JP6477459B2 - Method for producing fiber reinforced thermoplastic resin - Google Patents
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Description
本発明は繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin.
繊維強化熱可塑性樹脂は知られており、繊維強化熱可塑性樹脂からの成形品は自動車部品等の多くの分野で用いられている。繊維強化熱可塑性樹脂は種々の製造により製造されるが、一例として、特許文献1等に記載のように、マトリックス樹脂としての熱可塑性樹脂と強化繊維とを混練押出機に同時に投入し、混練押出機内で加熱しながら両者をスクリューの回転により混練して、混練後に不連続繊維の押出し物(バルク)として混練押出機から押し出しながら排出するようにした製造方法が知られている。押出し後の繊維強化熱可塑性樹脂を金型に供給して成形することで、所望の部品が製造される。
Fiber reinforced thermoplastic resins are known, and molded products from fiber reinforced thermoplastic resins are used in many fields such as automobile parts. The fiber reinforced thermoplastic resin is produced by various manufacturing methods. As an example, as described in
また、強化繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を用いること、開繊した強化繊維を用いること、また、そのような強化繊維束の開繊方法および装置が特許文献2に記載されている。 Further, as a reinforcing fiber, carbon fiber, glass fiber, aramid fiber or the like is used, an opened reinforcing fiber is used, and a method and an apparatus for opening such a reinforcing fiber bundle are described in Patent Document 2. Yes.
混練押出機を用いて繊維強化熱可塑性樹脂を製造するに際し、マトリックス樹脂に混入する強化繊維として開繊した強化繊維を用いることにより、繊維強化熱可塑性樹脂内での強化繊維の分散状態を改善することが期待できる。本発明者らは、そのために、開繊処理後の強化繊維をボビンに巻き込んでおき、そこから巻き出される開繊強化繊維を、混練押出機内で溶融しているマトリックス樹脂中に投入して、繊維強化熱可塑性樹脂を製造することを行った。しかし、開繊処理後の強化繊維をボビンに巻き込むときに、極細の繊維が下層の強化繊維にめり込んだり、上下の強化繊維間で極細の繊維同士が絡み合うことを経験した。そのために、安定的にボビンから強化繊維をスムーズに巻き出すことが困難となり、強化繊維が予期せずに切れてしまうことも経験した。このことは、開繊しない強化繊維をボビンに巻き込んだ場合にも、程度の差はあるものの、観察できた。 When producing a fiber reinforced thermoplastic resin using a kneading extruder, the dispersion state of the reinforced fiber in the fiber reinforced thermoplastic resin is improved by using the reinforced fiber opened as the reinforcing fiber mixed in the matrix resin. I can expect that. For this purpose, the inventors have wound the reinforcing fiber after the fiber opening treatment into a bobbin, and put the fiber reinforcing fiber unwound from the fiber into the matrix resin melted in the kneading extruder, A fiber reinforced thermoplastic resin was produced. However, when the reinforcing fibers after the fiber-opening treatment are wound around the bobbin, the ultrafine fibers are entrapped in the lower reinforcing fibers, or the ultrafine fibers are entangled between the upper and lower reinforcing fibers. For this reason, it has become difficult to smoothly and smoothly unwind the reinforcing fiber from the bobbin, and the reinforcing fiber has been unexpectedly cut. This could be observed although there was a difference in the degree even when the reinforcing fiber that was not opened was wound around the bobbin.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、混練押出機を用いて、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂中に強化繊維が混練した繊維強化熱可塑性樹脂を製造する方法において、ボビンに巻き込まれた強化繊維がスムーズにかつ連続的に混練押出機に供給されるようにし、それにより、安定的に繊維強化熱可塑性樹脂を製造することができるようにした繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法を開示することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin in which reinforcing fibers are kneaded in a matrix resin, which is a thermoplastic resin, using a kneading extruder, A method for producing a fiber reinforced thermoplastic resin in which the reinforced fibers entrained are smoothly and continuously supplied to a kneading extruder, thereby stably producing a fiber reinforced thermoplastic resin. It is an object to disclose.
本発明による繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法は、熱可塑性樹脂であるマトリックス樹脂中に強化繊維が混練した繊維強化熱可塑性樹脂を製造する方法であって、前記マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂と同じ樹脂種からなる熱可塑性樹脂シートと前記強化繊維との積層物を調製する工程と、前記積層物をボビンに巻き込む工程と、前記ボビンから前記積層物を巻き出して前記混練押出機内の前記マトリックス樹脂中に混入する工程と、前記混練押出機内で混練された前記マトリックス樹脂と積層物との混練物を繊維強化熱可塑性樹脂として前記混練押出機から取り出す工程と、を少なくとも有することを特徴とする。 The method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin according to the present invention is a method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin in which reinforcing fibers are kneaded in a matrix resin that is a thermoplastic resin, and is the same as the thermoplastic resin that is the matrix resin. A step of preparing a laminate of a thermoplastic resin sheet made of a resin species and the reinforcing fiber, a step of winding the laminate into a bobbin, and unwinding the laminate from the bobbin to form the matrix resin in the kneading extruder And at least a step of mixing the matrix resin kneaded in the kneading extruder and a kneaded product of the laminate as a fiber-reinforced thermoplastic resin from the kneading extruder.
本発明によれば、ボビンに巻き込まれた強化繊維における上位と下位の強化繊維の間には、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂と同じ樹脂種からなる熱可塑性樹脂シートが介在する。そのために、上位と下位の強化繊維は直接に接することはない。それにより、極細の繊維が隣接する強化繊維内にめり込むこともなく、隣接する強化繊維間で極細の繊維同士が絡み合うこともない。その結果、強化繊維のボビンからの巻出しはスムーズに進行し、予期せずに破断してしまうようなことを回避できる。また、介在する熱可塑性樹脂シートも同時に混練押出機に供給されて、マトリックス樹脂に混入するが、その樹脂種はマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂の樹脂種と同じであり、製造される繊維強化熱可塑性樹脂の物性には影響を与えない。さらに、強化繊維と熱可塑性樹脂シートとが接した状態で混練押出機内に供給されるので、混練押出機内における強化繊維内への樹脂の含浸性も向上する。 According to this invention, the thermoplastic resin sheet which consists of the same resin seed | species as the thermoplastic resin which is matrix resin interposes between the upper and lower reinforcement fiber in the reinforcement fiber wound in the bobbin. For this reason, the upper and lower reinforcing fibers are not in direct contact with each other. Thereby, the ultrafine fibers are not sunk into the adjacent reinforcing fibers, and the ultrafine fibers are not entangled between the adjacent reinforcing fibers. As a result, unwinding of the reinforcing fiber from the bobbin proceeds smoothly and can be prevented from unexpectedly breaking. In addition, the intervening thermoplastic resin sheet is simultaneously supplied to the kneading extruder and mixed into the matrix resin, but the resin type is the same as the resin type of the thermoplastic resin that is the matrix resin, and the fiber-reinforced heat produced. It does not affect the physical properties of the plastic resin. Furthermore, since the reinforcing fibers and the thermoplastic resin sheet are supplied into the kneading extruder, the impregnation property of the resin into the reinforcing fibers in the kneading extruder is improved.
以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。図1は、本発明による繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法を実施するのに好適な混練押出機を備えた成形機の一例を示している。なお、以下の例では、強化繊維として開繊した強化繊維を用いるようにしたが、開繊しない強化繊維を用いる場合にも、同様に本発明は適用される。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a molding machine equipped with a kneading extruder suitable for carrying out the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin according to the present invention. In the following example, the reinforced fiber opened as the reinforced fiber is used. However, the present invention is similarly applied to a case where a reinforced fiber not opened is used.
この例において、成形機1は、最上流側に、樹脂溶融部として、多軸(または1軸)溶融押出機10を備える。溶融押出機10はホッパー11を有し、該ホッパー11にはマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂12および必要に応じて添加剤13が投入される。熱可塑性樹脂12の例としては、限定されないが、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエステル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリメチル、ポリメタクリレート、アクリル、ポリウレタン、およびこれらの混合物が挙げられる。添加剤13の例としては、限定されないが、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤などが挙げられる。溶融押出機10は図示しない加熱装置を備えており、熱可塑性樹脂12と添加剤13は加熱装置により加熱されて溶融し出口側に送られる。
In this example, the
溶融押出機10の出口側には、混練押出部として機能する多軸(または1軸)の混練押出機20が位置している。混練押出機20には、溶融押出装置10から押し出される溶融した熱可塑性樹脂2がマトリックス樹脂として投入される。混練押出機20には、強化繊維4の投入口21が備えられており、そこから、熱可塑性樹脂12と同じ樹脂種(好ましくは全く同じ樹脂)からなる熱可塑性樹脂シート3と開繊強化繊維4との積層物5が投入される。混練押出機20にも図示しない適宜の加熱装置あるいは保温装置が取り付けられている。
On the outlet side of the
図2は、前記積層物5の一例を示しており、熱可塑性樹脂シート3と開繊強化繊維4との積層物5は、ボビン6に巻き込まれている。熱可塑性樹脂シート3は、マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂12と同じ樹脂からなるシートであり、通常の方法で製造することができる。開繊強化繊維4は、強化繊維の束を通常の方法によって開繊したものであり、例えば、強化繊維を所定本数束ねた繊維束を一方向に引き揃えてシート状に開繊することで製造することができる。あるいは、前記特許文献1に記載されるように、繊維長方向に搬送される繊維束中に流体を通過させることで繊維を撓ませながら幅方向に移動させて開繊するとともに、搬送される繊維束に対して接触部材を接触させながら搬送方向と傾斜する方向に回動させて繊維束の一部を押し込んで緊張状態とした後、緊張状態の繊維束から接触部材を離間させて繊維束を一時的に弛緩状態とするような製造方法で製造することもできる。基礎となる強化繊維としては、限定されないが、例として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維といった強化繊維を上げることができる。
FIG. 2 shows an example of the
開繊された強化繊維4と別途製造した前記熱可塑性樹脂シート3とを適宜の方法で積層して積層物5とし、それをボビン6に巻き込んだものを調製する。あるいは、開繊強化繊維4を製造するときのベースフィルムとして、製造しようとする繊維強化熱可塑性樹脂のマトリックス樹脂と同じ樹脂種からなるフィルムを使用し、それを直接ボビン6に巻き込むようにしてもよい。
The opened reinforcing fiber 4 and the separately produced
そのようにして調製した積層物5を巻き込んだ1個または複数個のボビン6から積層物5を巻出し、巻き出した積層物5を前記混練押出機20の投入口21から、混練押出機20内に投入する。混練押出機20内には溶融した熱可塑性樹脂2がスクリューによって押し出されるようにして送られており、投入された積層物5は、溶融して送られる熱可塑性樹脂2の中に混入して混練されるとともに、出口に向かって送り出される。
The
前記したように、ボビン6に巻き込まれた積層物5において、上下に位置する開繊強化繊維4、4の間には、熱可塑性樹脂シート3が介在しており、上下に位置する開繊強化繊維4、4は直接接触してはいない。そのために、ボビン6からの積層物5の巻出しはスムーズに行われ、途中で予期せずに積層物5が破断するようなことは生じない。また、熱可塑性樹脂シート3はマトリックス樹脂である熱可塑性樹脂12と同じ樹脂(あるいは樹脂種)であり、熱可塑性樹脂12内に溶融しても、製造される繊維強化熱可塑性樹脂の物性に影響を与えることもない。さらに開繊強化繊維4と熱可塑性樹脂シート3は、互いに接した状態で混練押出機20内に送り込まれるので、混練押出機20内における開繊強化繊維4内への樹脂の含浸性も向上する。
As described above, in the
積層物5において、熱可塑性樹脂シート3に替えて、離型紙を用いても、上下に位置する開繊強化繊維4、4が直接に接触するのは回避することができる。しかし、離型紙は繊維強化熱可塑性樹脂にとっては異物であり、混練押出機20内に供給するときに、事前に除去することが必要であり、工程が煩雑となるとともに、そのような異物が熱可塑性樹脂2に混入してしまう恐れもあり、好ましくない。
In the
なお、積層物5において、熱可塑性樹脂シート3は、混練物中での開繊強化繊維の体積分率に有意の影響を与えないように、極薄でのもの(例えば数十μm程度の厚みのもの)を用いるか、または、予め投入するマトリックス用の熱可塑性樹脂の量を少なくしておき、熱可塑性樹脂シート3の樹脂量が加わることで、繊維強化熱可塑性樹脂における目的の樹脂量となるようにしてもよい。そのいずれかを選択することにより、所期通りの繊維強化熱可塑性樹脂を得ることができる。
In the
上記のようにして混練押出機20内で混練された熱可塑性樹脂12と積層物5との混練物は、繊維強化熱可塑性樹脂7として混練押出機20から取り出される。図1に示した成形機1においては、混練押出機20の図示しないダイから押し出された繊維強化熱可塑性樹脂7は、トリマー8によって適宜の大きさに切断され、保温機能を備えた搬送装置30によって固定下型41と可動上型42を備えた成形プレス40に送られて、そこで、所望の製品に成形処理される。
The kneaded product of the
上記のように、本発明による繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法を採用することにより、ボビンに巻き込まれた開繊強化繊維をスムーズにかつ連続的に混練押出機に向けて供給することが可能となり、安定的に繊維強化熱可塑性樹脂を連続的に製造することができるようになる。また、開繊強化繊維内への樹脂の含浸性も向上するので、繊維強化熱可塑性樹脂の品質も向上する。 As described above, by adopting the method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin according to the present invention, it becomes possible to smoothly and continuously supply the fiber-reinforced thermoplastic fibers wound in the bobbin toward the kneading extruder. Thus, the fiber-reinforced thermoplastic resin can be continuously produced stably. Moreover, since the impregnation property of the resin into the spread fiber is improved, the quality of the fiber reinforced thermoplastic resin is also improved.
なお、上記の説明では、溶融押出機10で溶融した熱可塑性樹脂2をマトリックス樹脂として混練押出機20に供給するようにしたが、混練押出機20が所要の長さを有していて上流側に投入された熱可塑性樹脂を混練押出機内で溶融できるものであれば、溶融押出機10は省略可能である。また、搬送装置30および成形プレス40は、本発明による繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法で製造される繊維強化熱可塑性樹脂7を利用するときの一つの例示であって、他のものに変更可能である。
In the above description, the thermoplastic resin 2 melted by the
1…成形機、
2…溶融した熱可塑性樹脂、
3…熱可塑性樹脂シート、
4…開繊強化繊維、
5…積層物、
6…ボビン、
7…繊維強化熱可塑性樹脂、
10…溶融押出機、
20…混練押出機、
30…搬送装置、
40…成形プレス。
1 ... Molding machine,
2 ... Molten thermoplastic resin,
3 ... thermoplastic resin sheet,
4 ... spread fiber,
5 ... Laminate,
6 ... bobbins,
7: Fiber reinforced thermoplastic resin,
10: Melt extruder,
20 ... kneading extruder,
30 ... Conveying device,
40 ... Molding press.
Claims (1)
前記マトリックス樹脂である熱可塑性樹脂と同じ樹脂種からなる熱可塑性樹脂シートと前記強化繊維との積層物を調製する工程と、
前記積層物をボビンに巻き込む工程と、
前記ボビンから前記積層物を巻き出して混練押出機内の前記マトリックス樹脂中に混入する工程と、
前記混練押出機内で混練された前記マトリックス樹脂と積層物との混練物を繊維強化熱可塑性樹脂として前記混練押出機から取り出す工程と、
を少なくとも有することを特徴とする繊維強化熱可塑性樹脂の製造方法。 A method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin in which reinforcing fibers are kneaded in a matrix resin that is a thermoplastic resin,
A step of preparing a laminate of a thermoplastic resin sheet made of the same resin species as the thermoplastic resin as the matrix resin and the reinforcing fibers;
Winding the laminate around a bobbin;
Unwinding the laminate from the bobbin and mixing it into the matrix resin in a kneading extruder;
Removing the kneaded product of the matrix resin and the laminate kneaded in the kneading extruder from the kneading extruder as a fiber reinforced thermoplastic resin;
A method for producing a fiber-reinforced thermoplastic resin, characterized by comprising:
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