用繊維はダイボックス出口に設けられたノズル７を通過し、余分の樹脂を絞り、樹脂量をコントロールすると共に任意の形に賦形され、適当な長さに切断して繊維強化樹脂組成物８が得られる。
【００２２】ダイボックス内部は常に樹脂で充填している必要はないが、成形体の樹脂付着量の変動を防ぐために、少なくともノズル７付近は溶融樹脂が滞留している方が良い。更にダイ内部に空隙がある場合は、窒素ガス等の不活性ガスでダイ内部を置換するのが望ましい。各樹脂注入口５からの溶融樹脂の供給量はそれぞれ同じになるように調整しても良いし、意図的に変えても構わない。
【００２３】また本発明の異なった形態として、ロール表面より連続的に樹脂を供給することで、強化繊維とロール間のニップ部に常に樹脂を存在させ、前記図１のような複数のダイ側よりの樹脂供給と同様の効果を得ることができる。例えば図２に示すようにロール９内部に樹脂供給口１０を有し、そこからロール表面に貫通している複数の穴、つまり微小な樹脂注入口１１より溶融樹脂を連続的に供給する方法である。つまり常に新しい樹脂をその表面に付着させたロール９が回転することで強化繊維１とロールの間にほぼ連続的に樹脂を供給できる。ロール９に開けた微小の樹脂注入口１１の寸法は径０．０５〜１ｍｍの円状の穴、あるいは同様の厚みを有したスリット状のものであることができる。
【００２４】本発明で用いられる回転可能なロールの径は特に制限はされないが、望ましくはダイ内部の樹脂滞留部を少なくするために径５〜１００ｍｍの範囲のロールを使用するのが良い。また異なる径のロールを組み合わせることも可能である。またロールの数は補強用繊維への樹脂含浸性とダイ内部の高粘度の溶融熱可塑性樹脂による引き取り抵抗力を考慮したうえ、任意の数を選択できる。更に溶融樹脂の粘度を下げ、含浸性を改善するため、ロール表面温度を局所的に高温に加熱することもできる。
【００２５】これはロール内部にヒーターを埋め込んだり、高周波誘導加熱等の手段が利用できる。また回転可能なロールの種類としては、フリーロールであっても良いが、外部駆動によって強化繊維の引き取り速度と同調させた駆動ロールの使用が好ましい。
【００２６】さらに繊維のほつれや弛みによる切断を防止する目的で、補強用繊維の開繊幅を制限したり、また複数の補強用繊維束（通常ロービングと呼ばれる）を使用した場合の相互の繊維束の干渉を防ぐ目的でロール表面に任意の溝を入れることも可能である。また一方のロールに溝を設け、これに接触するロールは該溝に陥入する凸条を設け、この溝中に繊維束を入れてニップをすることは繊維束間に樹脂を練り込むのに効果があり、含浸性を向上する意味で好ましい。またロール表面はメッキ処理等の平滑処理、及び耐摩耗処理を施すのが望ましい。
【００２７】
【作用】本発明においてはダイボックス中に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールのニップ部において補強用繊維束を開繊すると共に、このニップ部に近接するかあるいは補強用繊維束がロール面に接触する直前のロール表面に近接して開口した樹脂供給口から溶融樹脂を供給して繊維束中の個々のフィラメントの全面にわたって、溶融樹脂を被覆する。
【００２８】なお、ロールは繊維が引き取り抵抗により切断が生起しないように駆動ロールを用いれば、多数個のロールを用いて溶融樹脂を補強用繊維束中に練り込むことが可能となる。この場合ロールニップ部に連続的に樹脂が供給され、ロールで圧延されることによって樹脂がロール表面に沿って左右に拡がる現象が見られるが、この作用によって強化繊維も大幅に開繊し、樹脂の含浸性も改善される。
【００２９】更にダイボックス出口のノズルにより溶融樹脂量を調整するための練り込みによって繊維束は溶融樹脂によりより均一な被覆（含浸）が行われる。
【００３０】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例にて具体的に説明する。
（実施例１）補強用繊維として繊維径１６μｍのＥ−ガラス繊維を約４０００本引きそろえ、所定の表面処理と集束処理を施したロービングを使用した。またマトリックス樹脂としては０．５ｐｈｒの無水マレイン酸で変性したＭＦＲ＝３０ｇ／１０分のホモポリプロピレンを使用した。成形装置としては表面をクロムメッキした径４０ｍｍのフリーロールを６本そろえたダイを使用した。ダイは２７０℃に加熱し、樹脂注入は、ロール間の供給量がほぼ同じになるようにオリフィス弁で調整し、ニップ部へダイの上下５箇所に行った。ロービングの張力を１．２ｋｇｆに調整し、ダイ内に各ロールのニップ間を通し、２０ｍ／ｍｉｎの速度で引き取り、直径約３ｍｍノズルからの引き抜き成形物を長さ１３ｍｍに切断し、繊維強化熱可塑性樹脂組成物のペレットを製造した。組成比は繊維４０重量％、ホモポリプロピレン６０重量％である。次いで該ペレットを射出成形し、基本性能と成形品の外観性を調べた。尚外観性の評価は成形材料にガラス繊維の分散（表面への浮き出し）を見やすくするためマスターカラーをブレンドし、ダイレクトスプールゲートを有する縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚み３ｍｍの平板を樹脂温度２２５℃、金型温度５０℃、スクリュー回転数８０ｒｐｍ、背圧ゼロの条件で射出成形し、曲げ強度、曲げ弾性率、衝撃強度（アイゾット；ノッチ付き）及び外観を評価した。
【００３１】
曲げ試験：ＪＩＳ Ｋ−７０５５（試験温度２３℃）
衝撃試験（ＩＺＯＤ）：ＪＩＳ Ｋ−７１１０（試験温度２３℃）
引張クリープ：ＪＩＳ Ｋ−７１１５（試験温度６０℃、応力２００ｋｇｆ／ｃｍ2 ）
【００３２】《外観評価の成形条件》樹脂温度２１０℃、金型温度４０℃計量：スクリュー回転数８０ｒｐｍ、背圧ゼロ
【００３３】《評価方法》成形品の表面の繊維の浮出数（不良箇所）を測定◎ 良好 （不良箇所２個以下）
○ 普通 （不良箇所２〜５個）
△ やや悪い （不良箇所５〜１０個）
× 悪い （不良箇所１０個以上）
評価結果を表１に示す。
【００３４】（比較例１）実施例１と同様のガラス繊維ロービング、変性ポリプロピレン及び装置を使用して同じ条件で成形した。但し樹脂注入はロービング導入口から最も近いロールニップ部一箇所のみで実施した。評価結果を表１に示す。
【００３５】（比較例２）実施例１と同様のガラス繊維ロービング、変性ポリプロピレンを使用して成形したが、ダイ内部にフリーロールを使用せず、代りに互い違いに配置した径１２ｍｍの固定されたバーの上をロービングに張力が発生するように通して実施した。尚、樹脂注入はピンの手前約２０ｍｍの上下６箇所である。評価結果を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、強化繊維を熱可塑性樹脂に分散させる引き抜き成形法、またはプルトルージョン法において、樹脂の溶融粘度が高くても、また高速で引き取りを行ってもマトリックス樹脂の繊維への含浸性が良好で、耐衝撃性、耐クリープ等の機械的性能及び製品外観の優れた繊維強化熱可塑性樹脂材料を製造する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】引き抜き成形用ダイボックスの模式図。
【図２】特殊ロールの形態を表した模式図。
【符号の説明】
１ 補強用繊維束
２ 補強用繊維束導入口
３ ダイボックス
４ 樹脂供給口
５ 樹脂注入口
６ ロール
７ ノズル
８ 繊維強化樹脂組成物
９ ロール
１０ 樹脂供給口
１１ 樹脂注入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】 連続した補強用繊維束を溶融熱可塑性樹脂で被覆（含浸）させ、繊維長の長い繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、ダイボックス内に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールにより、ダイ内を通過する連続繊維束を圧迫して開繊し、同時にダイボックスに設けられた複数の樹脂注入口から溶融樹脂を注入し、開繊された補強用繊維の束に連続的に樹脂を被覆（含浸）することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】 ダイボックス内部に設けられた複数の樹脂注入口より、補強用繊維とロール間のニップ部または補強用繊維と接触する直前の回転しているロール表面に連続的に溶融樹脂を供給することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】 回転しているロール表面より連続的に溶融樹脂を供給することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項４】 補強用繊維束導入口、溶融樹脂が被覆（含浸）した該繊維束の出口ノズル、該補強繊維の束が通過する経路上に設けられた、繊維束を開繊するための複数の互いに表面が近接している回転可能なロール、及び補強用繊維とロール間のニップ部または補強用繊維が接触する直前のロール表面に溶融樹脂を供給するための樹脂供給口を備えたことを特徴とする引き抜き成形用ダイボックス。
【請求項５】 回転可能なロールの直径が５〜１００ｍｍである請求項４記載の引き抜き成形用ダイボックス。
【請求項１】 連続した補強用繊維束を溶融熱可塑性樹脂で被覆（含浸）させ、繊維長の長い繊維を含有する繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法において、ダイボックス内に設けられた複数の互いに表面が近接している回転可能なロールにより、ダイ内を通過する連続繊維束を圧迫して開繊し、同時にダイボックスに設けられた複数の樹脂注入口から溶融樹脂を注入し、開繊された補強用繊維の束に連続的に樹脂を被覆（含浸）することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項２】 ダイボックス内部に設けられた複数の樹脂注入口より、補強用繊維とロール間のニップ部または補強用繊維と接触する直前の回転しているロール表面に連続的に溶融樹脂を供給することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項３】 回転しているロール表面より連続的に溶融樹脂を供給することを特徴とする請求項１記載の繊維強化熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
【請求項４】 補強用繊維束導入口、溶融樹脂が被覆（含浸）した該繊維束の出口ノズル、該補強繊維の束が通過する経路上に設けられた、繊維束を開繊するための複数の互いに表面が近接している回転可能なロール、及び補強用繊維とロール間のニップ部または補強用繊維が接触する直前のロール表面に溶融樹脂を供給するための樹脂供給口を備えたことを特徴とする引き抜き成形用ダイボックス。
【請求項５】 回転可能なロールの直径が５〜１００ｍｍである請求項４記載の引き抜き成形用ダイボックス。
【図２】
【図１】
【図１】
【公開番号】特開平６−２５４８５７
【公開日】平成６年（１９９４）９月１３日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−６９２７０
【出願日】平成５年（１９９３）３月４日
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【公開日】平成６年（１９９４）９月１３日
【国際特許分類】
【出願日】平成５年（１９９３）３月４日
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
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