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METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING NATURAL FIBER REINFORCED RESIN STRAND

Patent code P120007468
File No. S2011-1032-N0
Posted date May 1, 2012
Application number P2011-179799
Publication number P2013-039809A
Patent number P5862109
Date of filing Aug 19, 2011
Date of publication of application Feb 28, 2013
Date of registration Jan 8, 2016
Inventor
  • (In Japanese)合田 公一
  • (In Japanese)野田 淳二
  • (In Japanese)キム ヒョンボム
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人山口大学
Title METHOD AND APPARATUS FOR MANUFACTURING NATURAL FIBER REINFORCED RESIN STRAND
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple manufacturing apparatus that can increase the strength by sufficiently impregnating resin between fibers when manufacturing strands and pellets of natural fiber reinforced resin for injection molding.
SOLUTION: A yarn bundle of natural fibers is passed through a preheating pipe 4, and preheated close to the melting temperature of resin to be coated thereon. Molten resin is coated on the yarn bundle preheated by passing through a crosshead die 1. When a resin-impregnated part C with a plurality of pins being disposed in a ladder shape in the axial direction is held at the temperature close to the melting temperature of the resin, and passed in a cylindrical heater 5, the resin-impregnated part is stretched over the pins in a zigzag manner. Through the slidable rubbing above and below the pins, the resin is sufficiently impregnated between the fibers of the yarn bundle. The yarn bundle is preheated to the temperature close to the melting temperature of the resin in the preheating pipe 4, and the resin is excellently coated on the yarn bundle.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

繊維強化プラスチック(FRP)は強度、耐熱性、耐食性に優れており、自動車、航空機をはじめ、種々の産業用、民生用機器における構造部材として利用されている。代表的なものとして、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)が多く利用されているが、これは製造過程でエネルギー消費量が多く、廃棄時の環境負荷が高いということが問題視される。一方で、高強度植物系繊維を強化材とした天然繊維強化樹脂、いわゆるグリーンコンポジットが環境負荷の面から注目され、利用されている。

一般に射出成形用の繊維強化樹脂ストランドは、天然繊維を樹脂とともに押出成形機に投入し、混練過程を経て押出されたストランドを形成し、これを切断したペレットが射出成形に用いられる。繊維強化樹脂に関して、樹脂に埋め込まれた短繊維が繊維軸に沿って負荷される時に連続繊維に負荷をかけて生じる応力と同等なレベルに達することができる最小長さが臨界繊維長となるが、押出成形機内でのスクリュー回転時に生じるせん断力により繊維が切断され、臨界長さを上回る長繊維状複合材料の作製は困難であった。そのため、電線被覆システムを利用したガラス繊維などの連続繊維フィラメントによる長繊維ペレット作製装置が開発されてきた。繊維強化樹脂ストランド、ペレットの製造技術に関して、下記の文献に開示されている。

特許文献1には、フィラメントヤーンをレジンバス(樹脂槽)に浸漬させ、ローラー、ピン等を介して繊維間に樹脂を浸透させることが開示されている。この方法は周りが全て樹脂であるため、樹脂が繊維間に浸透し易くなるが、ローラー数またはピン数が増えるにつれて余分な樹脂が大量に必要になり、樹脂の損失につながる。また、一度樹脂の成分を決めると、それ以降は槽内の成分を制御できないという難点がある。

特許文献2には、長尺の強化用繊維束をクロスヘッド内で溶融樹脂中に浸漬させ繊維束内に樹脂を含浸させ、クロスヘッド外に引き出した後に強化繊維束に撚りを与えつつ繊維間に樹脂を含浸させる繊維強化樹脂ストランドの製造方法について開示されている。この製造方法での強化繊維としてはガラス繊維を用いたものであり、天然繊維の撚糸を強化繊維として用いたものに適用されるものではなく、この製造方法により天然繊維の撚糸を強化繊維としたものに対し樹脂を十分に含浸させることはできない。

非特許文献1には、天然繊維を強化繊維として、押出成形機を用いて繊維強化樹脂ストランドを作製するに際して、繊維の撚りを緩めて繊維の空隙内に樹脂を浸透させることにより繊維間への樹脂の含浸を高めることが示されている。この方法によれば、天然繊維撚糸を解撚する装置は撚糸1本につき一台をそれぞれ備えることになり、装置全体を廉価で構成することができない。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、天然繊維強化樹脂ストランドの製造方法及び製造装置に関し、特に押出し成形機に樹脂被覆装置を取り付けた電線被覆システムに対して樹脂含浸を付与した簡易な射出成形用の天然繊維強化樹脂ストランドの製造方法及び製造装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
天然繊維撚糸を複数本合わせた撚糸束に溶融樹脂を被覆した後に撚糸繊維間に樹脂を含浸させる天然繊維強化樹脂ストランドの製造方法であって、
撚糸束を被覆される溶融樹脂の温度近くまで予熱する予熱工程と、
予熱された前記撚糸束に溶融樹脂を被覆する樹脂被覆工程と、
樹脂が被覆された前記撚糸束の繊維間に樹脂を含浸させる樹脂含浸工程と、
からなり、前記樹脂含浸工程においては筒状ヒーター内に軸方向に梯子状に複数本配設されたピンに樹脂が被覆された前記撚糸束がジグザグ状に掛けわたされて進み、前記筒状ヒーター内で樹脂の溶融温度近くの温度に保持された撚糸束が、前記樹脂が被覆された状態で前記複数本配設されたピンの上下で摺擦されることにより撚糸束の繊維間に樹脂が含浸されるものであり、樹脂溶融温度の上下10℃の範囲内の温度で樹脂の含浸が行われるようにしたことを特徴とする天然繊維強化樹脂ストランドの製造方法。

【請求項2】
 
天然繊維撚糸を複数本合わせた撚糸束に溶融樹脂を被覆し撚糸繊維間に樹脂を含浸させる天然繊維強化樹脂ストランドの製造装置であって、
撚糸束を通過させる予熱パイプを備え、撚糸束を被覆される溶融樹脂の温度近くまで予熱する予熱部と、
溶融樹脂を供給して予熱された前記撚糸束に溶融樹脂を被覆する樹脂被覆部と、
温度制御手段を有する筒状ヒーター内に軸方向に複数本のピンが梯子状に配設されてなる樹脂含浸部と、
からなり、前記樹脂含浸部においては樹脂が被覆された前記撚糸束が前記複数本のピンにジグザグ状に掛けわたされて進み、前記筒状ヒーター内で樹脂の溶融温度近くの温度に保持された撚糸束が、前記樹脂が被覆された状態で前記複数本のピンの上下で摺擦されることにより撚糸束の繊維間に樹脂が含浸されるものであり、樹脂溶融温度の上下10℃の範囲内の温度で樹脂の含浸が行われるようにしたことを特徴とする天然繊維強化樹脂ストランドの製造装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2011179799thum.jpg
State of application right Registered


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