纤维增强股线和纤维增强股线的制造方法

摘要

在纤维增强股线的制造方法中，制造纤维增强股线使其截面尽可能地近似为圆形。本发明是使增强纤维束(3)通过树脂浴单元(7)成为树脂浸渍后的增强纤维束(3)之后，对增强纤维束(3)进行加捻，在树脂浴单元(7)具有使热塑性树脂(5)浸渍到增强纤维束(3)的浸渍区域(21)和树脂浸渍后的增强纤维束(3)能被加捻的加捻区域(22)的情况下，以在加捻区域(22)的距离(L)赋予树脂浸渍后的增强纤维束(3)的捻距(P)满足L/3≥P≥3.15/90×(dtex)1/2的方式进行加捻的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维增强股线(fiber-reinforced strand)和纤维增强股线的制造方法。

背景技术

纤维增强热塑性树脂(FRTP)轻量且强度良好，其中，含有纤维长度长的增强纤维的长 纤维增强热塑性树脂(LFRTP)在耐冲击性、刚性方面特别良好，有时也以例如网球拍的弦 等纽状形式使用。

作为制造这种长纤维增强热塑性树脂的纽状成形品(以下称为“纤维增强股线”)的方 法，例如在专利文献1、专利文献2中已公开了以下方法：该方法是使多个玻璃纤维粗纱 那样的增强纤维束通过储存有熔融的热塑性树脂的树脂浴单元(resin bath means)，由此使熔 融树脂浸渍到增强纤维束，一边对该树脂浸渍后的增强纤维束在束中心周围进行加捻一边 从树脂浴单元抽出。

专利文献1：日本专利公开公报特开平5-169445号

专利文献2：日本专利公开公报特开昭59-199889号

发明内容

以往的纤维增强股线的制造方法，对树脂浸渍后的增强纤维束进行加捻时的捻距(twist  pitch)不足，其结果，纤维增强股线的截面形状有时不形成为圆形。例如在专利文献1中， 公开了使股线在卷绕0.3m的期间旋转一周的加捻(捻距300mm)。这种情况导致有时产生 纤维增强股线的质量不稳定的问题(外观或截面形状不良、机械性能的偏差等)。

本发明鉴于上述问题而作出，其目的在于提供一种被制造成其截面尽可能呈圆形，其 结果，具备高质量例如不产生外观不良、不产生机械性能偏差等并且质量稳定的纤维增强 股线以及能够得到该纤维增强股线的纤维增强股线的制造方法。

为了达到所述目的，本发明采取以下的技术方案。

即，本发明的纤维增强股线是使增强纤维束通过储存熔融的热塑性树脂的树脂浴单 元，并且让设置于该树脂浴单元的下游侧的加捻单元对所述树脂浸渍后的增强纤维束在束 中心周围进行加捻，由此制得的纤维增强股线，在所述树脂浴单元具有浸渍区域和加捻区 域的情况下，以在所述加捻区域内施加于增强纤维束的加捻满足式(1)的方式，由所述加捻 单元对增强纤维束进行加捻来制得，其中，所述浸渍区域使热塑性树脂浸渍到增强纤维束， 所述加捻区域能够通过所述加捻单元对树脂浸渍后的增强纤维束进行加捻。

[数式1]

$\frac{L}{3}\ge P\ge \frac{3.15}{90}\sqrt{\mathrm{dtex}}---\left(1\right)$

其中，

dtex：增强纤维的分特，

L：树脂浴单元的加捻区域的距离(mm)，

P：对增强纤维束赋予的捻距(mm)。

由此，能够使纤维增强股线的圆度的偏差在5％以下。

另外，本发明的纤维增强股线的制造方法是使增强纤维束通过储存熔融的热塑性树脂 的树脂浴单元，并且让设置于该树脂浴单元的下游侧的加捻单元对所述树脂浸渍后的增强 纤维束在束中心周围进行加捻，在所述树脂浴单元具有浸渍区域和加捻区域的情况下，以 在所述加捻区域内施加于增强纤维束的加捻满足式(1)的方式，由所述加捻单元对增强纤维 束进行加捻来制得，其中，所述浸渍区域使热塑性树脂浸渍到增强纤维束，所述加捻区域 能够通过所述加捻单元对树脂浸渍后的增强纤维束进行加捻。

[数式2]

$\frac{L}{3}\ge P\ge \frac{3.15}{90}\sqrt{\mathrm{dtex}}---\left(1\right)$

其中，

dtex：增强纤维的分特，

L：树脂浴单元的加捻区域的距离(mm)，

P：对增强纤维束赋予的捻距(mm)。

由此，制造出的纤维增强股线的截面呈圆形或者接近圆形，其结果，得到具备高质量 例如不产生外观不良、不产生机械性能偏差等，而且质量稳定的纤维增强股线。即，能够 得到圆度的偏差在5％以下的纤维增强股线。

根据本发明的纤维增强股线的制造方法，能够将纤维增强股线制造成其截面尽可能近 似为圆形，其结果，能够得到具备高质量例如不产生外观不良、不产生机械性能偏差等并 且质量稳定的纤维增强股线。

附图说明

图1是使用于本发明的制造方法的制造装置的主视图。

图2是使用于本发明的制造方法的制造装置的立体图。

图3是表示树脂浴单元的侧截面图。

图4A是纤维增强股线的立体图。

图4B是纤维增强股线的截面图。

图5是表示纤维增强股线的加捻次数和加捻系数与截面形状的关系的图。

具体实施方式

下面，根据附图说明本发明所涉及的纤维增强股线1的制造方法。

图1和图2表示使用于纤维增强股线1的制造方法的股线制造装置2的一例。该股线 制造装置2具备：以指定速度送出被卷绕成卷线状的增强纤维束3的多个(图例中为三个) 纤维提供部4；对作为原料的热塑性树脂5进行混炼熔融的混炼挤压机6；以及使从纤维 提供部4送出的增强纤维束3在通过混炼挤压机6而被塑化的热塑性树脂5中浸渍 (impregnate)的树脂浴单元7。

另外，该股线制造装置2还具备：配置于树脂浴单元7的下游侧，对从树脂浴单元7 送出的树脂浸渍后的增强纤维束3进行冷却的冷却单元9；以及配置于该冷却单元9的下 游侧，主要对冷却前的增强纤维束3在束中心周围进行加捻的加捻单元10。

增强纤维束3能够使用玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺等有机合成树脂、钢线等金属 纤维。另外，浸渍到增强纤维束3的热塑性树脂5能够使用聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃系树 脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯等聚酯系树脂、尼龙等聚酰胺系树脂、 聚碳酸酯系树脂、聚乙缩醛或者聚苯硫醚等。

混炼挤压机6在内部为中空的腔室13内具备具有混炼翼的旋转自如的螺杆轴(未图 示)，将从料斗14投放的热塑性树脂5的原料熔融而进行塑化。

树脂浴单元7形成筒轴方向朝向上下的圆筒状，通过混炼挤压机6而被塑化的热塑性 树脂5被提供到该筒内部加以储存。树脂浴单元7的上端部开着口，能够将增强纤维束3 从该上端开口引进该树脂浴单元7内储存的热塑性树脂5中。

如图3所示，在该树脂浴单元7的内部，相互平行且在上下方向上隔着指定距离设置 有轴心朝向水平方向而保持着旋转自由的多个(在图例中四个)浸渍辊15。从树脂浴单元7 的上端开口导入的增强纤维束3以从上向下曲折行进的方式依次被架接在这些浸渍辊15 上。

在树脂浴单元7的下端部设置有出口部16，该出口部16用于将树脂浸渍后的增强纤 维束3引出到外部。另外，在该出口部16设置有模具17，该模具17用于对处于覆盖增 强纤维束3的状态的热塑性树脂5进行整形，形成截面形状。

在这样的树脂浴单元7中，将树脂浸渍后的增强纤维束3被卷绕在配置于最下侧的浸 渍辊15上，向模具17送出的位置(最下的浸渍辊15的外周面的下端部)设为“划分点20”， 将该划分点20的上游侧(上方向)直到热塑性树脂5的储存水面为止的区域设为用于使热塑 性树脂5浸渍到增强纤维束3中的“浸渍区域21”。

与此不同，在从划分点20朝向模具17的方向(划分点20的下游侧)上，在所述浸渍区 域21内被浸渍了热塑性树脂5的增强纤维束3处于能够在其束中心周围进行加捻的状态 (能够在束中心周围自由地扭转的状态)。即，在树脂浴单元7中，划分点20的下游方向的 直到模具17为止的区域被设为能够通过加捻单元10加捻的“加捻区域22”。

这样，树脂浴单元7的内部具有浸渍区域21和加捻区域22。

冷却单元9沿着从树脂浴单元7引出树脂浸渍后的增强纤维束3的方向构成长水槽， 在槽内储存冷却水18。在与树脂浴单元7的出口部16(模具17)最接近而相对置的槽壁上 设置用于导入树脂浸渍后的增强纤维束3的入口部，在最远离该入口部的槽壁上设置用于 排出树脂浸渍后的增强纤维束3的出口部。因而，在该冷却单元9中，能够使浸渍于并覆 盖增强纤维束3的热塑性树脂5在冷却水18中冷却而固化。

作为配置于冷却单元9的下游侧的加捻单元10可采用各种机构，如图1所示，可以 是使卷绕纤维增强股线1的线轴在纤维增强股线1的轴芯周围旋转的机构。另一方面，如 图2所示，作为加捻单元10，也可以是具有外周面相互接触的上下一对传送辊19U、19D 的结构。这些上下一对传送辊19U、19D相对置地夹持从冷却单元9送出的树脂浸渍后的 增强纤维束3，以进一步向下游侧送出树脂浸渍后的增强纤维束3的方式，在相互不同的 旋转方向旋转。

即，该加捻单元10所具备的上下一对传送辊19U、19D兼具将增强纤维束3从纤维 提供部引进树脂浴单元7并且将树脂浸渍后的增强纤维束3从树脂浴单元7向冷却单元9 和加捻单元10引出的作用，在股线制造装置2中，构成增强纤维束3和纤维增强股线1 的传送单元。此外，也可以在加捻单元10的下游侧另外设置卷绕单元(未图示)，将制造出 的纤维增强股线1卷绕到线轴等。

上述的上下一对传送辊19U、19D均被配置成朝向相对于树脂浸渍后的增强纤维束3 的传送方向倾斜的方向，两个传送辊19U、19D彼此有相等的角度且朝向不同的方向。即， 上侧传送辊19U的旋转轴心与下侧传送辊19D的旋转轴心交叉成以树脂浸渍后的增强纤 维束3的传送轴线为中心的俯视对称形的X形。

因此，当树脂浸渍后的增强纤维束3被夹持在两个传送辊19U、19D之间时，对该增 强纤维束3在束中心周围施加扭转力(旋转力)，如图4A所示，相当于两个传送辊19U、 19D的倾斜角的捻力被施加于树脂浸渍后的增强纤维束3。

这样，由加捻单元10(两个传送辊19U、19D)施加的加捻以该加捻单元10为起点被 传输到上游侧，在直到配置在树脂浴单元7内部的最下侧的浸渍辊15(所述划分点20)的区 域被赋给树脂浸渍后的增强纤维束3。

但是，如上所述，树脂浸渍后的增强纤维束3在树脂浴单元7浸渍的热塑性树脂5通 过冷却单元9冷却而固化。因此，在包括该冷却单元9以及其下游侧的区域中被施加于树 脂浸渍后的增强纤维束3的加捻，如果解除加捻力则会因弹性恢复而几乎被消除。即，通 过加捻单元10施加于树脂浸渍后的增强纤维束3的“加捻”实际上是在树脂浴单元7的 所述加捻区域22中被施加于树脂浸渍后的增强纤维束3。

在本发明的制造方法中，由加捻单元10对树脂浸渍后的增强纤维束3进行加捻，使 在树脂浴单元7的加捻区域22内施加于树脂浸渍后的增强纤维束3的加捻满足式(1)。

[数式3]

$\frac{L}{3}\ge P\ge \frac{3.15}{90}\sqrt{\mathrm{dtex}}---\left(1\right)$

其中，

dtex：增强纤维的分特，

L：树脂浴单元的加捻区域的距离(mm)，

P：对增强纤维束赋予的捻距(mm)。

这样，通过规定捻距P的上限值和下限值、换言之施加于增强纤维束的加捻次数的下 限值和上限值，制造出的纤维增强股线1的截面尽可能地近似圆形，其结果，不产生外观 不良、截面形状不良、机械性能的偏差等(高质量)，而且，质量稳定。

通过后述的试验(图5的结果)证实，如果加捻次数(捻距P的逆数)不满足式(1)，则纤 维增强股线1的截面直径的偏差增大，截面形状成为失真的圆形。

另外，赋予树脂浸渍后的增强纤维束3的捻距P的下限值通过式(2)所示的利用加捻系 数TF的关系式来决定。

[数式4]

$P\ge \frac{3.15}{\mathrm{TF}}\sqrt{\mathrm{dtex}}---\left(2\right)$

其中，

dtex(分特)：增强纤维束3中的每10000m的重量(g)，

TF：增强纤维束3的加捻系数(TF＝90)。

(实施例)

进行这样一种试验，通过对树脂浴单元7中的加捻区域22的距离L和模具17的出口 侧内径(喷嘴直径)进行各种改变，来制造纤维增强股线，并对截面直径的偏差进行测量， 确认通过本发明所涉及的制造方法制造出的纤维增强股线1的优质性和质量稳定性。

用于试验的增强纤维束3为玻璃纤维(玻璃纤维粗纱)，热塑性树脂5为聚丙烯(PP)。

此外，将加捻区域22的距离L设为40mm～400mm较为适宜。更为理想的是将距离 L设为100mm～200mm。若短于40mm，则在树脂浴单元7内设置加捻区域22的装置的 结构变得困难，实现性产生问题。另外，若使距离L长于400mm，则产生随着由于热塑 性树脂5的阻力增强纤维束3产生的张力上升，断裂多发的问题。

具体而言，设定距离L为45mm和195mm，将模具17的出口侧内径(喷嘴直径)设 定为1.1mm、2.1mm、3.0mm。

如图4B所示，对制造后的纤维增强股线1的截面直径，用测微仪在每个截面的周方 向上以45°间隔合计四处进行测量，由此求出该截面上的偏差程度(直径的标准偏差/直径的 平均值)。

另外，在加捻单元10与冷却单元9之间(加捻单元10附近)，使固定的油性笔的笔尖 与树脂浸渍后的增强纤维束3相抵接，在该增强纤维束3的表面描绘与加捻相应的螺旋状 的线，从离开加捻单元10后的纤维增强股线在相当于加捻区域22内的距离L的尺寸内对 线的螺旋次数进行计数，由此求出捻距P。

图5示出对捻距P的上限值和下限值提取的试验结果。根据该图可知，通过将加捻的 次数(捻距P的逆数)设为三次以上且将加捻系数设为90以下，由此截面直径的偏差程度可 靠地在5％以下(超过5％的结果在图5中标记为NG品(次品))。也就是说，若到模具17为 止扭转三次则扩展的增强纤维束3以旋转中心为中心收缩成圆形，从而纤维增强股线1的 圆度提高。另一方面，若扭转过多则产生隆起圆度变差。即，优选使捻距的条件满足式(1)。

另外，本发明并不限定于上述的实施方式，在不改变发明的本质的范围内能够适当地 变更各部件的形状、结构、材质、组合等。

增强纤维束3的个数(作为纤维提供部4而准备的卷线的卷数)可以是一个，也可以是 四个以上。

加捻单元10还能够采用使用于将纤维增强股线1卷绕到线轴上的线轴保持框在纤维 增强股线1的卷绕轴心周围旋转的结构(专利文献2所例示的结构)。

冷却单元9还能够采用冷却水的喷雾方式、空气中的冷却方式、冷却气体的喷射冷却 方式等。

附图标记说明

1     纤维增强股线

2     股线制造装置

3     增强纤维束

4     纤维提供部

5     热塑性树脂(树脂)

6     混炼挤压机

7     树脂浴单元

9     冷却单元

10    加捻单元

13    腔室

14    料斗

15    浸渍辊

16    出口部

17    模具

18    冷却水

19U   上侧传送辊

19D   下侧传送辊

20    划分点

21    浸渍区域

22    加捻区域

D     偏差幅度

L     加捻区域内的距离

P     捻距

TF    加捻系数