纤维增强树脂材料的制造方法和制造装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供纤维增强树脂材料的制造方法和制造装置。所述制造方法包括：第1步骤，使热塑性树脂(R)熔融并与增强纤维(F)进行混炼，制作混炼材料；第2步骤，在密封空间(3)中收纳混炼材料，向密封空间(3)内供给超临界流体，使形成混炼材料的增强纤维(F)的内部含浸熔融了的热塑性树脂(R)，制作包含超临界流体的增强纤维含浸材料；第3步骤，将增强纤维含浸材料取出至密封空间(3)外，置于减压气氛下，使超临界流体发泡，制造纤维增强树脂材料。

Method and apparatus for manufacturing fiber reinforced resin material

The invention provides a method and a device for manufacturing a fiber reinforced resin material. The manufacturing method includes first steps: the thermoplastic resin (R) and melting with reinforcing fibers (F) mixing, making mixing materials; second steps in the sealed space (3) included in the mixing materials to seal space (3) in the supply of supercritical fluid, the formation of enhanced fiber mixing materials (F) internal dipping molten thermoplastic resin (R), includes the production of fiber reinforced material impregnated with supercritical fluid; the third step, the reinforcing fiber impregnated material to remove the seal space (3), placed in the vacuum atmosphere, the supercritical fluid foaming. The manufacture of fiber reinforced resin material.

【技术实现步骤摘要】
纤维增强树脂材料的制造方法和制造装置
本专利技术涉及纤维增强树脂材料的制造方法和制造装置。
技术介绍
向热塑性树脂中混入增强纤维而形成的纤维增强树脂材料(纤维增强塑料(FRP))由于轻量且高强度、高刚性，因此在汽车产业、建设产业、航空产业等各种各样的产业领域中使用。例如在汽车产业中，上述纤维增强树脂材料被应用于支柱、车厢等车辆的骨架结构构件，底板、车门外板等车体面板构件，实现了车辆轻量化、低燃耗。上述骨架结构构件与碳纤维、玻璃纤维等增强纤维相关，主要应用长度为50mm以上的连续纤维。此外，在车体面板构件中，应用纤维长度小于50mm的长纤维、纤维长度更短的短纤维。作为迄今为止的纤维增强树脂材料的制造方法，使用下述方法：向熔融了的热塑性树脂供给增强纤维，利用双轴挤出机的两根螺杆的旋转进行搅拌和混炼，然后进行挤出，制造纤维增强树脂材料的方法。另外，日本特开2015-039879中也公开了通过将热塑性树脂和增强纤维进行混炼、挤出从而制造纤维增强树脂材料的制造方法。
技术实现思路
在该纤维增强树脂材料的制造方法中，为了谋求其物性的提高，可以考虑通过减少双轴挤出机的螺杆的转速、或者采用设计为搅拌力小的螺杆来增加增强纤维的纤维长度的方法。然而，在为了增加增强纤维的纤维长度而减少螺杆的转速等的情况下，施加到增强纤维的能量变小，会产生增强纤维分散不良(增强纤维的凝集)。而且，由该增强纤维的分散不良引起热塑性树脂和增强纤维的界面减少，会导致所制造的纤维增强树脂材料的机械物性(机械性质)下降。另一方面，如果为了谋求增强纤维的分散提高而增加双轴挤出机的螺杆的转速、或者采用设计为搅拌力大的螺杆，增大施加到增强纤维的能量，则该情况下增强纤维的纤维长度变短，结果增强纤维的强度利用率下降，还是会导致所制造的纤维增强树脂材料的机械物性下降。因此，在该
中，迫切期望开发下述纤维增强树脂材料的制造方法和制造装置：在制造向热塑性树脂中混合增强纤维而形成的纤维增强树脂材料时，维持增强纤维的纤维长度，并且将增强纤维均匀地分散在热塑性树脂内，从而能够制造具有优异的机械物性的纤维增强树脂材料。本专利技术提供纤维增强树脂材料的制造方法和制造装置，其能够维持增强纤维的纤维长度，并且使增强纤维均匀地分散在热塑性树脂内，能够制造具有优异的机械物性的纤维增强树脂材料。本专利技术的第1方案涉及一种纤维增强树脂材料的制造方法，其具备：第1步骤，使热塑性树脂熔融并与增强纤维进行混炼，制作混炼材料；第2步骤，在密封空间中收纳所述混炼材料，向该密封空间内供给超临界流体，使形成该混炼材料的所述增强纤维的内部含浸熔融了的所述热塑性树脂，制作包含该超临界流体的增强纤维含浸材料；第3步骤，将所述增强纤维含浸材料取出至所述密封空间外，置于减压气氛下，使所述超临界流体发泡，制造纤维增强树脂材料。本专利技术的制造方法的特征之一在于，将熔融了的热塑性树脂与增强纤维的混炼材料收纳在密封空间中，向该密封空间内供给超临界流体。在本说明书中，所谓“超临界流体”，是指兼具作为气体性质的扩散性和作为液体性质的熔融性的流体，可举出氮气(临界温度Tc＝-147℃，临界压力Pc＝3.4MPa)、二氧化碳(临界温度Tc＝约31℃，临界压力Pc＝约7.4MPa)等。通过将兼具作为气体的扩散性和作为液体的熔融性的超临界流体提供给熔融了的热塑性树脂，从而能够容易地使热塑性树脂含浸于例如千～数万根增强纤维的束内。由于超临界流体存在于熔融树脂的各分子链间，还可以期待减少热塑性树脂的分子链间的摩擦、使挤出增强纤维含浸材料的挤出机内的热塑性树脂的熔融粘度降低的效果，这能够促进热塑性树脂向增强纤维束内的含浸。此外，本专利技术的制造方法的另一特征在于，使形成混炼材料的增强纤维的内部含浸熔融了的热塑性树脂，制作包含超临界流体的增强纤维含浸材料，将该增强纤维含浸材料取出至密封空间外，置于减压气氛下，使所述超临界流体发泡。通过将包含超临界流体的增强纤维含浸材料取出至密封空间外并置于减压气氛下，能够使超临界流体发泡(气化)，将增强纤维解束从而使其分散在热塑性树脂内。另外，所谓“减压气氛下”，是指相对于高压的密封空间内相对减压了的气氛，例如大气压气氛等也包含在“减压气氛”内。由此，通过向收纳了混炼材料的密封空间供给超临界流体，进而将在密封空间中制作出的包含超临界流体的增强纤维含浸材料取出至密封空间外并置于减压气氛下，能够在增强纤维的束内含浸热塑性树脂，使增强纤维分散在热塑性树脂内，由此使热塑性树脂与增强纤维的界面增加，制造具有优异的机械物性的纤维增强树脂材料。在此，作为所使用的热塑性树脂，可以不受结晶性、非晶性约束地使用各种各样的热塑性树脂，作为代表例，可举出聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、尼龙(PA：尼龙6、尼龙66)等。此外，作为所使用的增强纤维，可举出陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维等无机纤维、金属纤维、有机纤维中的任一种或两种以上的混合材料。此外，在所述第3步骤中，可以使所述超临界流体发泡并且切断所述增强纤维，制造所述纤维增强树脂材料。在第3步骤中，通过利用例如剪切力(或搅拌力)高的捏合螺杆等切断机切断增强纤维，从而在增强纤维内充分含浸了热塑性树脂的状态下施加剪切力，因此从热塑性树脂传递到增强纤维的剪切力在整个区域尽可能地变均匀，能够抑制或消除增强纤维的纤维长度的不均匀。在此，切断增强纤维的方法可以考虑各种方法。除了利用捏合螺杆机械地切断以外，有通过添加对增强纤维带来损伤的酸而进行的切断、通过螺杆的旋转力经由树脂传递到增强纤维而进行切断的方法等。此外，本专利技术的第2方案涉及一种纤维增强树脂材料的制造装置，其具备：使热塑性树脂熔融的熔融部；向熔融了的热塑性树脂供给增强纤维并进行混炼的混炼部；向由热塑性树脂和增强纤维制成的混炼材料供给超临界流体的密封空间；以及将由混炼材料和超临界流体制成的增强纤维含浸材料置于减压气氛下的减压部。熔融部例如可以由双轴挤出机构成，例如颗粒状的热塑性树脂被投入到构成熔融部的双轴挤出机，该情况下例如一边利用全螺纹螺杆进行旋转一边进行熔融并向混炼部输送。混炼部例如也可以由另外的双轴挤出机构成，对送来的熔融状态的热塑性树脂提供增强纤维，一边利用全螺纹螺杆进行旋转一边制作热塑性树脂与增强纤维的混炼材料。而且，例如在构成混炼部的双轴挤出机的中途位置设置有密封空间，对送至该密封空间的混炼材料供给超临界流体。在此，所谓“密封空间”，如字面意思，是通过密封而密闭的空间，为了保持超临界流体的超临界状态，需要将空间内保持为高压，因此设为密封空间。作为该密封空间的密封机构，可举出密封环、反向捏合盘螺杆、反向全螺纹螺杆、闸阀等拦截双轴挤出机内材料的流动，使密封空间内的材料填充率上升的适当的机构。通过向密封空间内提供超临界流体，能够使超临界流体充分地扩散和浸透到热塑性树脂内，进而在超临界流体与热塑性树脂一起含浸在增强纤维的束内之前抑制由双轴挤出机内的降压导致的超临界流体的发泡、挥发。在密封空间的下游侧配设有将由混炼材料和超临界流体制成的增强纤维含浸材料置于减压气氛下的减压部。该减压部是位于高压密封空间的外侧的区域，是高压状态自然减压的区域，不必须要求使用某种减压手段积极地减压(可以是大气压气氛的区域)。将包含超临界流体的增强纤维含浸材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维增强树脂材料的制造方法，包括第1步骤，在所述第1步骤中，使热塑性树脂熔融并与增强纤维进行混炼，制作混炼材料，所述制造方法的特征在于，还包括第2步骤和第3步骤，在所述第2步骤中，在密封空间中收纳所述混炼材料，向该密封空间内供给超临界流体，使形成该混炼材料的所述增强纤维的内部含浸熔融了的所述热塑性树脂，制作包含该超临界流体的增强纤维含浸材料，在所述第3步骤中，将所述增强纤维含浸材料取出至所述密封空间外，置于减压气氛下，使所述超临界流体发泡，制造纤维增强树脂材料。

【技术特征摘要】
2016.03.18 JP 2016-0547261.一种纤维增强树脂材料的制造方法，包括第1步骤，在所述第1步骤中，使热塑性树脂熔融并与增强纤维进行混炼，制作混炼材料，所述制造方法的特征在于，还包括第2步骤和第3步骤，在所述第2步骤中，在密封空间中收纳所述混炼材料，向该密封空间内供给超临界流体，使形成该混炼材料的所述增强纤维的内部含浸熔融了的所述热塑性树脂，制作包含该超临界流体的增强纤维含浸材料，在所述第3步骤中，将所述增强纤维含浸材料取出至所述密封空间外，置于减压气氛下，使所述超临界流体发泡，制造纤维增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：小田哲也，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP