長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体の製造装置
【課題】 長繊維強化樹脂長尺体製造時の毛羽又は毛玉発生阻止手段開発。
【解決手段】 開繊含浸槽Vの下流端壁Vdに穿設された賦形ノズル1の縦断面形状を上流側から円錐部11及びそれに続く円筒面のランド部12で形成させ、円錐部内壁面11iの頂角(α)を15〜35度に、ランド部長を1〜5mmに、下流端壁Vd厚を5〜30mmにそれぞれ設定する。供給機構(不図示)から溶融樹脂を樹脂導入口Vi経由で導入し、連続繊維束Fを上流端壁Vu又は天板Vt上流域に開設された繊維束導入口Vuf又はVtf経由で導入し、それを本装置V内の開繊架設体RPで開繊しながら開栓体間に樹脂を含浸させ、これを賦形ノズル1で絞りながら本装置Vから下流側へ引出し装置(不図示)で引出して長繊維強化樹脂長尺体Sを得る。
【効果】 開繊含浸装置Vに穿設された賦形ノズル1の出口周囲には毛玉も毛羽等も殆ど発生しなかった。
【解決手段】 開繊含浸槽Vの下流端壁Vdに穿設された賦形ノズル1の縦断面形状を上流側から円錐部11及びそれに続く円筒面のランド部12で形成させ、円錐部内壁面11iの頂角(α)を15〜35度に、ランド部長を1〜5mmに、下流端壁Vd厚を5〜30mmにそれぞれ設定する。供給機構(不図示)から溶融樹脂を樹脂導入口Vi経由で導入し、連続繊維束Fを上流端壁Vu又は天板Vt上流域に開設された繊維束導入口Vuf又はVtf経由で導入し、それを本装置V内の開繊架設体RPで開繊しながら開栓体間に樹脂を含浸させ、これを賦形ノズル1で絞りながら本装置Vから下流側へ引出し装置(不図示)で引出して長繊維強化樹脂長尺体Sを得る。
【効果】 開繊含浸装置Vに穿設された賦形ノズル1の出口周囲には毛玉も毛羽等も殆ど発生しなかった。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は連続した強化用繊維束に溶融熱可塑性樹脂を含浸させて、強化熱可塑性樹脂長尺体即ち、単一方向に整列した長繊維で強化された熱可塑性樹脂構造体を製造する為の装置に関する。詳しくは、特定形状の賦形ノズルを使用することをその主眼とし、糸切れによる毛玉発生が押さえられると共に、安定生産性に優れた熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】強化用繊維束に溶融樹脂を良好に含浸させる方法は既に特公昭６３−３７６９４号公報等に種々提案されている。これらの方法によれば、含浸性に優れた熱可塑性樹脂長尺体を得ることができる。しかし、本発明者等の検討によれば、次記の各種改善必要事項が残されていることが判った：長時間運転に伴って繊維の糸切れに伴って毛玉が発生する；この毛玉が賦形ノズルに詰まる結果として更なる糸切れを引起こし、最終的に長尺体全体が破断して運転中止に至る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の各種改善必要事項を解消し、長時間運転後にも開繊含浸装置の下流端に位置する賦形ノズルに往々に発生する毛玉を防止する方策を提供し、長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を長時間安定して製造し得る装置を開発することにある。
【０００４】
【課題を解決しようとする手段】本発明は下掲の各要件の結合によって構成された各実施態様によってその効果を達成し得るものである：１)長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の引抜き成形装置において、該成形装置における下流端壁に穿設された賦形ノズルを形成する上流側円錐面の頂角(α)が１５〜３５度であると共に該賦形ノズルがその下流側域に長さ１〜５mmのランド部を有することを特徴とする製造装置。
２)該賦形ノズルの上流側円錐面の頂角(α)が２０〜３０度であることを特徴とする前記項１に記載の製造装置。
３)該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ５〜３５mmであることを特徴とする前記項１又は２に記載の製造装置。
４)該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ１５〜３０mmであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の製造装置。
【０００５】
【発明の実施の形態】長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する槽型の開繊含浸装置(「引抜成形装置」と称することがある)及び詳しくは、それに装着された本発明の賦形ノズルについて以下に図面を参照して具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの具体的説明によっては何等の制限を受けない。
【０００６】＜図面に基づく説明＞図１は本発明及び従来技術を説明する為の便宜上用いられる図であり、図２は本発明の好適実施態様(実施例)を説明する為の図、図３R>３及び図４は類似態様(比較例)を説明する為の図である。図１で統括される本発明の好適態様は長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の「開繊含浸装置Ｖ(別名「引抜成形装置」)」を示す模式的縦断面図であって、図１(Ａ)によれば、この開繊含浸装置(Ｖ;「開繊含浸槽」又は「含浸槽」と略称されることがある)は開繊される長繊維束Ｆ(長繊維ロービング)をその進行方向に沿って両側から挟む様に位置する左側壁(不図示)及び右側壁(不図示)、槽の上流端に位置して含浸槽Ｖを形成する上流端壁Ｖu、槽の下流端に位置して含浸槽Ｖを形成する下流端壁Ｖd、これらの両側壁と両端壁との全てに下縁面で密接する底板Ｖb及びこの底板Ｖbに対向してそれらの全てに上縁面で密接する天板Ｖtとで主として形成されている。
【０００７】それに加えて、上記の含浸槽Ｖはその内側で両側壁間を連結する様に、しかも溶融樹脂中に浸漬される高さに架設された１本以上、好ましくは３本以上の開繊ロールＲ(遊転も駆動回転も可能)又は好ましくは３対以上の(固定:非回転)開繊ピンＰ(両者を一括して「開繊架設体ＲＰ」と総称することがある)と下流端壁Ｖdに穿設された先細の本発明の賦形ノズル１とを備えている。
【０００８】この本発明の賦形ノズル１は開繊含浸槽Ｖ内で形成された長繊維強化樹脂長尺体Ｓを槽内から引出される際に所期の断面形状に整形する為のノズルである。ここで、「賦形ノズル」は「賦形オリフィス」と称することもできるが、本発明ではこれを「賦形ノズル」と称する。図１(Ｂ)は本発明の賦形ノズル１を装着した開繊含浸装置Ｖの別異態様を示す最上流側部分であって、この態様においては、開繊含浸装置Ｖの上流側天板に穿たれた長繊維束導入口Ｖtf経由で左上から斜下向けに開繊されるべき長繊維束Ｆが導入され、次に溶融樹脂中へ導入後に転向手段(転向ロールＴr又は転向ピンＴp)の左下側から接触しながら略水平方向へ転向された位置で転向手段Ｔから離脱して開繊ロールＲ又は開繊ピンＰへ向かう。この転向手段は開繊を目的とせず、単に長繊維束Ｆの移動方向を変更する手段に過ぎない。
【０００９】<<本発明の実施態様>>図２は本発明の賦形ノズル１の模式的拡大縦断面図であって、図２において賦形ノズル１は下流端壁Ｖdに下流側へ向けて先細りに穿設された円錐部１１とその下流端に接続するランド部１２とで形成されている。賦形ノズル１を上流側から見た壁面１１iは通常、賦形ノズル１の中心軸(Ｘ)を囲む円錐面であるが、楕円錘面等であっても良い(ランド部の内壁面は通常は見えない)。図２を含む各図に表示された下流端壁Ｖdの縦断面図上で下流側へ向けて収束する２直線１１mは何れもこの円錐部の内壁面１１iに位置する母線である。
【００１０】本発明の賦形ノズル１では、その円錐部１１の内壁面１１iが形成する円錐面の頂角[α:上記２直線１１iの交角]は通常１５〜３５度、好ましくは２０〜３０度に設定されれば殆どの場合には十分である。この円錐部１１の下流端はランド部１２に接続し、このランド部１２は通常、円筒面で形成されている。このランド部１２の長さ(ランド長)は通常１〜５mm、好ましくは１〜３mmに設定されれば殆どの場合には足りる。
【００１１】本発明においては、本発明の賦形ノズル１が穿設された下流端壁Ｖdの厚さも重要であって、この厚さは通常５〜３５mm、好ましくは１０〜３０mmに設定されることが好ましい。
＜開繊含浸装置Ｖの作動説明＞図２に示された本発明の賦形ノズル１が穿設された図１の開繊含浸装置Ｖ(別名「引抜成形装置」；「含浸槽」と略称することがある)において、図面の左側(「上下左右前奥縦横」等は説明の便宜上の表現である)に表示された上流端壁Ｖuに穿設された長繊維導入ノズルＶuf経由又は図面の左上に位置する天板Ｖtの上流域に設けられた長繊維導入口Ｖtf経由の何れかで長繊維ロービングＦが開繊含浸装置Ｖへ導入される。他方、この装置Ｖ内には、その底板Ｖbに通常は穿設された溶融樹脂導入口Ｖiに接続された溶融樹脂供給機構(不図示)から前記導入口Ｖi経由で溶融樹脂が導入されて所定の高さに溶融樹脂の液面が保たれる。
【００１２】<<溶融樹脂導入口Ｖi>>開繊含浸槽Ｖへの溶融樹脂の供給は前記含浸槽に設けられた溶融樹脂導入口Ｖiから行なわれる。この溶融樹脂導入口Ｖiは通常、含浸槽Ｖの天板Ｖt、底板Ｖb及び上流端壁Ｖuから選ばれる１以上に穿設される。
<<開繊用繊維束導入口Ｖf>>開繊含浸槽Ｖへの開繊用繊維束Ｆ(長繊維束)導入は上記の通りに、長繊維束導入口Ｖf(総称)経由で行なわれる。この長繊維束導入口Ｖfは開繊含浸槽Ｖの上流端壁Ｖu及び天板Ｖtから選ばれる１以上に穿設される。長繊維束導入口Ｖfの形状はそれが穿設される個所に応じて適切に選択され得るもので、例えば長繊維束Ｆ(長繊維集束体)が上流端壁Ｖuに穿設された長繊維束導入口Ｖufから導入される場合には、長繊維束導入口Ｖufの断面形状を長繊維束Ｆ自体の断面形状又はそれらを複数本横に並列させた断面形状に適合するスリット形状に設定すれば足りる。
【００１３】他方、長繊維束Ｆが含浸槽Ｖの天板Ｖt上流域に開設された長繊維束導入口Ｖtfから導入される場合には、長繊維束導入口Ｖtfの形状は長繊維束の断面形状に制約されずに自由に選択可能である。即ち、この導入口Ｖtfからは溶融樹脂が洩れ出る懸念が無いことから、長繊維束導入口Ｖtfの形状は上流端壁Ｖuに穿設される長繊維導入口Ｖufと同一形状でも差支え無いことは勿論、それとは異なって、単なる丸形又は角形等の開口でも差支えない。
【００１４】<<開繊含浸槽とその温度設定について>>上記の「開繊含浸槽」Ｖは溶融樹脂を所定量貯留させながら流動させると共に開繊体の繊維間に溶融樹脂を含浸させる為に用いられる処理槽で、通常は箱形で充分であり、最少限この開繊含浸槽Ｖの左右側側壁ＶsLR及び底板Ｖbには加熱機構(不図示)が装備されていることが重要である。この加熱機構によって、使用される基材樹脂並びに開繊及び含浸される連続繊維束Ｆ等を基材樹脂の結晶融点よりも次記の「充分に高い温度」に昇温及び保温できる様に構成されていることが好ましい。前記の「充分に高い温度」とは、使用樹脂の結晶融点よりも通常１０〜１５０℃、好ましくは３０〜１２０℃だけ高温を言い、この加熱機構には含浸槽Ｖ内の樹脂及び連続繊維束(Ｆ)等を上記の「充分に高い温度」に昇温及び維持する能力が備わっていることが好ましい。ここで、基材樹脂が２種以上の熱可塑性樹脂の組合せである場合に、上記の「充分に高い温度」は最高融点を示す樹脂の結晶融点よりも通常１０〜１５０℃、好ましくは３０〜１２０℃だけ高温を言うが、組合せによって融点降下が生ずる場合には、降下後の新たな融点に対して、上記の「充分に高い温度」を算出すれば足りる。
【００１５】ここで「結晶融点(Ｔm)」とは、示差走査型熱量計(ＤＳＣ)を用いた融解熱量測定において、試料の温度を２０℃/minの割合で昇温させながら発生する温度−融解熱量関係曲線に生ずる融解熱ピークが位置する温度とする。なお、融解熱ピークが複数個観測された場合には、その中で最大面積を占めるピークが位置する温度とする。
【００１６】この開繊含浸装置Ｖ内へ上流側から導入された長繊維ロービングＦはこの装置内に溶融樹脂の進行方向に対して略垂直に架設された３本以上の開繊架設体ＲＰ(「開繊ロール」と「開繊ピン」との総称)によって開繊されると共に、開繊によって生じた各開繊体(単繊条及びその低度集束体から選ばれる１種以上)の間に溶融樹脂が含浸(開繊含浸)される。この場合の開繊方式は大別して２つに分類される。
【００１７】その第１の開繊方式は通常３本以上の開繊架設体として開繊ロールＲが用いられ、それらが回転(駆動又は遊動)可能に、しかも溶融樹脂の移動方向に沿って一連に設置され、開繊含浸装置Ｖ内へ導入された長繊維集束体Ｆがこの開繊ロールＲの周面に沿って所定長だけは接触する行動を繰返す所謂「千鳥型接触」によって開繊を行なう方式である。
【００１８】その第２の開繊方式は通常３対以上の開繊架設体として開繊ピンＰ対(上段開繊ピンＰuと下段開繊ピンＰdの組合せ)を用い、各対が溶融樹脂の流動方向に対して略垂直に、しかも長繊維集束体Ｆを上下から非接触で挟む形態に架設されると共に、各対間に相互に所定の間隔を置いて上流から下流向けに一連に設置され、しかも導入された長繊維集束体Ｆが上段開繊ピンＰuと下段開繊ピンＰdとの間を上段開繊ピンＰu又は下段Ｐdの何れにも接触しない形態、所謂「非接触」で略直線的に通過しながら開繊を行なう方式である。ここで、開繊ピン対は溶融樹脂の進行方向に向けて略水平面内に通常は３対設置されている。
【００１９】実際の開繊作業では長繊維集束体Ｆが上記の開繊方式の何れかによって開繊されながら、開繊と同時又は稍遅れて行なわれる含浸作業では各開繊体内に溶融樹脂が含浸された後に賦形ノズル１で熱可塑性樹脂と共に絞られながら開繊含浸槽Ｖ外へ下流向けに引抜かれることによって長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体Ｓ(ストランド又はロッド)が得られる。
【００２０】上記の長繊維強化樹脂長尺体Ｓが賦形ノズル１から引出される際に、従来の賦形ノズル２又は３が用いられた場合には往々にして下流端壁Ｖdの出口近辺で毛玉が発生する。この毛玉は開繊によって折損された長繊維が賦形ノズル１を通過する為に強く絞込まれた反作用として、その集束状態から離反して毛羽となったものが下流端壁Ｖdに穿設された賦形ノズル２又は３から引出されて、抑圧から解放された段階で外側へ曲り続けた結果生ずる「後れ毛」の集合物と見られている。
【００２１】<<比較例１及び２の態様>>図３(比較例１)において、賦形ノズル２はその上流側から見た円錐面２１の頂角(α)を本発明におけると同一とし、賦形ノズル２の下流側に接続するランド部２２の長さを本発明における１〜５mmよりも長い６〜１０mmに設定したものである。この賦形ノズル２を用いた開繊含浸においては、長繊維強化樹脂長尺体Ｓ(長繊維強化ストランド)からの糸切れ及び毛羽立ちに起因する毛玉が定常運転を妨げる程に多発した。
【００２２】図４(比較例２)において、賦形ノズル３のランド部３２の長さは本発明におけると同一であるが、上流側から見た円錐面３１の頂角(α)が本発明における１５〜３５度よりも格段に大きな４５度に設定されたものである。この賦形ノズル３が装着された開繊含浸装置Ｖの運転においては、導入された長繊維束Ｆからの糸切れも毛羽立ちも定常運転を妨げる程には激しく生じなかったが、その発生頻度及び現象の強さは製品の品質を低下させるに十分であった。
【００２３】<<付属設備>>上記の開繊含浸槽Ｖへの溶融樹脂供給機構(不図示)として常用されるものの例は押出機である。この押出機の中でも各種のものが使用可能であって、例えば単軸スクリュー型又は二軸スクリュー型の何れでも使用可能で、二軸スクリュー型の中にも同方向(回転)型及び異方向(回転)型の２種に加えて、スクリューの長さが等長のものと不等長のものとが目的に応じて用いられる。
【００２４】上記の開繊含浸槽Ｖの下流端壁Ｖdに穿設された賦形ノズル１の下流側には、冷却設備及び／又はサイジングダイ等を種々設置することができる。この冷却設備は押出された強化ストランド(ロッド)を冷却する為の設備であり、サイジングダイは強化樹脂長尺体Ｓ(強化ストランド;強化ロッド)の真円度等の形状改良を目的とするものである。更に、ペレタイザー(造粒機構)等を付設して、長尺体(直径通常１〜４mm程度)を平均長３〜５０mmに細断(裁断)することによる粒状体(柱状体)の作製も屡々行なわれる。
【００２５】<<長繊維強化材Ｆ>>基材樹脂用の強化材として通常的に製造され、市販されている長繊維強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維及び溶融石英繊維等の無機繊維並びに合成樹脂繊維等の有機繊維を挙げることができる。これらの長繊維強化材Ｆは何れも、実質的に無端の「長繊維」の形態であるものが本発明の目的には好適である。尤も、実際に供給される形態は単繊維ではなく、それが多数本集束され、相互に適度に接着されて形成された形態「ロービング」が一般的である。このロービングは開繊工程においては、可能な限り個々の単繊維に近い段階まで開繊され得ることが期待される。
【００２６】ロービングが開繊工程を経て得られる長繊維開繊体は基材(マトリックス)樹脂中へ可能な限り均一に分散されることが好ましい。それに加えて、長繊維開繊体が強化ストランド又は強化ロッドＳの様な細長いものに含有される場合には、その長軸方向に対して可能な限り平行に整列されていることが好ましい。
＜長繊維強化材の材質＞本発明の長繊維強化長尺体Ｓを作製する為に用いられる長繊維強化材Ｆは各種の材質のものでよい。その材質は無機物質及び有機物質に大別される。無機物質の中で最も実用性に富むものとして例えば、ガラス(珪酸ガラス)、石英、天然鉱物、金属及び炭素を挙げることができる。ここで「ガラス」とは、珪酸金属塩を主成分とする固溶体であって、ソーダガラス、カリガラス、耐熱ガラスである硼珪酸ガラス(ホウ珪酸ガラス;ボロシリケートガラス)等を包含する。各種ガラス類の中でも好ましいガラスはケイ酸カリウム系ガラス(カリガラス)及びボロシリケートガラス(別名「Ｅガラス」)である。
【００２７】長繊維強化材の材質の中でも、ガラスはその引張特性、曲げ特性、熱的特性及びその価格等の点において最も多用される強化材であるが、軽量性及び耐アルカリ性の点で用途によっては制約を受ける。
<<ガラス繊維強化材ＦG>>基材樹脂用の強化材として通常的に製造され、市販されている長繊維強化材の代表であるガラス連続繊維束Ｆ(ガラス長繊維束)としては、ガラスロービングを挙げることができる。このガラスロービングは通常、平均繊維径４〜３０μm、フィラメント集束本数４００〜１００００本、テックス番手３００〜２００００g/kmであるが、好ましくは平均繊維径９〜２３μm、集束本数１０００〜６０００本のものである。基材樹脂に対する補強効果の観点から、長繊維強化材の表面には界面接着性付与又は向上の為の処理剤として、好ましくはシランカップリング剤等による処理が施されている。
【００２８】<<有機質繊維強化材ＦP>>ガラス繊維強化材ＦGに対して軽量性及び耐アルカリ性に優れる点で炭素繊維ＦCが浮上する。尤も、炭素繊維ＦCはその価格の点ではガラス繊維に比肩し得ないことから、軽量性と強度との兼備(比強度が大であること)が価格に優先する用途例えば、航空機用、競走用車両又はスポーツ用等に制約される。
【００２９】有機物質としては主として合成樹脂であって、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂に大別できる。これらの中で熱硬化性樹脂は強化材Ｆ用の長繊維にはその高い耐熱性において熱可塑性樹脂を足下にも寄せ付けないが、その成形性の点で熱可塑性樹脂には比肩し得ない。この熱可塑性樹脂の中でも高結晶性及び高融点のものが長繊維強化材用には優れている。なお、当然ながら強化材ＦPとして熱可塑性樹脂が用いられる場合には、その融点が基材樹脂の融点よりも大幅に高いこと、通常は５０℃以上、好ましくは７０℃以上高いことが望まれる。
【００３０】高結晶性で高融点の熱可塑性樹脂としては例えば、高い耐熱性例えば２００℃を超える融点が望まれる用途向けには各種のポリアミド樹脂又はポリエステル樹脂が適合する。ここでポリアミド樹脂としては、開環付加重合型ナイロン例えば6-ナイロン、7-ナイロン、11-ナイロン及び12-ナイロンを挙げることができ、共重縮合型のポリアミド樹脂は6,6-ナイロン、6,7-ナイロン、6,10-ナイロン、6,12-ナイロン等並びに6-／6,6-共縮合ナイロンの様な汎用銘柄及び特殊銘柄を挙げることができる。
【００３１】一層の高耐熱性が望まれる場合には芳香族ポリアミド樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂(別称:アラミド樹脂)等が用いられる。前者の代表としては通称「ナイロンＭＸＤ6」即ち、m-キシリレンジアミンとアジピン酸との共縮重合体が例示され、後者の代表としてはm-キシリレンジアミンとテレフタル酸との共縮合重合体が例示される。後者に属するものにも既に市販されているものがある。
【００３２】また、ポリエステル(樹脂)として最も一般的なものは脂肪族系のジオールと芳香族系のジカルボン酸との共縮合重合体であって中でも、エチレングリコール(又は「エチレンオキシド;エチレンオキサイド」)とテレフタル酸との共縮重合体(「ポリエチレンテレフタレート」;略称「ＰＥＴ」)である。これよりも更に耐熱性に富むポリエステルとしては、脂肪族系のジオールとしてエチレングリコールに代えて1,4-ブタンジオールを用いた共縮重合体(「ポリ-1,4-ブタンジオールテレフタレート」;略称「ＰＢＴ」)を例示することができる。耐熱性に特に優れるポリエステル樹脂としては、ジオール側も芳香族化合物である通称「全芳香族ポリエステル」が存在し、その中には防弾チョッキの材料に用いられているものもある。
【００３３】＜基材(基質;マトリックス)樹脂＞長繊維束(ロービング)の開繊によって得られる開繊体(単繊条又は低度開繊物)間に含浸されるべき溶融樹脂の素材樹脂は結晶融点通常１１０〜３５０℃、好ましくは１５０〜２７０℃の熱可塑性樹脂であればその何れかを問わない。とはいえ、通常の用途においては結晶性樹脂例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂(ナイロン)及びポリエステル系樹脂から選ばれる１種又はこれらの２種以上の組合わせからなる樹脂組成物を素材樹脂として用いることが一般的である。２種類以上の熱可塑性樹脂が組合わせて用いられる場合には、樹脂相互間に充分な相溶性が実現される組合せであることが好ましい。
【００３４】上記の結晶性熱可塑性樹脂の中でも、通常の用途向けには性状及び価格等の見地からポリオレフィン系樹脂ＰＯが多用される。このポリオレフィン系樹脂ＰＯとは、炭素数通常２〜１０個程度のα-オレフィンを構成単位とする結晶性単独重合体若しくは結晶性共重合体又は２種以上の結晶性単独重合体の組成物(混合物)、２種以上の結晶性共重合体の組成物(混合物)又は１種以上の結晶性単独重合体と１種以上の結晶性共重合体との組成物(混合物)等を包含する概念である。
【００３５】結晶性ポリオレフィン系樹脂を構成する上述の炭素数２〜１０個のα-オレフィンとは例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン及び1-デセン等であって、その１種に限らず２種以上の組合せであってもよい。結晶性ポリオレフィン(「ポリ-α-オレフィン」の通称)系樹脂の中でも、実用的には結晶性ポリプロピレン系樹脂ＰＰが最も汎用性に富んでいる。なお、低温用途向けには寧ろポリエチレン系樹脂ＰＥが適し、高温使用が望まれる用途向けにはポリ-4-メチル-1-ペンテン系樹脂ＭＰＴが適する。なお、必要に応じて、前記の結晶性ポリオレフィン系樹脂を２種以上適宜に選択して組合せることによって、何れかの樹脂単独では実現困難な性状を発現する樹脂を組成物の形態で得ることができる。
【００３６】長繊維Ｆで強化された本発明の熱可塑性樹脂長尺体Ｓを構成する基材樹脂はそのメルトフローレート[ＭＦＲ(230℃;21.2N)]３０〜３００g／10min、好ましくは５０〜２００g／10minの熱可塑性樹脂であれば何れでも用いることができる。また、更に高い耐熱性が要求される用途向けには基材樹脂として、上記のポリアミド樹脂ＮＬ(ナイロン)又は熱可塑性ポリエステル樹脂を、長繊維強化材Ｆとしては熱硬化性樹脂又は無機物質繊維例えば、ガラス繊維ＦG(珪酸塩ガラス繊維)、岩綿繊維、石英繊維、炭素繊維ＦC及び金属繊維から選ばれた１種以上のものを用いることが好ましい。
【００３７】＜賦形ノズル１(賦形ダイス)の材質と表面仕上げ＞本発明の賦形ノズル１はその上流側から見た円錐面１１の頂角(α)及びランド部１２の内径及び壁面等がガラス繊維Ｆ等の高硬度繊維との長期間の摩擦によって損耗する。この損耗を抑制する為には、賦形ノズル１の材質を高耐磨耗性の鉄−タングステン合金(商品名:タンガロイ」)又は鉄−チタン(フェロチタン)合金等の超高硬度合金から選び、その表面にクロム又はニッケル等の表面硬度に優れた被膜を形成する金属でメッキ処理(金属メッキ処理)、好ましくは電解メッキ(電気メッキ)処理して一層平滑化することが好ましい。賦形ノズル１に更に高い表面硬度及び表面平滑度が要求される場合には、金属メッキ処理ではなく、上記の超高硬度合金等によって作製された賦形ノズルの表面を電解研磨処理等によって高度平滑化することが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】本発明の特定形状の賦形ノズルを担持する下流端壁が開繊含浸槽に組付けられると共に、その下流端壁に穿設されたランドの長さも本発明の規定通りに設定(選定)されていれば、開繊時における長繊維の折損も毛羽立ちも、それに起因する毛玉も生じ難くなるという効果が奏される。その結果として、本発明の賦形ノズル(ランド部をも包含)を担持した下流端壁が装着された開繊含浸装置は長期間に亙り安定して連続運転に耐える。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(Ａ)は本発明の賦形ノズルを備えた下流端壁を構成要素の１とする開繊含浸装置の模式的縦断面図であり、図１(Ｂ)は上流側天板に長繊維束導入口を備えた部分だけを示す模式的部分拡大縦断面図である。
【図２】本発明の賦形ノズルの模式的拡大縦断面図である。
【図３】比較例１に相当する賦形ノズルの模式的縦断面図であって、このノズルにおけるランド部が本発明におけるよりも相当に長く設定されている。
【図４】比較例２に相当する賦形ノズルの模式的縦断面図であって、このノズルにおける円錐面の頂角が本発明におけるよりも格段に大きく設定されている。
【符号の説明】
１ 本発明の賦形ノズル
２ 比較例の賦形ノズル
３ 比較例の賦形ノズル
１１ 本発明の賦形ノズルにおける円錐面
２１ 比較例１の賦形ノズルにおける円錐面
３１ 比較例２の賦形ノズルにおける円錐面
１２ 本発明の賦形ノズルにおけるランド部
２２ 比較例１の賦形ノズルにおけるランド部
３２ 比較例２の賦形ノズルにおけるランド部
１１m 円錐部内壁面に位置する母線
Ｆ 長繊維ロービング
Ｐ 開繊ピン(総称)
Ｒ 開繊ロール(総称)
Ｓ 長繊維で強化された樹脂長尺体
Ｔ 長繊維束の転向手段(総称)
Ｖ 開繊含浸装置全体
Ｘ 賦形ノズルの中心軸
ＦC 炭素長繊維強化材
ＦG ガラス長繊維強化材
ＦP 合成樹脂長繊維強化材
Ｐu 上段開繊ピン
Ｐd 下段開繊ピン
ＲP 開繊架設体(総称)
Ｔp 転向ピン
Ｔr 転向ロール
Ｖb 開繊含浸装置を構成する底板
Ｖd 開繊含浸装置を構成する下流端壁
Ｖf 長繊維束(連続繊維束;長繊維ロービング)の導入口(総称)
Ｖs 開繊含浸槽の側壁
ＶsL 開繊含浸槽の左側側壁
ＶsR 開繊含浸槽の右側側壁
Ｖt 開繊含浸装置を構成する天板
Ｖu 開繊含浸装置を構成する上流端壁
Ｖuf 上流端壁に穿設された長繊維束の導入口
Ｖtf 天板の上流域に開設された長繊維束の導入口
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は連続した強化用繊維束に溶融熱可塑性樹脂を含浸させて、強化熱可塑性樹脂長尺体即ち、単一方向に整列した長繊維で強化された熱可塑性樹脂構造体を製造する為の装置に関する。詳しくは、特定形状の賦形ノズルを使用することをその主眼とし、糸切れによる毛玉発生が押さえられると共に、安定生産性に優れた熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】強化用繊維束に溶融樹脂を良好に含浸させる方法は既に特公昭６３−３７６９４号公報等に種々提案されている。これらの方法によれば、含浸性に優れた熱可塑性樹脂長尺体を得ることができる。しかし、本発明者等の検討によれば、次記の各種改善必要事項が残されていることが判った：長時間運転に伴って繊維の糸切れに伴って毛玉が発生する；この毛玉が賦形ノズルに詰まる結果として更なる糸切れを引起こし、最終的に長尺体全体が破断して運転中止に至る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記の各種改善必要事項を解消し、長時間運転後にも開繊含浸装置の下流端に位置する賦形ノズルに往々に発生する毛玉を防止する方策を提供し、長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を長時間安定して製造し得る装置を開発することにある。
【０００４】
【課題を解決しようとする手段】本発明は下掲の各要件の結合によって構成された各実施態様によってその効果を達成し得るものである：１)長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の引抜き成形装置において、該成形装置における下流端壁に穿設された賦形ノズルを形成する上流側円錐面の頂角(α)が１５〜３５度であると共に該賦形ノズルがその下流側域に長さ１〜５mmのランド部を有することを特徴とする製造装置。
２)該賦形ノズルの上流側円錐面の頂角(α)が２０〜３０度であることを特徴とする前記項１に記載の製造装置。
３)該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ５〜３５mmであることを特徴とする前記項１又は２に記載の製造装置。
４)該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ１５〜３０mmであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の製造装置。
【０００５】
【発明の実施の形態】長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する槽型の開繊含浸装置(「引抜成形装置」と称することがある)及び詳しくは、それに装着された本発明の賦形ノズルについて以下に図面を参照して具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの具体的説明によっては何等の制限を受けない。
【０００６】＜図面に基づく説明＞図１は本発明及び従来技術を説明する為の便宜上用いられる図であり、図２は本発明の好適実施態様(実施例)を説明する為の図、図３R>３及び図４は類似態様(比較例)を説明する為の図である。図１で統括される本発明の好適態様は長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の「開繊含浸装置Ｖ(別名「引抜成形装置」)」を示す模式的縦断面図であって、図１(Ａ)によれば、この開繊含浸装置(Ｖ;「開繊含浸槽」又は「含浸槽」と略称されることがある)は開繊される長繊維束Ｆ(長繊維ロービング)をその進行方向に沿って両側から挟む様に位置する左側壁(不図示)及び右側壁(不図示)、槽の上流端に位置して含浸槽Ｖを形成する上流端壁Ｖu、槽の下流端に位置して含浸槽Ｖを形成する下流端壁Ｖd、これらの両側壁と両端壁との全てに下縁面で密接する底板Ｖb及びこの底板Ｖbに対向してそれらの全てに上縁面で密接する天板Ｖtとで主として形成されている。
【０００７】それに加えて、上記の含浸槽Ｖはその内側で両側壁間を連結する様に、しかも溶融樹脂中に浸漬される高さに架設された１本以上、好ましくは３本以上の開繊ロールＲ(遊転も駆動回転も可能)又は好ましくは３対以上の(固定:非回転)開繊ピンＰ(両者を一括して「開繊架設体ＲＰ」と総称することがある)と下流端壁Ｖdに穿設された先細の本発明の賦形ノズル１とを備えている。
【０００８】この本発明の賦形ノズル１は開繊含浸槽Ｖ内で形成された長繊維強化樹脂長尺体Ｓを槽内から引出される際に所期の断面形状に整形する為のノズルである。ここで、「賦形ノズル」は「賦形オリフィス」と称することもできるが、本発明ではこれを「賦形ノズル」と称する。図１(Ｂ)は本発明の賦形ノズル１を装着した開繊含浸装置Ｖの別異態様を示す最上流側部分であって、この態様においては、開繊含浸装置Ｖの上流側天板に穿たれた長繊維束導入口Ｖtf経由で左上から斜下向けに開繊されるべき長繊維束Ｆが導入され、次に溶融樹脂中へ導入後に転向手段(転向ロールＴr又は転向ピンＴp)の左下側から接触しながら略水平方向へ転向された位置で転向手段Ｔから離脱して開繊ロールＲ又は開繊ピンＰへ向かう。この転向手段は開繊を目的とせず、単に長繊維束Ｆの移動方向を変更する手段に過ぎない。
【０００９】<<本発明の実施態様>>図２は本発明の賦形ノズル１の模式的拡大縦断面図であって、図２において賦形ノズル１は下流端壁Ｖdに下流側へ向けて先細りに穿設された円錐部１１とその下流端に接続するランド部１２とで形成されている。賦形ノズル１を上流側から見た壁面１１iは通常、賦形ノズル１の中心軸(Ｘ)を囲む円錐面であるが、楕円錘面等であっても良い(ランド部の内壁面は通常は見えない)。図２を含む各図に表示された下流端壁Ｖdの縦断面図上で下流側へ向けて収束する２直線１１mは何れもこの円錐部の内壁面１１iに位置する母線である。
【００１０】本発明の賦形ノズル１では、その円錐部１１の内壁面１１iが形成する円錐面の頂角[α:上記２直線１１iの交角]は通常１５〜３５度、好ましくは２０〜３０度に設定されれば殆どの場合には十分である。この円錐部１１の下流端はランド部１２に接続し、このランド部１２は通常、円筒面で形成されている。このランド部１２の長さ(ランド長)は通常１〜５mm、好ましくは１〜３mmに設定されれば殆どの場合には足りる。
【００１１】本発明においては、本発明の賦形ノズル１が穿設された下流端壁Ｖdの厚さも重要であって、この厚さは通常５〜３５mm、好ましくは１０〜３０mmに設定されることが好ましい。
＜開繊含浸装置Ｖの作動説明＞図２に示された本発明の賦形ノズル１が穿設された図１の開繊含浸装置Ｖ(別名「引抜成形装置」；「含浸槽」と略称することがある)において、図面の左側(「上下左右前奥縦横」等は説明の便宜上の表現である)に表示された上流端壁Ｖuに穿設された長繊維導入ノズルＶuf経由又は図面の左上に位置する天板Ｖtの上流域に設けられた長繊維導入口Ｖtf経由の何れかで長繊維ロービングＦが開繊含浸装置Ｖへ導入される。他方、この装置Ｖ内には、その底板Ｖbに通常は穿設された溶融樹脂導入口Ｖiに接続された溶融樹脂供給機構(不図示)から前記導入口Ｖi経由で溶融樹脂が導入されて所定の高さに溶融樹脂の液面が保たれる。
【００１２】<<溶融樹脂導入口Ｖi>>開繊含浸槽Ｖへの溶融樹脂の供給は前記含浸槽に設けられた溶融樹脂導入口Ｖiから行なわれる。この溶融樹脂導入口Ｖiは通常、含浸槽Ｖの天板Ｖt、底板Ｖb及び上流端壁Ｖuから選ばれる１以上に穿設される。
<<開繊用繊維束導入口Ｖf>>開繊含浸槽Ｖへの開繊用繊維束Ｆ(長繊維束)導入は上記の通りに、長繊維束導入口Ｖf(総称)経由で行なわれる。この長繊維束導入口Ｖfは開繊含浸槽Ｖの上流端壁Ｖu及び天板Ｖtから選ばれる１以上に穿設される。長繊維束導入口Ｖfの形状はそれが穿設される個所に応じて適切に選択され得るもので、例えば長繊維束Ｆ(長繊維集束体)が上流端壁Ｖuに穿設された長繊維束導入口Ｖufから導入される場合には、長繊維束導入口Ｖufの断面形状を長繊維束Ｆ自体の断面形状又はそれらを複数本横に並列させた断面形状に適合するスリット形状に設定すれば足りる。
【００１３】他方、長繊維束Ｆが含浸槽Ｖの天板Ｖt上流域に開設された長繊維束導入口Ｖtfから導入される場合には、長繊維束導入口Ｖtfの形状は長繊維束の断面形状に制約されずに自由に選択可能である。即ち、この導入口Ｖtfからは溶融樹脂が洩れ出る懸念が無いことから、長繊維束導入口Ｖtfの形状は上流端壁Ｖuに穿設される長繊維導入口Ｖufと同一形状でも差支え無いことは勿論、それとは異なって、単なる丸形又は角形等の開口でも差支えない。
【００１４】<<開繊含浸槽とその温度設定について>>上記の「開繊含浸槽」Ｖは溶融樹脂を所定量貯留させながら流動させると共に開繊体の繊維間に溶融樹脂を含浸させる為に用いられる処理槽で、通常は箱形で充分であり、最少限この開繊含浸槽Ｖの左右側側壁ＶsLR及び底板Ｖbには加熱機構(不図示)が装備されていることが重要である。この加熱機構によって、使用される基材樹脂並びに開繊及び含浸される連続繊維束Ｆ等を基材樹脂の結晶融点よりも次記の「充分に高い温度」に昇温及び保温できる様に構成されていることが好ましい。前記の「充分に高い温度」とは、使用樹脂の結晶融点よりも通常１０〜１５０℃、好ましくは３０〜１２０℃だけ高温を言い、この加熱機構には含浸槽Ｖ内の樹脂及び連続繊維束(Ｆ)等を上記の「充分に高い温度」に昇温及び維持する能力が備わっていることが好ましい。ここで、基材樹脂が２種以上の熱可塑性樹脂の組合せである場合に、上記の「充分に高い温度」は最高融点を示す樹脂の結晶融点よりも通常１０〜１５０℃、好ましくは３０〜１２０℃だけ高温を言うが、組合せによって融点降下が生ずる場合には、降下後の新たな融点に対して、上記の「充分に高い温度」を算出すれば足りる。
【００１５】ここで「結晶融点(Ｔm)」とは、示差走査型熱量計(ＤＳＣ)を用いた融解熱量測定において、試料の温度を２０℃/minの割合で昇温させながら発生する温度−融解熱量関係曲線に生ずる融解熱ピークが位置する温度とする。なお、融解熱ピークが複数個観測された場合には、その中で最大面積を占めるピークが位置する温度とする。
【００１６】この開繊含浸装置Ｖ内へ上流側から導入された長繊維ロービングＦはこの装置内に溶融樹脂の進行方向に対して略垂直に架設された３本以上の開繊架設体ＲＰ(「開繊ロール」と「開繊ピン」との総称)によって開繊されると共に、開繊によって生じた各開繊体(単繊条及びその低度集束体から選ばれる１種以上)の間に溶融樹脂が含浸(開繊含浸)される。この場合の開繊方式は大別して２つに分類される。
【００１７】その第１の開繊方式は通常３本以上の開繊架設体として開繊ロールＲが用いられ、それらが回転(駆動又は遊動)可能に、しかも溶融樹脂の移動方向に沿って一連に設置され、開繊含浸装置Ｖ内へ導入された長繊維集束体Ｆがこの開繊ロールＲの周面に沿って所定長だけは接触する行動を繰返す所謂「千鳥型接触」によって開繊を行なう方式である。
【００１８】その第２の開繊方式は通常３対以上の開繊架設体として開繊ピンＰ対(上段開繊ピンＰuと下段開繊ピンＰdの組合せ)を用い、各対が溶融樹脂の流動方向に対して略垂直に、しかも長繊維集束体Ｆを上下から非接触で挟む形態に架設されると共に、各対間に相互に所定の間隔を置いて上流から下流向けに一連に設置され、しかも導入された長繊維集束体Ｆが上段開繊ピンＰuと下段開繊ピンＰdとの間を上段開繊ピンＰu又は下段Ｐdの何れにも接触しない形態、所謂「非接触」で略直線的に通過しながら開繊を行なう方式である。ここで、開繊ピン対は溶融樹脂の進行方向に向けて略水平面内に通常は３対設置されている。
【００１９】実際の開繊作業では長繊維集束体Ｆが上記の開繊方式の何れかによって開繊されながら、開繊と同時又は稍遅れて行なわれる含浸作業では各開繊体内に溶融樹脂が含浸された後に賦形ノズル１で熱可塑性樹脂と共に絞られながら開繊含浸槽Ｖ外へ下流向けに引抜かれることによって長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体Ｓ(ストランド又はロッド)が得られる。
【００２０】上記の長繊維強化樹脂長尺体Ｓが賦形ノズル１から引出される際に、従来の賦形ノズル２又は３が用いられた場合には往々にして下流端壁Ｖdの出口近辺で毛玉が発生する。この毛玉は開繊によって折損された長繊維が賦形ノズル１を通過する為に強く絞込まれた反作用として、その集束状態から離反して毛羽となったものが下流端壁Ｖdに穿設された賦形ノズル２又は３から引出されて、抑圧から解放された段階で外側へ曲り続けた結果生ずる「後れ毛」の集合物と見られている。
【００２１】<<比較例１及び２の態様>>図３(比較例１)において、賦形ノズル２はその上流側から見た円錐面２１の頂角(α)を本発明におけると同一とし、賦形ノズル２の下流側に接続するランド部２２の長さを本発明における１〜５mmよりも長い６〜１０mmに設定したものである。この賦形ノズル２を用いた開繊含浸においては、長繊維強化樹脂長尺体Ｓ(長繊維強化ストランド)からの糸切れ及び毛羽立ちに起因する毛玉が定常運転を妨げる程に多発した。
【００２２】図４(比較例２)において、賦形ノズル３のランド部３２の長さは本発明におけると同一であるが、上流側から見た円錐面３１の頂角(α)が本発明における１５〜３５度よりも格段に大きな４５度に設定されたものである。この賦形ノズル３が装着された開繊含浸装置Ｖの運転においては、導入された長繊維束Ｆからの糸切れも毛羽立ちも定常運転を妨げる程には激しく生じなかったが、その発生頻度及び現象の強さは製品の品質を低下させるに十分であった。
【００２３】<<付属設備>>上記の開繊含浸槽Ｖへの溶融樹脂供給機構(不図示)として常用されるものの例は押出機である。この押出機の中でも各種のものが使用可能であって、例えば単軸スクリュー型又は二軸スクリュー型の何れでも使用可能で、二軸スクリュー型の中にも同方向(回転)型及び異方向(回転)型の２種に加えて、スクリューの長さが等長のものと不等長のものとが目的に応じて用いられる。
【００２４】上記の開繊含浸槽Ｖの下流端壁Ｖdに穿設された賦形ノズル１の下流側には、冷却設備及び／又はサイジングダイ等を種々設置することができる。この冷却設備は押出された強化ストランド(ロッド)を冷却する為の設備であり、サイジングダイは強化樹脂長尺体Ｓ(強化ストランド;強化ロッド)の真円度等の形状改良を目的とするものである。更に、ペレタイザー(造粒機構)等を付設して、長尺体(直径通常１〜４mm程度)を平均長３〜５０mmに細断(裁断)することによる粒状体(柱状体)の作製も屡々行なわれる。
【００２５】<<長繊維強化材Ｆ>>基材樹脂用の強化材として通常的に製造され、市販されている長繊維強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維及び溶融石英繊維等の無機繊維並びに合成樹脂繊維等の有機繊維を挙げることができる。これらの長繊維強化材Ｆは何れも、実質的に無端の「長繊維」の形態であるものが本発明の目的には好適である。尤も、実際に供給される形態は単繊維ではなく、それが多数本集束され、相互に適度に接着されて形成された形態「ロービング」が一般的である。このロービングは開繊工程においては、可能な限り個々の単繊維に近い段階まで開繊され得ることが期待される。
【００２６】ロービングが開繊工程を経て得られる長繊維開繊体は基材(マトリックス)樹脂中へ可能な限り均一に分散されることが好ましい。それに加えて、長繊維開繊体が強化ストランド又は強化ロッドＳの様な細長いものに含有される場合には、その長軸方向に対して可能な限り平行に整列されていることが好ましい。
＜長繊維強化材の材質＞本発明の長繊維強化長尺体Ｓを作製する為に用いられる長繊維強化材Ｆは各種の材質のものでよい。その材質は無機物質及び有機物質に大別される。無機物質の中で最も実用性に富むものとして例えば、ガラス(珪酸ガラス)、石英、天然鉱物、金属及び炭素を挙げることができる。ここで「ガラス」とは、珪酸金属塩を主成分とする固溶体であって、ソーダガラス、カリガラス、耐熱ガラスである硼珪酸ガラス(ホウ珪酸ガラス;ボロシリケートガラス)等を包含する。各種ガラス類の中でも好ましいガラスはケイ酸カリウム系ガラス(カリガラス)及びボロシリケートガラス(別名「Ｅガラス」)である。
【００２７】長繊維強化材の材質の中でも、ガラスはその引張特性、曲げ特性、熱的特性及びその価格等の点において最も多用される強化材であるが、軽量性及び耐アルカリ性の点で用途によっては制約を受ける。
<<ガラス繊維強化材ＦG>>基材樹脂用の強化材として通常的に製造され、市販されている長繊維強化材の代表であるガラス連続繊維束Ｆ(ガラス長繊維束)としては、ガラスロービングを挙げることができる。このガラスロービングは通常、平均繊維径４〜３０μm、フィラメント集束本数４００〜１００００本、テックス番手３００〜２００００g/kmであるが、好ましくは平均繊維径９〜２３μm、集束本数１０００〜６０００本のものである。基材樹脂に対する補強効果の観点から、長繊維強化材の表面には界面接着性付与又は向上の為の処理剤として、好ましくはシランカップリング剤等による処理が施されている。
【００２８】<<有機質繊維強化材ＦP>>ガラス繊維強化材ＦGに対して軽量性及び耐アルカリ性に優れる点で炭素繊維ＦCが浮上する。尤も、炭素繊維ＦCはその価格の点ではガラス繊維に比肩し得ないことから、軽量性と強度との兼備(比強度が大であること)が価格に優先する用途例えば、航空機用、競走用車両又はスポーツ用等に制約される。
【００２９】有機物質としては主として合成樹脂であって、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂に大別できる。これらの中で熱硬化性樹脂は強化材Ｆ用の長繊維にはその高い耐熱性において熱可塑性樹脂を足下にも寄せ付けないが、その成形性の点で熱可塑性樹脂には比肩し得ない。この熱可塑性樹脂の中でも高結晶性及び高融点のものが長繊維強化材用には優れている。なお、当然ながら強化材ＦPとして熱可塑性樹脂が用いられる場合には、その融点が基材樹脂の融点よりも大幅に高いこと、通常は５０℃以上、好ましくは７０℃以上高いことが望まれる。
【００３０】高結晶性で高融点の熱可塑性樹脂としては例えば、高い耐熱性例えば２００℃を超える融点が望まれる用途向けには各種のポリアミド樹脂又はポリエステル樹脂が適合する。ここでポリアミド樹脂としては、開環付加重合型ナイロン例えば6-ナイロン、7-ナイロン、11-ナイロン及び12-ナイロンを挙げることができ、共重縮合型のポリアミド樹脂は6,6-ナイロン、6,7-ナイロン、6,10-ナイロン、6,12-ナイロン等並びに6-／6,6-共縮合ナイロンの様な汎用銘柄及び特殊銘柄を挙げることができる。
【００３１】一層の高耐熱性が望まれる場合には芳香族ポリアミド樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂(別称:アラミド樹脂)等が用いられる。前者の代表としては通称「ナイロンＭＸＤ6」即ち、m-キシリレンジアミンとアジピン酸との共縮重合体が例示され、後者の代表としてはm-キシリレンジアミンとテレフタル酸との共縮合重合体が例示される。後者に属するものにも既に市販されているものがある。
【００３２】また、ポリエステル(樹脂)として最も一般的なものは脂肪族系のジオールと芳香族系のジカルボン酸との共縮合重合体であって中でも、エチレングリコール(又は「エチレンオキシド;エチレンオキサイド」)とテレフタル酸との共縮重合体(「ポリエチレンテレフタレート」;略称「ＰＥＴ」)である。これよりも更に耐熱性に富むポリエステルとしては、脂肪族系のジオールとしてエチレングリコールに代えて1,4-ブタンジオールを用いた共縮重合体(「ポリ-1,4-ブタンジオールテレフタレート」;略称「ＰＢＴ」)を例示することができる。耐熱性に特に優れるポリエステル樹脂としては、ジオール側も芳香族化合物である通称「全芳香族ポリエステル」が存在し、その中には防弾チョッキの材料に用いられているものもある。
【００３３】＜基材(基質;マトリックス)樹脂＞長繊維束(ロービング)の開繊によって得られる開繊体(単繊条又は低度開繊物)間に含浸されるべき溶融樹脂の素材樹脂は結晶融点通常１１０〜３５０℃、好ましくは１５０〜２７０℃の熱可塑性樹脂であればその何れかを問わない。とはいえ、通常の用途においては結晶性樹脂例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂(ナイロン)及びポリエステル系樹脂から選ばれる１種又はこれらの２種以上の組合わせからなる樹脂組成物を素材樹脂として用いることが一般的である。２種類以上の熱可塑性樹脂が組合わせて用いられる場合には、樹脂相互間に充分な相溶性が実現される組合せであることが好ましい。
【００３４】上記の結晶性熱可塑性樹脂の中でも、通常の用途向けには性状及び価格等の見地からポリオレフィン系樹脂ＰＯが多用される。このポリオレフィン系樹脂ＰＯとは、炭素数通常２〜１０個程度のα-オレフィンを構成単位とする結晶性単独重合体若しくは結晶性共重合体又は２種以上の結晶性単独重合体の組成物(混合物)、２種以上の結晶性共重合体の組成物(混合物)又は１種以上の結晶性単独重合体と１種以上の結晶性共重合体との組成物(混合物)等を包含する概念である。
【００３５】結晶性ポリオレフィン系樹脂を構成する上述の炭素数２〜１０個のα-オレフィンとは例えば、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-オクテン及び1-デセン等であって、その１種に限らず２種以上の組合せであってもよい。結晶性ポリオレフィン(「ポリ-α-オレフィン」の通称)系樹脂の中でも、実用的には結晶性ポリプロピレン系樹脂ＰＰが最も汎用性に富んでいる。なお、低温用途向けには寧ろポリエチレン系樹脂ＰＥが適し、高温使用が望まれる用途向けにはポリ-4-メチル-1-ペンテン系樹脂ＭＰＴが適する。なお、必要に応じて、前記の結晶性ポリオレフィン系樹脂を２種以上適宜に選択して組合せることによって、何れかの樹脂単独では実現困難な性状を発現する樹脂を組成物の形態で得ることができる。
【００３６】長繊維Ｆで強化された本発明の熱可塑性樹脂長尺体Ｓを構成する基材樹脂はそのメルトフローレート[ＭＦＲ(230℃;21.2N)]３０〜３００g／10min、好ましくは５０〜２００g／10minの熱可塑性樹脂であれば何れでも用いることができる。また、更に高い耐熱性が要求される用途向けには基材樹脂として、上記のポリアミド樹脂ＮＬ(ナイロン)又は熱可塑性ポリエステル樹脂を、長繊維強化材Ｆとしては熱硬化性樹脂又は無機物質繊維例えば、ガラス繊維ＦG(珪酸塩ガラス繊維)、岩綿繊維、石英繊維、炭素繊維ＦC及び金属繊維から選ばれた１種以上のものを用いることが好ましい。
【００３７】＜賦形ノズル１(賦形ダイス)の材質と表面仕上げ＞本発明の賦形ノズル１はその上流側から見た円錐面１１の頂角(α)及びランド部１２の内径及び壁面等がガラス繊維Ｆ等の高硬度繊維との長期間の摩擦によって損耗する。この損耗を抑制する為には、賦形ノズル１の材質を高耐磨耗性の鉄−タングステン合金(商品名:タンガロイ」)又は鉄−チタン(フェロチタン)合金等の超高硬度合金から選び、その表面にクロム又はニッケル等の表面硬度に優れた被膜を形成する金属でメッキ処理(金属メッキ処理)、好ましくは電解メッキ(電気メッキ)処理して一層平滑化することが好ましい。賦形ノズル１に更に高い表面硬度及び表面平滑度が要求される場合には、金属メッキ処理ではなく、上記の超高硬度合金等によって作製された賦形ノズルの表面を電解研磨処理等によって高度平滑化することが好ましい。
【００３８】
【発明の効果】本発明の特定形状の賦形ノズルを担持する下流端壁が開繊含浸槽に組付けられると共に、その下流端壁に穿設されたランドの長さも本発明の規定通りに設定(選定)されていれば、開繊時における長繊維の折損も毛羽立ちも、それに起因する毛玉も生じ難くなるという効果が奏される。その結果として、本発明の賦形ノズル(ランド部をも包含)を担持した下流端壁が装着された開繊含浸装置は長期間に亙り安定して連続運転に耐える。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(Ａ)は本発明の賦形ノズルを備えた下流端壁を構成要素の１とする開繊含浸装置の模式的縦断面図であり、図１(Ｂ)は上流側天板に長繊維束導入口を備えた部分だけを示す模式的部分拡大縦断面図である。
【図２】本発明の賦形ノズルの模式的拡大縦断面図である。
【図３】比較例１に相当する賦形ノズルの模式的縦断面図であって、このノズルにおけるランド部が本発明におけるよりも相当に長く設定されている。
【図４】比較例２に相当する賦形ノズルの模式的縦断面図であって、このノズルにおける円錐面の頂角が本発明におけるよりも格段に大きく設定されている。
【符号の説明】
１ 本発明の賦形ノズル
２ 比較例の賦形ノズル
３ 比較例の賦形ノズル
１１ 本発明の賦形ノズルにおける円錐面
２１ 比較例１の賦形ノズルにおける円錐面
３１ 比較例２の賦形ノズルにおける円錐面
１２ 本発明の賦形ノズルにおけるランド部
２２ 比較例１の賦形ノズルにおけるランド部
３２ 比較例２の賦形ノズルにおけるランド部
１１m 円錐部内壁面に位置する母線
Ｆ 長繊維ロービング
Ｐ 開繊ピン(総称)
Ｒ 開繊ロール(総称)
Ｓ 長繊維で強化された樹脂長尺体
Ｔ 長繊維束の転向手段(総称)
Ｖ 開繊含浸装置全体
Ｘ 賦形ノズルの中心軸
ＦC 炭素長繊維強化材
ＦG ガラス長繊維強化材
ＦP 合成樹脂長繊維強化材
Ｐu 上段開繊ピン
Ｐd 下段開繊ピン
ＲP 開繊架設体(総称)
Ｔp 転向ピン
Ｔr 転向ロール
Ｖb 開繊含浸装置を構成する底板
Ｖd 開繊含浸装置を構成する下流端壁
Ｖf 長繊維束(連続繊維束;長繊維ロービング)の導入口(総称)
Ｖs 開繊含浸槽の側壁
ＶsL 開繊含浸槽の左側側壁
ＶsR 開繊含浸槽の右側側壁
Ｖt 開繊含浸装置を構成する天板
Ｖu 開繊含浸装置を構成する上流端壁
Ｖuf 上流端壁に穿設された長繊維束の導入口
Ｖtf 天板の上流域に開設された長繊維束の導入口
【特許請求の範囲】
【請求項１】 長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の引抜成形装置において、該装置における下流端壁に穿設された賦形ノズルを形成する上流側円錐面の頂角(α)が１５〜３５度であると共に該賦形ノズルが該上流側円錐面に続く下流側域に長さ１〜５mmのランド部を有することを特徴とする製造装置。
【請求項２】 該賦形ノズルの上流側円錐面の頂角(α)が２０〜３０度であることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【請求項３】 該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ５〜３５mmであることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。
【請求項４】 該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ１５〜３０mmであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の製造装置。
【請求項１】 長繊維で強化された熱可塑性樹脂長尺体を製造する為の引抜成形装置において、該装置における下流端壁に穿設された賦形ノズルを形成する上流側円錐面の頂角(α)が１５〜３５度であると共に該賦形ノズルが該上流側円錐面に続く下流側域に長さ１〜５mmのランド部を有することを特徴とする製造装置。
【請求項２】 該賦形ノズルの上流側円錐面の頂角(α)が２０〜３０度であることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【請求項３】 該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ５〜３５mmであることを特徴とする請求項１又は２に記載の製造装置。
【請求項４】 該賦形ノズルがその上流端から下流端までの中心軸上における厚さ１５〜３０mmであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００１−８８２２３（Ｐ２００１−８８２２３Ａ）
【公開日】平成１３年４月３日（２００１．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１１−２６７４２１
【出願日】平成１１年９月２１日（１９９９．９．２１）
【出願人】（０００００２０７１）チッソ株式会社 (658)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年４月３日（２００１．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１１年９月２１日（１９９９．９．２１）
【出願人】（０００００２０７１）チッソ株式会社 (658)
【Ｆターム（参考）】
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