长纤维增强热塑性树脂成形材料用浸渍模及采用该浸渍模的制造方法

摘要

本发明的目的在于制止浸渍模的纤维束的喷嘴断裂，提高高品质长纤维增强热塑性树脂成形材料的生产率。在浸渍槽1内抽取增强纤维的纤维束4的同时使其浸渗熔融热塑性树脂并在赋形喷嘴赋形的浸渍模100中，利用与上述纤维束4的抽取方向实质上平行的间隔部件5，以与赋形喷嘴的间距实质上相同的间距将浸渍槽内部分隔，以向赋形喷嘴运送纤维束4的单位进行分隔。

说明书

技术领域

本发明涉及长纤维增强热塑性树脂成形材料用浸渍模以及采用该浸渍模的制造方法。

背景技术

以往，在抽取连续增强用长纤维的同时使其浸渗熔融树脂的长纤维增强热塑性树脂成形材料的制造中，为了提高生产率，通常使多根条状纤维束通过浸渍模，并使各纤维束通过赋形喷嘴来进行生产。

专利文献1中公开的用于制造长纤维增强热塑性树脂成形材料的浸渍模，其中空且近似箱状的浸渍模内部空间的尺寸大致为纵向30～100cm，横向20～100cm，深1～10cm左右。如图7和图8所示，该浸渍模在其内部具有收纳熔融树脂的空间(浸渍槽)1，并在上述浸渍槽外壁的规定位置上设有向上述空间内供给熔融树脂的熔融树脂供给口9、用于连续向上述空间供给连续增强纤维的纤维束4的多个纤维束导入孔7以及用于向外部拉拔在熔融树脂中通过的纤维束的多个拉拔孔8，将从纤维束导入孔7导入浸渍槽内的纤维束4向拉拔孔8抽取期间，用开纤棒10将被拉伸的纤维束开纤，使熔融树脂浸渗到内部，在拉拔孔8(赋形模)赋形的同时进行抽取。

专利文献1：日本专利特开2003-305779号公报

发明的揭示

但是，如图8所示，若采用上述浸渍模，则从纤维束导入孔导入上述浸渍槽的多根纤维束沿横向以大致相等的间距并列通过一个未分隔的浸渍槽内部时，分别浸渗熔融树脂并形成纤维增强条，从拉拔孔被抽取到浸渍模外。因此，若为了提高生产率等而缩小多根纤维束之间的间距，则存在以下问题：这些纤维束在浸渍模内部相互接触，产生毛刺并发生喷嘴断裂(日文原文：ノズル切れ)，因喷嘴断裂而残留于浸渍模内的纤维束与相邻的处于抽取过程中的纤维束络合而进一步引发喷嘴断裂，阻碍生产等。

而且，若发生上述纤维束的断裂，则由于在浸渍槽内产生横向切断纤维束的抽取方向的熔融树脂流，因此，浸渍槽内的熔融树脂的内压分布不均，例如浸渍槽横向(图8的纵向)的侧部和中央部等因在浸渍槽的位置不同而使熔融树脂的浸渗水平产生显著差异，有时很难获得品质稳定的长纤维增强热塑性树脂成形材料。

本发明是鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于制止因纤维束的接触、交叉而引起的纤维的切断或因赋形喷嘴而引起的纤维的断裂(喷嘴断裂)，使熔融树脂具有良好的流动性，并提高树脂在长纤维增强热塑性树脂成形材料的增强纤维中的浸渗性。

本发明的主要技术内容如下所述。

(1)长纤维增强热塑性树脂成形材料用浸渍模，它是在浸渍槽内抽取增强纤维的纤维束的同时使其浸渗熔融热塑性树脂并在赋形喷嘴赋形的浸渍模，其特征在于，浸渍槽内部被与上述纤维束的抽取方向实质上平行的间隔部件分隔。

根据上述浸渍模，利用浸渍槽内设置的间隔部件，可防止浸渍槽内抽取的纤维束周围的横向切断抽取方向的熔融树脂流，并可避免纤维束越过被间隔部件分隔形成的区域而发生纤维束接触、交叉，从而能防止纤维在赋形喷嘴的断裂。

(2)如上述(1)所述的浸渍模，其中，浸渍槽内部被间隔部件以与赋形喷嘴的间距实质上相同的间距分隔，以向赋形喷嘴运送增强纤维的纤维束的单位进行分隔。

根据此结构，通过将浸渍槽内以赋形喷嘴单位进行分隔，可避免纤维束越过按各赋形喷嘴分隔形成的区域而发生纤维束接触、交叉，从而能进一步防止喷嘴断裂。进而通过用间隔部件将浸渍槽内以与赋形喷嘴相同的间距有规则地分隔，可进一步抑制赋形喷嘴间的熔融树脂流动和内压差异。

(3)如上述(1)或(2)所述的浸渍模，其中，在间隔部件与浸渍槽的底部内表面和/或上部内表面之间有间隙。

根据此结构，熔融树脂能在被间隔部件分隔形成的区域之间流动，可获得能防止1个赋形喷嘴堵塞时的熔融树脂滞留的效果，且即使设有上述间隙，间隔部件也能抑制纤维束周围的横向切断抽取方向的熔融树脂流，能防止断裂的纤维流动到附近的其他纤维束位置而发生交叉引起进一步的断裂。

(4)如上述(3)所述的浸渍模，其中，间隙平均为0.1～1.5mm。

(5)如上述(1)～(4)中任一项所述的浸渍模，其中，在各个被浸渍槽内部的间隔部件分隔形成的区间分别具有1个以上浸渍槽的熔融树脂供给口。

根据此结构，通过分别向被分隔形成的各区间供给熔融树脂，可防止因各区间熔融树脂流量的不均一或流动状态不同而产生的不均，能获得理想的浸渗效果。且由于间隔部件与底部内表面之间微小的间隙使熔融树脂未被完全隔断，从而能防止因滞留引起的熔融树脂的劣化。

(6)如上述(1)～(5)中任一项所述的长纤维增强热塑性树脂成形材料用浸渍模，其中，在浸渍槽内部沿与纤维束的抽取方向正交的方向上设有开纤棒，间隔部件被该开纤棒卡扣。

(7)长纤维增强热塑性树脂成形材料的制造方法，其特征在于，使用上述(1)～(6)中任一项所述的浸渍模来制造长纤维增强热塑性树脂成形材料。

根据本发明，如上所述，利用浸渍槽内设置的间隔部件，抑制纤维束周围横向切断抽取方向的熔融树脂流，使纤维束均一浸渗熔融树脂，且通过避免纤维束越过被间隔部件分隔形成的区域而发生纤维束接触、交叉来抑制纤维束的喷嘴断裂，从而能以良好的生产率制造高品质的长纤维增强热塑性树脂成形材料。

此外，通过用上述间隔部件以与赋形喷嘴相同的间距将浸渍槽内以赋形喷嘴单位进行分隔，可避免纤维束越过按各赋形喷嘴分隔形成的区域而发生纤维束接触、交叉，并能进一步抑制赋形喷嘴间的熔融树脂流和内压差异，从而可获得更高品质的长纤维增强热塑性树脂成形材料。

附图的简单说明

图1是本发明优选实施方式涉及的用于制造长纤维增强热塑性树脂成形材料的浸渍模的简单剖视图。

图2是图1的浸渍模的俯视图。

图3是表示纤维束导入孔与间隔部件的关系的模式立体图。

图4是本发明优选间隔部件的主视图。

图5是本发明另一优选间隔部件的主视图。

图6是图5的间隔部件卡扣于开纤棒的卡扣部分的局部放大说明图。

图7是现有浸渍模的简单剖视图。

图8是图7的浸渍模的俯视图。

符号说明

1：浸渍槽                2：入口板        3：出口板

4：纤维束                5：间隔部件      6：间隙

7：纤维束导入孔          8：拉拔孔        9：熔融树脂供给口

10：开纤棒               12：孔           13：切口部

14、14’：卡扣用突起     100：浸渍模

实施发明的最佳方式

作为本发明中使用的增强纤维，可以单独使用或并用玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维等。其中，玻璃纤维因其特性和成本等方面的优点而被广泛使用，成为优选。这些增强纤维以单丝集束形成纤维束的方式来使用，作为上述单丝，平均直径优选为4～30μm，更优选为7～25μm。若单丝的平均直径不足4μm，则所得长纤维增强热塑性树脂成形材料(以下称为长纤维增强树脂材料)的成本高，若超过30μm，则所得长纤维增强树脂材料的机械物性变差，因而不理想。

另外，本发明所使用的纤维束是由100～20000根左右的单丝集束形成的丝束。若进行集束的单丝不足100根，则生产率下降，若超过20000根，则由于纤维束变粗而使熔融树脂难以在单丝间均一浸渗。

作为本发明的在上述纤维束中浸渗的热塑性树脂，无特殊限制，一般可以使用市售的热塑性树脂，但从浸渗性、成本和物性的观点出发，较适合的有聚烯烃类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂、聚碳酸酯树脂、聚苯硫醚树脂、聚苯乙烯类树脂，特别优选聚烯烃类树脂、聚酰胺类树脂、聚酯类树脂。

作为聚烯烃类树脂，例如优选聚丙烯、聚乙烯等。作为聚酰胺类树脂，例如优选尼龙6.6、尼龙6、尼龙12、MXD尼龙等。作为聚酯类树脂，例如优选聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等。上述树脂也可以与着色剂、改性剂、抗氧剂以及耐紫外线剂等添加剂或碳酸钙、滑石粉、云母等填充剂混合使用。

作为本发明中得到的长纤维增强树脂材料，例如可列举粗0.2～4.0mm、长3～50mm的丸状或针状物或线材状物、连续或非连续的带状或片状物。关于增强纤维的含有率，根据所得长纤维增强树脂材料的用途等而异，无特殊规定，但通常为15～80vol％。若增强纤维的含有率在上述范围内，则可获得长纤维增强树脂材料的高效增强效果，可由该长纤维增强树脂材料制得高强度的成形物。

下面，结合附图更详细地说明本发明的优选实施方式。图1是本发明优选的长纤维增强树脂材料用浸渍模(以下称该浸渍模)100的简单剖视图(图2的A-A部分的剖视图)，图2是该浸渍模100的俯视图。另外，与图7的浸渍模相同的结构要素用同一符号表示。

如图所示，该浸渍模具有收纳熔融树脂的箱状浸渍槽1，在上述浸渍槽1外壁的规定位置上设有用于向浸渍槽1连续供给连续增强纤维的纤维束4的多个纤维束导入孔7、用于将通过熔融树脂的纤维束4向外部拉拔的多个拉拔孔8。即，如图2所示，在浸渍槽1的入口板2上以规定间距沿横向并列设有多个纤维束导入孔7，对应该纤维束导入孔7，在出口板3上以同样方式设有拉拔孔8，将从纤维束导入孔7导入到浸渍槽内的纤维束4向拉拔孔8抽取期间，利用浸渍槽1内配置的开纤棒10开纤的同时，使纤维束4浸渗熔融树脂，用拉拔孔8捋去多余的熔融树脂并赋形，从而从浸渍模100连续抽取。因此，上述拉拔孔8是将浸渗有熔融树脂的纤维束4成形为规定的截面形状的赋形喷嘴，可直接设于浸渍槽1的出口板3上，或作为赋形模在出口板3上安装。上述浸渍模的结构与以往公知的浸渍模实质上相同。

上述浸渍槽1的外壁可由铁或镀敷了镍、铬等各种金属的铁或不锈钢等材料形成。浸渍槽1的大小无特殊规定，一般纵向为10～200cm、横向为10～200cm、深为1～50cm左右。在该浸渍槽1的内部设置有将纤维束4开纤而易于浸渗熔融树脂的开纤装置。作为该开纤装置，可优选使用例示的开纤棒10，在浸渍槽1内以规定的间距沿与纤维束4的抽取方向大致呈直角的方向设置3～10根左右的开纤棒10。该开纤棒10例如为铁、铜制的棒状体，若因抽取而拉伸的纤维束4在受上述开纤棒10压接的同时移动，则纤维束4在开纤棒10的曲面上横向扩展而开纤。作为该开纤装置，可适当使用公知的开纤装置，但开纤棒在开纤性和成本方面优异。虽未图示，但可根据需要在浸渍槽1内附设加热装置或保温装置。

如图2所示，在该浸渍模中，在入口板2上沿横向以规定间距设有多个纤维束导入孔7。关于纤维束导入孔7的形状，若采用椭圆形导入孔(参照图3)，则可将纤维束4在沿横向扩展的状态下导入，易浸渗熔融树脂，因而成为优选，但也可以是矩形或圆形。关于其大小，为椭圆形孔时，横宽为约1～50mm，纵宽为约1～10mm，根据所导入的纤维束4的粗细而定。关于其个数，从生产率和实用性等观点出发，通常优选为10～100个左右，其设置间距优选为5～45mm左右。

另一方面，在出口板3上与纤维束导入孔7对应地设有与纤维束导入孔7个数相同的拉拔孔8。其形状一般为圆形，根据所制造的长纤维增强树脂材料的不同，也可以是例如椭圆形等其他形状。其孔径约为0.3～3mm左右。

本发明的特征在于，将上述浸渍模的浸渍槽内部用与纤维束的抽取方向实质上平行的间隔部件分隔。下面，参照附图对此进行说明。利用上述间隔部件5进行的分隔优选以与赋形喷嘴的间距实质上相同的间距进行分隔，将浸渍槽1的内部以向赋形喷嘴(拉拔孔8)运送纤维束4的单位进行分隔。具体而言，如图2所示，在浸渍槽内的各纤维束导入孔7与纤维束导入孔7的大致中间位置沿与纤维束4的抽取方向实质上平行的方向设置间隔部件5，从纤维束导入孔7导入浸渍槽内的各纤维束4在被间隔部件5分隔形成的区域被抽取至拉拔孔8。图3是按上述方式设置有间隔部件5的浸渍槽1的纤维束导入孔7与间隔部件5的关系的模式示意图，由图3可知，间隔部件5设于各纤维束导入孔7与纤维束导入孔7的大致中间位置。如上所述，浸渍槽1以赋形喷嘴单位被分隔，由于能以赋形喷嘴为单位严格管理熔融树脂，因而最理想，但也可以多个赋形喷嘴单位进行分隔。

作为上述间隔部件5，可优选使用长度与浸渍槽1的纵向宽度大致相同、高度小于浸渍槽1的深度的长板。其材质无特殊规定，通常采用与浸渍模的外壁相同的材料。作为本发明优选的间隔部件5之一，可列举图4的间隔部件。该间隔部件5适用于图2所示的设有开纤棒10的浸渍槽1。即，在该间隔部件5上沿长度方向设有可供开线棒10插通的孔12，在浸渍槽1内设置时，将开线棒10插入孔12，然后将所有间隔部件5先与分隔位置对位，在与开纤维棒10卡扣的状态下安装于浸渍槽1内。因此，与开纤棒10卡扣的间隔部件5沿纤维束4的抽取方向按各纤维束导入孔7(拉拔孔8)将浸渍槽内进行分隔。另外，与开纤棒卡扣的间隔部件5的端部可根据需要固定于浸渍槽1的入口板2和出口板3，或相互连接。在间隔部件5无法与开纤棒卡扣的情况下，例如可通过将间隔部件5的两端固定在入口板2和出口板3上来安装。

如上所述，由于浸渍槽内被间隔部件5按各纤维束沿与其抽取方向平行的方向被分隔，因而可抑制在浸渍槽内抽取的纤维束周围的横向切断抽取方向的熔融树脂流。而且，还可避免纤维束4越过按各赋形喷嘴被间隔部件5分隔形成的区域而发生纤维束4的接触、交叉，因而可防止纤维束4的喷嘴断裂，此外，通过将浸渍槽1以与赋形喷嘴相同的间距有规则地进行分隔，可减小赋形喷嘴间的熔融树脂流和内压差异。

图5表示其他优选实施方式涉及的间隔部件5。本例的间隔部件5在下部形成与各开线棒10的位置对应的切口部13，另一方面，如图6所示，可在开纤棒10的间隔部件5的卡扣位置上预先设置卡扣用突起14、14’，通过将间隔部件5的切口部13从上方插入该卡扣用突起14、14’之间，即可与开纤棒10卡扣。本发明的间隔部件5的形状及其安装方法不限于例示的内容，只要能将浸渍槽内沿纤维束4的抽取方向分隔即可。

在浸渍槽1内设置间隔部件5的情况下，最好在间隔部件5与浸渍槽1的底部内表面和/或上部内表面之间设置间隙。如上所述，通过使间隔部件5的高度小于浸渍槽1的深度即可容易地形成该间隙。具体而言，若在浸渍槽1高度方向的正中间安装高度小于浸渍槽1深度的间隔部件5，则如图1所示，可在间隔部件5的上部和下部形成间隙6，若偏向下方进行安装，则只能够在间隔部件5的上部形成间隙6。反之，若偏向上方，则只能够在间隔部件5的下部形成间隙6。该间隙优选沿间隔部件5的整个长度方向设置，但即使局部存在未设间隙的部分也没关系，只要整体上形成了间隙即可。当沿间隔部件5的整个长度方向设置间隙时，通常在间隔部件5的整个长度方向上以大致相同的大小设置，但间隙的大小不必一致，例如在浸渍槽1的纤维束的导入孔侧和拉拔孔侧可以不同。另外，在间隔部件5的上部和下部也可改变间隙大小。

间隔部件5不将浸渍槽1内沿其深度方向完全分隔，而是如上所述那样通过设置间隙，使熔融树脂能在被间隔部件分隔而成的区域之间流动，因而当1个赋形喷嘴堵塞时能抑制熔融树脂的滞留。而且，即使设有间隙，在纤维束周围横向切断纤维束抽取方向的熔融树脂流也可被间隔部件5抑制，因而能防止断裂的纤维流动到附近的其他纤维束位置并交叉而引起进一步的断裂。

上述间隙的大小可根据浸渍槽1的大小、熔融树脂的粘性、纤维束的抽取速度等来适当决定，无特殊规定，但作为其尺寸，相对于间隔部件5全长的平均值优选为0.1～1.5mm、更优选为0.3～0.6mm。若间隙小于0.1mm，则熔融树脂几乎不在由间隔部件5分隔形成的区域间流动，因此当1个赋形喷嘴堵塞后，有可能无法充分获得抑制熔融树脂滞留的效果。而超过1.5mm时，熔融树脂在由间隔部件5分隔形成的区域间过度流动，因此断裂的纤维与该熔融树脂一起流动至附近的其他纤维束位置并交叉，有可能引起进一步的断裂，因而不理想。

此外，在本发明的浸渍模中，如上所述浸渍槽1内被间隔部件5分隔，因此最好如图2所示那样在由浸渍槽内部的间隔部件5分隔而成的各区间分别设置浸渍槽的熔融树脂供给口9。在浸渍槽内未被间隔部件5分隔的现有浸渍模中，如图8所示，即使只有1个熔融树脂供给口9，供给到浸渍槽内的熔融树脂也可以自由流动并几乎均一地供给到所有纤维束。当在间隔部件5与浸渍槽1的底部内表面和/或上部内表面之间设有间隙时，虽然熔融树脂可在某种程度上从该间隙向相邻区间流动，但由于整体上受间隔部件5的制约，因此通常几乎无法获得各区间的熔融树脂量的均一性。但若如图2所示，在由间隔部件5分隔而成的各区间分别设置熔融树脂供给口9，则可控制各区间的熔融树脂供给量，不仅能对各区间的熔融树脂量进行均一管理，还能适时停止向发生了纤维束断裂的区间供给熔融树脂。此时，在通常的浸渍模中，只要在由间隔部件5分隔而成的各区间分别设置1个熔融树脂供给口9，即可向各区间充分供给熔融树脂，但也可根据需要沿上述区间的纤维束4的抽取方向设置多个熔融树脂供给口9。

另外，由于配置的情况而未在各个区间分别设置上述熔融树脂供给孔时，也可在未图示的浸渍槽的底部的间隔部件的位置上设置供给孔，从该供给孔向与间隔部件两侧相邻的2个区间分配并供给熔融树脂。此时，优选将与供给孔对置的间隔部件的一部分切除形成开口部，使熔融树脂易流入两区间。

实施例

作为增强用长纤维，使用由4000根直径为16μm的单丝集束而成的1根玻璃纤维原丝作为增强纤维束，作为热塑性树脂，采用在聚丙烯中添加1质量％酸改性聚丙烯而得到的树脂，在浸渍模中抽取树脂浸渗的增强纤维束(条)的同时切断，制成长纤维增强树脂材料的丸粒，比较每小时发生喷嘴断裂的增强纤维束的根数与开始时的纤维条根数之比(％/小时)。浸渍模采用A：在具有10个导入孔(喷嘴)的浸渍槽内设有间隔部件的浸渍模、B：在具有10个导入孔(喷嘴)的浸渍槽内未设间隔部件的浸渍模这两种，在各浸渍模中连续抽取纤维条的同时制造丸粒，由各浸渍模中发生了5根喷嘴断裂时的时间算出A、B两浸渍模每小时发生喷嘴断裂的频率(％)。结果如表1所示。另外，设有间隔部件的浸渍模A的结构如下所述。

(浸渍模结构)

间隔部件：以喷嘴为单位设置

间隔部件的上下间隙：下部的间隙平均为0.3mm、上部的间隙平均为0.6mm

熔融树脂供给口：设在各喷嘴区间

〔表1〕

  浸渍模的种类  A  B  有无间隔部件  有  无  喷嘴断裂发生频率  (％/小时)  0.179  0.357

由表1可知，通过在浸渍槽设置间隔部件，增强纤维束的喷嘴断裂的发生频率减少一半。

产业上利用的可能性

本发明通过用间隔部件5将浸渍槽内沿纤维束4的抽取方向分割，可防止纤维束周围的横向切割抽取方向的熔融树脂流，使纤维束均一地浸渗熔融树脂，并能避免纤维束越过由间隔部件分割而成的区域发生纤维束接触、交叉，防止纤维束的喷嘴断裂，从而可用于制造高品质的长纤维增强树脂成形材料。

在此引用2005年12月28日提出申请的日本专利申请2005-379306号说明书、权利要求书、附图以及摘要的全部内容作为本发明说明书的揭示。