注塑成型装置制造方法
【专利摘要】本发明提供能够抑制强化纤维的过度折损的注塑成型装置。注塑成型装置（1）具备：加热槽（30），其用微波加热器（32）加热长丝碳纤维聚集体（S）；注塑缸（10），其被供给热可塑性树脂以及加热后的长丝碳纤维聚集体；熔融螺杆部（21），其以能够旋转的方式配设于注塑缸内并且压缩、混合热可塑性树脂；分散输送螺杆部（22），其配设于注塑缸内且以与熔融螺杆部一体旋转的方式与熔融螺杆部的前端连接并且使长丝碳纤维聚集体分丝；主料斗（51），其将热可塑性树脂供给至注塑缸与熔融螺杆之间的空间内；以及副料斗（52），其将长丝碳纤维聚集体供给至注塑缸与分散输送螺杆部之间的空间内。另外，分散输送螺杆部是无压缩螺杆。
【专利说明】注塑成型装置
【技术领域】[0001 ] 本发明涉及注塑成型装置。
【背景技术】
[0002]为了提高树脂注塑成型品的强度，开发了对含有碳纤维、玻璃纤维等强化纤维的熔融树脂注塑成型的技术。
[0003]专利文献I公示了使用双轴挤出机在将线束状的强化纤维(用胶结剂结合多个强化纤维后的强化纤维聚集体)和热可塑性树脂混合之后将混合物供给至注塑缸来进行注塑成型的注塑成型装置。根据该注塑成型装置，在双轴挤出机内不仅添加有线束状的强化纤维和热可塑性树脂，还添加有纵横比为I~5、平均粒径为?ομπι以下的粒状固态物。由于粒状固态物发挥润滑剂的作用，从而能够抑制强化纤维在双轴挤出机内以及注塑缸内过度折损。
[0004]专利文献2公示了构成为用热风等预先加热含有强化纤维和树脂的复合成型材料(纤维强化粒料)之后进行注塑成型的注塑成型装置。纤维强化粒料由于预先加热而软化，因此能够抑制纤维强化粒料中的强化纤维的折损。
[0005]专利文献1:日本特开2009-242616号公报
[0006]专利文献2:日本特开2003-181877号公报
[0007]图7是表示树脂中含有的强化纤维的纤维长、与含有该强化纤维的树脂成型材料的材料特性(刚性、强度、耐冲击性能)之间的关系的图表。在图7中，横轴表示强化纤维的纤维长，纵轴表示树脂成型材料的材料特性的大小。如图7所示，可知，强化纤维的纤维长越长，刚性(modulus)、强度(strength)、耐冲击性能(impact resistance)之类的材料特性越提闻。
[0008]在注塑缸内使用具有通常的压缩比(压缩比=2.0~4.0)的全螺纹螺杆来混合含有强化纤维的树脂的情况下，强化纤维由于作用于通过全螺纹螺杆与注塑缸之间的间隙的强化纤维的剪切力而过度折损。例如，在被供给至注塑缸之前的强化纤维的长度(纤维长)为10_的情况下，所注塑的树脂中所含有的强化纤维的纤维长为I~2_。通过改良螺杆的压缩比、槽深度等螺杆设计、或者添加如上述专利文献I所述那样的润滑性固态粒子、进行如上述专利文献2所述那样的预先加热等，来多少改善强化纤维的折损程度。但是，由于因螺杆的旋转引起的剪切力对强化纤维的折损造成很大影响，所以即使实施上述那样的改善对策，也只不过将纤维长最多延伸2~3_左右。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于，提供构成为能够抑制树脂中所含有的强化纤维在注塑成型时过度折损的注塑成型装置。
[0010]本发明提供一种注塑成型装置，该注塑成型装置具备:加热装置，其加热通过胶结剂结合多个强化纤维而成的强化纤维聚集体；注塑缸，其被供给热可塑性树脂以及被上述加热装置加热后的强化纤维聚集体；第一螺杆，其以能够旋转的方式配设于上述注塑缸内并且在上述注塑缸内压缩且混合被供给至上述注塑缸内的热可塑性树脂；第二螺杆，其配设于上述注塑缸内且以与上述第一螺杆一体旋转的方式与上述第一螺杆的前端连接并且使被供给至上述注塑缸内的强化纤维聚集体分丝且使分丝后的强化纤维分散于热可塑性树脂中；树脂供给部，其将热可塑性树脂供给至上述注塑缸内的、与上述第一螺杆之间的空间内；以及强化纤维供给部，其将被上述加热装置加热后的强化纤维聚集体供给至上述注塑缸内的、与上述第二螺杆之间的空间内，上述第二螺杆是具有不会因由于上述第二螺杆在上述注塑缸内旋转而作用于强化纤维的剪切力引起强化纤维过度折损的低压缩比的低压缩螺杆或无压缩螺杆。在该情况下，优选为使用不同的料斗将热可塑性树脂与被加热装置加热后的强化纤维聚集体从注塑缸的不同位置供给至注塑缸内。
[0011]根据本发明，能够将来自树脂供给部的热可塑性树脂、来自强化纤维供给部的加热后的强化纤维聚集体分别供给至注塑缸内。从树脂供给部被供给至注塑缸内的热可塑性树脂被第一螺杆在注塑缸内压缩、混合，并且由于施加于注塑缸的热而熔融。而且，将熔融状态下的热可塑性树脂从第一螺杆送至第二螺杆。另一方面，从强化纤维供给部被供给至注塑缸内的强化纤维聚集体由于与第一螺杆的前端连接的第二螺杆而分丝(解束)，并且分散于从第一螺杆输送来的熔融的热可塑性树脂中。此处，被供给至注塑缸的强化纤维聚集体已被加热装置加热。结合强化纤维彼此的胶结剂由于该加热也被加热。胶结剂通常由树脂形成，由于加热而软化、熔融。因此，由于胶结剂因加热而产生的软化、熔融，已弱化了被供给至注塑缸的强化纤维聚集体中的强化纤维彼此的结合力。因此，由于受到第二螺杆的旋转力，而使强化纤维聚集体容易地被分丝。另外，分丝后的各强化纤维仅通过第二螺杆。由于第二螺杆在注塑缸内旋转，从而剪切力作用于通过第二螺杆与注塑缸之间的间隙(特别是注塑缸的内壁与第二螺杆的叶片的外周壁之间的间隙)的强化纤维。在本发明中，第二螺杆是低压缩螺杆或无压缩螺杆，在第二螺杆在注塑缸内旋转的情况下，作用于强化纤维的剪切力较小。因此，即使剪切力作用于强化纤维，强化纤维也不会过度折损。因此，能够抑制所注塑的树脂中所含有的强化纤维的过度折损。这样，根据本发明，能够提供构成为能够抑制在注塑成型时树脂中所含有的强化纤维的过度折损的注塑成型装置。
[0012]在上述发明中，“强化纤维的过度折损”是指被供给至注塑缸内的强化纤维的长度折损为不足初期长度(被供给至注塑缸时的长度)的40%的长度的情况。例如，定义为，在被供给至注塑缸内之前的强化纤维的长度为IOmm而从注塑缸射出的树脂中的强化纤维的长度不足4_的情况下，由于螺杆在注塑缸内旋转而作用于强化纤维的剪切力而产生“强化纤维的过度折损”。
[0013]另外，在上述实施方式中，无压缩螺杆是指压缩比为1.0的螺杆。低压缩螺杆是指压缩比接近1.0的螺杆。本发明中的第二螺杆的压缩比是低至不会因由于第二螺杆在注塑缸内旋转产生的剪切力作用于通过注塑缸与第二螺杆之间的间隙的强化纤维而被过度折损程度的压缩比。在该情况下，优选第二螺杆的压缩比为1.0?2.0。即，优选为第二螺杆的压缩比为2.0以下。如果压缩比为2.0以下，那么作用于通过注塑缸与第二螺杆之间的强化纤维的剪切力较小，因此，强化纤维不会过度折损。
[0014]优选为第二螺杆的L/D为强化纤维充分分散于熔融树脂中并且强化纤维不会过度折损的大小的值。优选为第二螺杆的L/D为10?15。若L/D不足10，则强化纤维未充分混合(分散)于熔融树脂中。另一方面，在L/D比15大的情况下，由于强化纤维通过注塑缸与第二螺杆之间的时间较长，所以有强化纤维在混合过程中过度折损的危险。
[0015]强化纤维聚集体是通过胶结剂(收束剂)结合多个强化纤维并将它们集束的强化纤维的聚集体。在该情况下，优选为被供给至注塑缸的强化纤维聚集体是沿强化纤维的长边方向被切断为规定长度的短切原丝状的强化纤维聚集体。例如也可以是长度为IOmm左右的短切原丝状(chopped strands)的强化纤维聚集体。另外，被加热装置加热的强化纤维聚集体可以是上述短切原丝状的强化纤维聚集体，也可以是通过胶结剂结合多个非常长的强化纤维而成的束状(roving)材料。优选为在为束状材料的情况下，在加热后将束状材料切断为规定长度而将其成型为短切原丝状的强化纤维聚集体，并将这样成型后的短切原丝状的强化纤维聚集体供给至注塑缸。
[0016]虽然加热装置只要是能够加热强化纤维聚集体的装置则可以是采用任意加热方法的装置，但优选为能够以短时间加热强化纤维聚集体的加热装置。特别优选使用如下的电磁波加热装置，即，输出有强化纤维聚集体中的强化纤维以及/或者胶结剂会吸收的波长的电磁波，并且通过使强化纤维聚集体中的强化纤维以及/或者胶结剂吸收电磁波来瞬间加热强化纤维聚集体的电磁波加热装置。能够根据所使用的强化纤维聚集体、胶结剂的材料特性来决定从电磁波加热装置输出的电磁波的波长。例如在使用通过胶结剂结合多个长丝碳纤维后的强化纤维聚集体的情况下，优选使用输出300MHz?3THz的频率(波长Im?100 μ m)的微波的微波加热器。加热装置也可以加热强化纤维聚集体中的强化纤维。在该情况下，通过将强化纤维的热传递至胶结剂，来加热胶结剂。另外，也可以直接加热结合强化纤维彼此的胶结剂。例如在胶结剂由带有极性的物质形成的情况下，可以使用输出带有能够加热胶结剂的频率的电磁波的电磁波加热装置。
[0017]本发明提供一种注塑成型装置，该注塑成型装置具备:选择性加热装置，其选择性地加热热可塑性树脂中含有多个强化纤维的纤维强化粒料中的上述强化纤维；注塑缸，其被供给被上述选择性加热装置加热后的上述纤维强化粒料；以及注塑螺杆，其以能够旋转的方式配设于上述注塑缸内并且混合被供给至上述注塑缸内的上述纤维强化粒料，上述注塑螺杆是具有不会因由于上述注塑螺杆在上述注塑缸内旋转而作用于强化纤维的剪切力弓I起强化纤维过度折损的低压缩比的低压缩螺杆或无压缩螺杆。
[0018]根据上述发明，用选择性加热装置选择性地加热在热可塑性树脂中含有多个强化纤维的纤维强化粒料中的强化纤维。由于将加热后的强化纤维的热传递至树脂部分，从而树脂部分被加热且熔融。由于来自强化纤维的热快速地传递至构成纤维强化粒料的内侧部分(中央部)的树脂，所以在该部分软化的进行较快。但是，由于热难以传递至构成纤维强化粒料的外侧部分(表面部)的树脂，所以在该部分软化的进行较慢。因此，虽然被选择性加热装置加热后的纤维强化粒料的内部处于熔融状态，但是外部(表面)处于未熔融状态。
[0019]如上所述的内部熔融状态下的纤维强化粒料被供给至注塑缸内。此时，由于纤维强化粒料处于构成该纤维强化粒料的外侧部分的树脂未熔融的固化状态，所以不会粘于向注塑缸供给的供给口地顺利地被供给至注塑缸内。被供给的纤维强化粒料在注塑缸内通过注塑螺杆被混合。由于注塑螺杆是低压缩螺杆或无压缩螺杆，所以与通常的螺杆相比较在混合性能上较差，但是由于纤维强化粒料的内部已经处于熔融状态，所以即使在使用低压缩螺杆或无压缩螺杆的情况下，也能够充分混合树脂。混合后的树脂由于来自注塑缸的热而充分熔融，同时强化树脂均匀地被分散于树脂中。另外，由于注塑螺杆是低压缩螺杆或无压缩螺杆，所以由于注塑螺杆在注塑缸内旋转而作用于通过注塑螺杆与注塑缸之间的强化纤维的剪切力比较小。因此，能够抑制强化纤维过度折损的情况。
[0020]优选为注塑螺杆的压缩比为1.0~2.0。即，优选为注塑螺杆的压缩比为2.0以下。只要压缩比为2以下，那么作用于通过注塑缸与注塑螺杆之间的强化纤维的剪切力较小，因此强化纤维不会被过度折损。另外，优选为注塑螺杆的L/D为15~20。若L/D为15以下，则强化纤维不会充分混合(分散)于树脂中。另一方面，在L/D为比20大的情况下，由于被施加剪切力的时间较长，所以有强化纤维在混合过程中过度折损的危险。
[0021]选择性加热装置是能够选择性地加热纤维强化粒料中的强化纤维的装置，即只要是加热纤维强化粒料中的强化纤维且不会加热树脂的装置，则可以是采用任意加热方法的装置，但优选为能够以短时间加热强化纤维的加热装置。特别优选为采用如下电磁波加热装置，即，输出有纤维强化粒料中的强化纤维会吸收的波长的电磁波，并且通过使强化纤维吸收电磁波来选择性地且瞬间地加热强化纤维的电磁波加热装置。能够根据所使用的强化纤维来决定从电磁波加热装置输出的电磁波的波长。例如在强化纤维是碳纤维的情况下，优选使用输出300MHz~3THz的频率(波长Im~100 μ m)的微波的微波加热器。反言之，优选使用被选择性加热装置选择性地加热的强化纤维。另外，在通过胶结剂结合纤维强化粒料中的多个强化纤维的情况下，使胶结剂也包含于强化纤维中。即，加热装置也可以选择性地加热结合有多个强化纤维的胶结剂。
[0022]在该情况下，优选为纤维强化粒料中的树脂成分是无极性的。特别优选为纤维强化粒料中的树脂的主成分是聚丙烯(PP)。由于PP树脂是无极性的，所以难以被电磁波加热装置加热。因此，能够使用电磁波加热装置选择性地加热纤维强化粒料中的强化纤维(例如长丝碳纤维)。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示第一实施方式的注塑成型装置的简图。
[0024]图2是表示二段螺杆的一个例子的侧视图。
[0025]图3是表示加热槽的内部结构的简图。
[0026]图4是表示用微波加热器加热束状的长丝碳纤维聚集体的例子的图。
[0027]图5是表示第二实施方式的注塑成型装置的简图。
[0028图6是示意地表示长丝碳纤维强化粒料RF的图。
[0029]图7是表示包含于树脂中的强化纤维的纤维长、与含有该强化纤维的树脂成型材料的材料特性(刚性、强度、耐冲击性能)之间的关系的图表。
[0030]附图标记说明:
[0031]1、2…注塑成型装置；10、60…注塑缸；20…二段螺杆；21…熔融螺杆部(第一螺杆)；21a…供给部；21b…压缩部；21c…计量部；22…分散输送螺杆部(第二螺杆)；30、80…加热槽;32、82…微波加热器(加热装置);33、83…传送带；35…切断装置；41…驱动单元；51…主料斗(树脂供给部)；52…副料斗(强化纤维供给部)；53…短切原丝供给料斗；54…主料斗；70…注塑螺杆；S、L...长丝碳纤维聚集体；R…树脂粒料；RF…长丝碳纤维强化粒料；RE…树脂部长丝碳纤维。【具体实施方式】
[0032](第一实施方式)
[0033]以下，参照附图对本发明的第一实施方式进行说明。图1是表示本实施方式的注塑成型装置的简图。如图1所示，本实施方式的注塑成型装置I具备注塑缸10、在注塑缸10内配设的二段螺杆20、以及加热槽30。此外，在图1中省略了合模装置、注塑缸10的加热源、动作控制装置、以及温度控制装置等。
[0034]注塑缸10构成为朝向规定的轴向延伸，并且在其内部形成有圆柱状的空间。在注塑缸10的前端(在图1中为左端)安装有喷嘴11，注塑缸10内的熔融树脂从该喷嘴11朝向金属模MO注塑。所注塑的熔融树脂填充于金属模MO内的母模。此外，在注塑缸10的外周安装有未图示的加热源，通过使该加热源工作来加热注塑缸10，由此能够将注塑缸10内的熔融树脂的温度设定为所希望的温度。
[0035]二段螺杆20以能够沿注塑缸10的轴向旋转的方式配设于注塑缸10内。在二段螺杆20的后端(在图1中为右端)连接有驱动单元41。驱动单元41例如具备电动马达,产生用于使二段螺杆20绕轴旋转的驱动力。
[0036]图2是表示二段螺杆20的一个例子的侧视图。如图2所示，二段螺杆20具备熔融螺杆部(第一螺杆)21和分散输送螺杆部(第二螺杆)22。分散输送螺杆部22与熔融螺杆部21的前端(在图2中为左端)连接。熔融螺杆部21的后端(在图2中为右端)与驱动单元41连接。此外，熔融螺杆部21与分散输送螺杆部22可以成型为一体，也可以彼此分别制作之后进行组装。
[0037]作为熔融螺杆部21，在本实施方式中使用通常的全螺纹螺杆。在熔融螺杆部21，从其后端到前端形成有供给部(供给区:Feed zone) 21a、压缩部(压缩区:Compressionzone)21b、以及计量部(计量区:Metering zone)21c。供给部21a位于压缩部21b的后方，压缩部21b位于计量部21c的后方。在本实施方式中，熔融螺杆部21的压缩比为2.0?
4.0, L/D 为 16 ?25。
[0038]如上所述，分散输送螺杆部22的后端与熔融螺杆部21的前端连接，分散输送螺杆部22与熔融螺杆部21同轴配置,并且与熔融螺杆部21 —体地旋转。在本实施方式中，分散输送螺杆部22的压缩比为1.0。S卩，分散输送螺杆部22是无压缩螺杆。另外，分散输送螺杆部22的L/D为10?15。分散输送螺杆部22也可以是压缩比为2.0以下的低压缩螺杆。
[0039]如图1所示，在注塑缸10的上部配设有主料斗(树脂供给部)51以及副料斗(强化纤维供给部)52。副料斗52相对于注塑缸10配设的配设位置是比主料斗51相对于注塑缸10配设的配设位置靠前方的前方(在图1中为左方)位置。在两料斗51、52形成有上部开口以及下部开口，料斗51、52内的空间通过下部开口与注塑缸10内的空间连通。从主料斗51的上部开口投入热可塑性树脂的粒料(以下为树脂粒料)R。在本实施方式中，树脂粒料R的主成分为聚丙烯(PP)树脂。
[0040]在副料斗52的图1中上方配设有加热槽30。在该加热槽30连接有副料斗52以及短切原丝供给料斗53。副料斗52的内部空间通过副料斗52的上部开口与加热槽30连通。另外，在短切原丝供给料斗53形成有上部开口以及下部开口，从而短切原丝供给料斗53的内部空间通过下部开口与加热槽30内连通。从短切原丝供给料斗53的上部开口供给短切原丝状的长丝碳纤维(强化纤维)的聚集体(以下称为长丝碳纤维聚集体S)。“短切原丝状的长丝碳纤维的聚集体”是指通过胶结剂(施胶剂)结合直径非常微小(例如7 μ m)以及规定长度(例如IOmm)的多个长丝碳纤维而形成的长丝碳纤维的聚集体。在本实施方式中，使用通过胶结剂结合并集束约12000?24000根长丝碳纤维而成的短切原丝状的长丝碳纤维聚集体S。该长丝碳纤维聚集体S的宽度约为IOmm左右，并且各长丝碳纤维的纤维长约为IOmm左右。将这种长丝碳纤维聚集体S投入短切原丝供给料斗53。
[0041]图3是表示加热槽30的内部结构的简图。如图3所示，加热槽30具备在内部形成有空间的壳体31、设于壳体31内的微波加热器(加热装置)32以及传送带33。在壳体31的上壁的图3中的靠右部分形成有开口 31a，该开口 31a与短切原丝供给料斗53的下部开口连接。另外，在壳体31的下壁的图3中的靠左的部分形成有开口 31b，该开口 31b与副料斗52的上部开口连接。
[0042]微波加热器32安装于壳体31的上壁，朝向下方输出(射出)规定波长的微波。在该微波加热器32的下方设有传送带33。传送带33具备在基台K上被支承为能够旋转的驱动带轮33a以及从动带轮33b、以及卷绕于驱动带轮33a和从动带轮33b的输送带33c。驱动带轮33a与未图示的驱动装置连接，并且驱动带轮33a由于驱动装置的驱动而旋转。输送带33c由于驱动带轮33a的旋转而绕图3中的逆时针旋转。载置于输送带33c的上侧部分的输送物伴随着输送带33c的旋转而被输送。
[0043]接下来，针对使用了上述结构的注塑成型装置I的注塑成型方法进行说明。
[0044]首先，使安装于注塑缸10的外周的未图示的加热源工作，来将注塑缸10内的温度加热到所希望的温度。另外，驱动加热槽30内的传送带33。
[0045]另外，将多个树脂粒料R投入主料斗51，并且将多个长丝碳纤维聚集体S投入短切原丝供给料斗53。将被投入主料斗51的树脂粒料R供给至注塑缸10内。此处，如图1较好地所示，主料斗51的下部开口面向在注塑缸10内配置的二段螺杆20的熔融螺杆部21的供给部21a。因此，树脂粒料R被供给至注塑缸10与供给部21a之间的空间。被供给至注塑缸10与供给部21a之间的空间的树脂粒料R由于热而熔融。另外，二段螺杆20由于驱动单元41的驱动而旋转，从而树脂粒料R向熔融螺杆部21的前侧(在图1中为左侧)移动。然后，被导入压缩部21b，并在此处被压缩、混合。接着，将熔融树脂从压缩部21b导入计量部21c。然后,从计量部21c被输送至分散输送螺杆部22。
[0046]将被投入短切原丝供给料斗53的长丝碳纤维聚集体S从短切原丝供给料斗53的下部开口供给至加热槽30。如图3较好地所示，短切原丝供给料斗53的下部开口面向传送带33的输送带33c的上侧部分。因此，被供给至加热槽30内的长丝碳纤维聚集体S落在输送带33c上，并且被输送带33c输送。
[0047]微波从微波加热器32被输出至被输送带33c输送的长丝碳纤维聚集体S。在本实施方式中，微波加热器32向图3中的下方射出(注塑)长丝碳纤维聚集体S中的长丝碳纤维能够吸收的波长Im?100 μ m(频率:300MHz?3THz)的电磁波。长丝碳纤维聚集体S中的长丝碳纤维由于吸收从微波加热器32输出的微波而被瞬间加热。即，长丝碳纤维聚集体S一边被传送带33输送(一边移动)一边被加热。通过加热长丝碳纤维聚集体S中的长丝碳纤维，从而将该热传递至结合了多个长丝碳纤维的胶结剂。由此加热胶结剂。或者，也可以构成为，在通过带有极性的树脂来形成长丝碳纤维聚集体S中的胶结剂的情况下，微波加热器32将带有胶结剂能够吸收的波长的电磁波照射到长丝碳纤维聚集体S。在该情况下，胶结剂本身通过吸收微波被加热。
[0048]长丝碳纤维聚集体S中的胶结剂被加热而软化、熔融。由于胶结剂的软化、熔融，而能够弱化各长丝碳纤维彼此的结合力。这样，弱化了长丝碳纤维彼此的结合力后的长丝碳纤维聚集体S被传送带33输送，并不久之后从传送带33落下。在从传送带33落下的落下地点的正下方设置副料斗52。因此，长丝碳纤维聚集体S从副料斗52的上部开口被投入至副料斗52。
[0049]将被投入副料斗52的长丝碳纤维聚集体S从副料斗52的下部开口供给至注塑缸10内。此处，从图3可知，副料斗52的下部开口面向在注塑缸10内配设的二段螺杆20的分散输送螺杆部22的后端部附近(靠近熔融螺杆部21的部分)。因此，能够将长丝碳纤维聚集体S供给至注塑缸10与分散输送螺杆部22之间的空间。
[0050]被供给至注塑缸10与分散输送螺杆部22之间的空间的长丝碳纤维聚集体S由于分散输送螺杆部22的旋转力而分丝。如上所述，长丝碳纤维聚集体S中的胶结剂通由于加热而软化、熔融，从而弱化了长丝碳纤维聚集体S的各长丝碳纤维的结合力。因此，只要通过分散输送螺杆部22的旋转对长丝碳纤维聚集体S施加微小的力，便能够容易地使长丝碳纤维聚集体S分丝。将被分丝后的长丝碳纤维混合到从熔融螺杆部21被输送至分散输送螺杆部22的熔融树脂，并且分散于熔融树脂中。
[0051]被供给至注塑缸10的长丝碳纤维聚集体S仅通过二段螺杆20中的分散输送螺杆部22。由于该分散输送螺杆部22是压缩比为1.0的无压缩螺杆，所以在含有长丝碳纤维的熔融树脂通过注塑缸10与分散输送螺杆部22之间的间隙时作用于熔融树脂以及长丝碳纤维的剪切力较小。因此，能够尽量抑制由剪切力引起的长丝碳纤维的切断。即，能够抑制长丝碳纤维的过度折损。这样，从喷嘴11注塑含有抑制了过度折损的比较长的长丝碳纤维的熔融树脂。
[0052]从喷嘴11射出的熔融树脂(漏出树脂)中取出长丝碳纤维，并测量其长度，其平均长度为8.5mm。此外，使长丝碳纤维的配合量为40wt%。因为被供给至注塑缸10之前的长丝碳纤维的纤维长(即，构成长丝碳纤维聚集体S的长丝碳纤维的纤维长)约为10mm，所以漏出树脂中的长丝碳纤维的纤维长相对于被供给至注塑缸10之前的长丝碳纤维的纤维长的比率(纤维长比率)约为85%。另外，为了比较，在使用相同的树脂粒料(聚丙烯树脂)以及长丝碳纤维聚集体S并且使用通常的全螺纹螺杆来将长丝碳纤维聚集体S与树脂粒料一起从主料斗供给至注塑缸10内的情况下，漏出树脂中的长丝碳纤维的平均长度为1.4mm。因此，该情况下纤维长比率约为14%。从中可知，通过使用本实施方式的注塑成型装置1，能够注塑含有远长于现有的长丝碳纤维的长度的长丝碳纤维的熔融树脂。
[0053](变形例)
[0054]虽然在上述第一实施方式中示出了用微波加热器32加热短切原丝状的长丝碳纤维聚集体S的例子，但是也可以构成为加热束状的长丝碳纤维聚集体。图4是表示用微波加热器32加热束状的长丝碳纤维聚集体L的例子的图。在该情况下，加热槽30'具备壳体31、微波加热器32、各输送用辊34、以及切断装置35。长丝碳纤维聚集体L从线圈36被供给至加热槽30'内。[0055]将被供给至加热槽301内的长丝碳纤维聚集体L被在壳体31内的适当位置安装的输送用辊34引导而供给至切断装置35。另外，在将长丝碳纤维聚集体L供给至切断装置35之前的期间，通过在壳体31内配设的微波加热器32瞬间加热长丝碳纤维聚集体L中的长丝碳纤维。伴随着加热长丝碳纤维，该热传递至长丝碳纤维聚集体L中的胶结剂而还加热胶结剂，从而胶结剂软化、熔融。由于胶结剂的软化、熔融，而被弱化了长丝碳纤维彼此的结合力后的长丝碳纤维聚集体L被供给至切断装置35。
[0056]切断装置35具有切断刀具351和传送带352。被供给至切断装置35的长丝碳纤维聚集体L在传送带352上移动。而且，用切断刀具351将传送带352上的长丝碳纤维聚集体L切断为适当的长度。由此，成型出短切原丝状的长丝碳纤维聚集体S。成型后的长丝碳纤维聚集体S从传送带352朝向副料斗52落下。而且，与第一实施方式相同，从副料斗52被供给至注塑缸10内。
[0057]被供给至注塑缸10的长丝碳纤维聚集体S由于分散输送螺杆部22的旋转力而分丝。如上所述，长丝碳纤维聚集体S中的胶结剂由于在加热槽3(V内被加热而软化、熔融，从而弱化长丝碳纤维聚集体S的各长丝碳纤维的结合力。因此，只要通过分散输送螺杆部22的旋转对长丝碳纤维聚集体S施加微小的力，便能够容易地将长丝碳纤维聚集体S分丝。将分丝后的长丝碳纤维混合到从熔融螺杆部21被导入至分散输送螺杆部22的熔融树脂，并且分散于熔融树脂中。然后，从喷嘴11被射出。
[0058]如上所述，本实施方式的注塑成型装置I具备:微波加热器32，其加热通过胶结剂结合多个长丝碳纤维而成的长丝碳纤维聚集体；注塑缸10，其被供给热可塑性树脂以及用微波加热器32加热后的长丝碳纤维聚集体；熔融螺杆部21，其以能够旋转的方式配设于注塑缸10内并且在注塑缸10内压缩并混合被供给至注塑缸10内的热可塑性树脂；分散输送螺杆部22，其配设于注塑缸10内且以与熔融螺杆部21 —体旋转的方式与熔融螺杆部21的前端连接并且将被供给至注塑缸10内的长丝碳纤维聚集体分丝且使分丝后的长丝碳纤维分散于热可塑性树脂中；主料斗51，其将热可塑性树脂供给至注塑缸10内的、与熔融螺杆部21的供给部21a之间的空间内；以及副料斗52，其将被微波加热器32加热后的长丝碳纤维聚集体供给至注塑缸10内的、与分散输送螺杆部22之间的空间内。另外，分散输送螺杆部22是压缩比为1.0的无压缩螺杆。
[0059]根据本实施方式，将来自主料斗51的热可塑性树脂、来自副料斗52的加热后的长丝碳纤维聚集体分别供给至注塑缸10内。从主料斗51被供给至注塑缸10内的热可塑性树脂被熔融螺杆部21压缩、混合，并且由于通过加热源对注塑缸10施加的热而熔融。而且，将熔融状态下的热可塑性树脂从熔融螺杆部21输送至分散输送螺杆部22。另一方面，从副料斗52被供给至注塑缸10内的长丝碳纤维聚集体，由于与熔融螺杆部21的前端连接的分散输送螺杆部22而分丝(解束)，并且分散于从熔融螺杆部21输送来的熔融的热可塑性树脂中。此处，被供给至注塑缸10的长丝碳纤维聚集体已被微波加热器32加热。结合长丝碳纤维彼此的胶结剂由于该加热也被加热。胶结剂通常由树脂形成，由于加热而软化、熔融。因此，被供给至注塑缸10的长丝碳纤维聚集体S中的长丝碳纤维彼此的结合力由于胶结剂因加热而发生的软化、熔融而已被弱化。因此，由于受到分散输送螺纹部22的旋转力，从而能够使长丝碳纤维聚集体容易分丝。另外，分丝后的长丝碳纤维仅通过分散输送螺杆部22。虽然由于分散输送螺杆部22在注塑缸10内旋转，从而剪切力作用于通过与注塑缸10之间的间隙(特别是注塑缸10的内壁与分散输送螺杆部22的叶片的外周壁之间的间隙)的熔融树脂以及长丝碳纤维，但是由于分散输送螺杆部22是无压缩螺杆，所以剪切力比较小。因此，即使剪切力施加于长丝碳纤维，长丝碳纤维也不会过度折损。由此，能够抑制所注塑的树脂中所包含的长丝碳纤维的过度折损。
[0060]另外，分散输送螺杆部22的L/D为10?15，且比通常的全螺纹螺杆的L/D( 16?25)小。因此，能够防止强化纤维在混合过程中过度折损。
[0061](第二实施方式)
[0062]接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。图5是表示本实施方式的注塑成型装置的简图。如图5所示，本实施方式的注塑成型装置2具备注塑缸60、配设于注塑缸60内的注塑螺杆70、以及加热槽80。此外，在图5中，省略了合模装置、注塑缸60的加热源、动作控制装置、以及温度控制装置等。
[0063]注塑缸60构成为朝向规定的轴向延伸，并且在其内部形成有圆柱状的空间。在注塑缸60的前端(在图5中为左端)安装有喷嘴11，注塑缸60内的熔融树脂从该喷嘴11朝向金属模MO注塑。所注塑的熔融树脂填充于金属模MO内的母模。此外，在注塑缸60的外周安装有未图示的加热源，通过驱动该加热源能够将注塑缸60内的熔融树脂的温度设定为所希望的温度。
[0064]注塑螺杆70以能够沿注塑缸60的轴向旋转的方式配设于注塑缸60内。在注塑螺杆70的后端(在图5中为右端)连接有驱动单元41。驱动单元41例如具备电动马达,产生用于使注塑螺杆70绕轴旋转的驱动力。注塑螺杆70是无压缩螺杆(压缩比=1.0)，并且L/D为15?20。此外，注塑螺杆70也可以是压缩比为2.0以下的低压缩螺杆。
[0065]加热槽80具备在内部形成有空间的壳体81、微波加热器(选择性加热装置)82、以及传送带83。在壳体81连接有主料斗54以及连结管90。主料斗54具有上部开口以及下部开口，并且其下部开口与在壳体81的上壁的图5中的靠右的部分形成的开口 81a连接。连结管90也具有上部开口以及下部开口，并且其上部开口与在壳体31的下壁的图5中的靠左的部分形成的开口 81b连接。
[0066]将树脂中含有长丝碳纤维的树脂粒料(以下称为长丝碳纤维强化粒料)RF投入主料斗54。图6是示意地表示长丝碳纤维强化粒料RF的图，图6 (a)是立体图，图6 (b)是俯视图(上视图)。如图6所示，该长丝碳纤维强化粒料RF是具备圆柱状的树脂部RE和多个长丝碳纤维F的树脂-强化纤维复合体，其中，上述树脂部RE将聚丙烯树脂作为主成分，上述长丝碳纤维F埋入树脂部RE的内部。另外，从图6 (b)可知，长丝碳纤维F以密集于树脂部RE的内侧部分(在从俯视方向观察长丝碳纤维强化粒料RF的情况下的靠径向内侧的部分)的方式设于树脂部RE中。各长丝碳纤维F也可以以被胶结剂等结合后的状态埋入树脂部RE内。
[0067]微波加热器82以及传送带83配设于壳体81内。微波加热器82安装于壳体81的上壁，并朝向下方输出微波。在该微波加热器82的下方设有传送带83。传送带83具备在基台K上被支承为能够旋转的驱动带轮83a以及从动带轮83b、与卷绕于驱动带轮83a和从动带轮83b的输送带83c。在驱动带轮83a连接有未图示的驱动装置，驱动装置驱动驱动带轮83a旋转。输送带83c由于驱动带轮83a的旋转而在图5中绕逆时针旋转。伴随着输送带83c的旋转来输送载置于输送带83c的上侧部分的输送物。[0068]接下来，对使用了上述结构的注塑成型装置2的注塑成型方法进行说明。
[0069]首先，驱动安装于注塑缸60的外周的未图示的加热源，来将注塑缸60内的温度加热到所希望的温度。另外，驱动加热槽80内的传送带83。
[0070]另外，将长丝碳纤维强化粒料RF投入主料斗54。被投入主料斗54的长丝碳纤维强化粒料RF从主料斗54的下部开口被供给至加热槽80。如图5较好地所示，主料斗54的下部开口面向传送带83的输送带83c的上侧部分。因此，被供给至加热槽80内的长丝碳纤维强化粒料RF落在输送带83c上，被输送带83c输送。
[0071]从微波加热器82输出的微波照射到被输送带83c输送的长丝碳纤维强化粒料RF。在本实施方式中，微波加热器32向图5中的下方输出(照射)长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F会吸收的波长Im?100 μ m (频率:300MHz?3THz的频率)的电磁波。被埋入长丝碳纤维强化粒料RF的树脂部RE的长丝碳纤维F由于吸收从微波加热器32输出的微波而被瞬间加热。通过加热长丝碳纤维F，从而能够将该热传递至长丝碳纤维F的周围的树脂。由此，加热树脂部RE。另外，在用胶结剂等结合长丝碳纤维F的情况下，用来自长丝碳纤维F的热也加热胶结剂。
[0072]虽然通过微波加热器82来加热了长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F，但由不带极性的聚丙烯树脂构成的树脂部RE不被加热。即，微波加热器82选择性地加热长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F (或者胶结剂)。另外，由于长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F密集于树脂部RE的内侧附近(中央附近)，所以树脂部RE受到来自长丝碳纤维F的热而从其内侧发热。因此，虽然树脂部RE的内侧由于加热而软化、熔融，但是外侦U (表面侧)由于热传递较差而难以软化。因此，虽然长丝碳纤维强化粒料RF的内侧部分处于熔融状态，但是其外侧部分较硬。因此，长丝碳纤维强化粒料RF维持其形状不变地在传送带83上移动。另外，密集于树脂部RE的内侧附近的长丝碳纤维F在树脂部RE内移动，并均匀地扩展于树脂部RE中。
[0073]传送带83上的长丝碳纤维强化粒料RF不久之后从传送带83落下。在从传送带83落下的落下地点的正下方设置连结管90。因此，长丝碳纤维强化粒料RF被导入连结管90，并且经由该连结管90被供给至注塑缸60内。在该情况下，连结管90的下部开口面向注塑缸60内的注塑螺杆70的后端部附近。因此，长丝碳纤维强化粒料RF从连结管90被供给至注塑缸60内的空间且为注塑缸60与注塑螺杆70的后端部附近之间的空间。此时，由于长丝碳纤维强化粒料RF处于构成其外侧部分的树脂部RE未熔融的固化状态，所以能够以不会粘于注塑缸60的供给口的方式顺利地被供给至注塑缸60内。
[0074]被供给至注塑缸60内的长丝碳纤维强化粒料RF由于注塑螺杆70的旋转而被混合。此处，虽然注塑螺杆70是压缩比为1.0的无压缩螺杆，混合、压缩树脂的能力较小，但是由于在被供给至注塑螺杆70的时刻长丝碳纤维强化粒料RF的内侧部分软化、熔融，所以即使通过从这种无压缩螺杆亦即注塑螺杆70承受的旋转力也能够容易地混合长丝碳纤维强化粒料RF。而且，树脂由于来自注塑缸60的热而熔融，并且长丝碳纤维F均匀地分散于熔融树脂中。另外，在用胶结剂等结合长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F彼此的情况下，由于胶结剂也承受来自长丝碳纤维F的热而软化、熔融，所以能够弱化长丝碳纤维F彼此的结合力。因此，能够通过注塑螺杆70的旋转容易地将长丝碳纤维强化粒料RF内的长丝碳纤维F分丝。而且，分丝后的长丝碳纤维F均匀地分散于熔融树脂中。这样，从喷嘴11注塑含有均匀地分散后的长丝碳纤维F的熔融树脂。并且，注塑螺杆70是压缩比为1.0的无压缩螺杆，并且由于注塑螺杆70在注塑缸60内旋转而作用于通过注塑螺杆70与注塑缸60之间的熔融树脂以及长丝碳纤维的剪切力较小。因此，能够抑制分散于熔融树脂中的长丝碳纤维F由于剪切力而过度折损的情况。
[0075]如上所述，本实施方式的注塑成型装置2具备:微波加热器82，其选择性地加热以聚丙烯树脂作为主成份的树脂部RE中含有多个长丝碳纤维F的长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F ;注塑缸60，其被供给被微波加热器82加热后的长丝碳纤维强化粒料RF ；以及注塑螺杆70，其以能够旋转的方式配设于注塑缸60内并且混合被供给至注塑缸60内的长丝碳纤维强化粒料RF。另外，注塑螺杆70是压缩比为1.0的无压缩螺杆。
[0076]根据本实施方式，通过用微波加热器82选择性地加热在树脂部RE的内部埋入有多个长丝碳纤维F的长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F，能够以形成为内部熔融状态的方式加热长丝碳纤维强化粒料RF。另外，由于将内部熔融状态下的长丝碳纤维强化粒料RF供给至注塑缸60，所以即使注塑螺杆70是无压缩螺杆，也能够充分混合树脂，并且能够将长丝碳纤维F均匀分散于树脂中。另外，由于注塑缸70是无压缩螺杆，所以作用于熔融树脂以及长丝碳纤维的剪切力较小。因此，能够抑制长丝碳纤维F因剪切力而过度折损的情况。
[0077]以上，虽然对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明不限定于上述实施方式。例如，在上述第一实施方式中，分散输送螺杆部22是无压缩螺杆，但也可以是压缩比为1.0?2.0的范围的低压缩螺杆。只要是上述范围的压缩比，就能够抑制长丝碳纤维的过度折损。另外，在上述第二实施方式中，注塑螺杆70是无压缩螺杆，但是也可以是压缩比为
1.0?2.0的范围的低压缩螺杆。只要是上述范围的压缩比，就能够抑制长丝碳纤维的过度折损。
[0078]另外，在上述第一实施方式以及第二实施方式中，不出了一边用传送带33、38输送(移动)长丝碳纤维聚集体S —边对其加热的例子，但是也可以一边用除此之外的输送装置(例如转鼓式、螺杆式、混合式、流动干燥式)输送长丝碳纤维聚集体S —边对其加热。此外，确认了在第一实施方式中，在用微波加热器32加热长丝碳纤维聚集体S时，若长丝碳纤维聚集体S重叠，则会发生长丝碳纤维聚集体S彼此导通而产生火花、从而着火燃烧、进而在长丝碳纤维聚集体S产生烧损的情况。因此，在加热长丝碳纤维聚集体S时，优选长丝碳纤维聚集体S彼此以不重叠的方式隔开适当的间隔(例如10_左右的间隔)并一边移动各长丝碳纤维聚集体S —边对其加热。
[0079]另外，在上述实施方式中，示出了用微波加热器加热长丝碳纤维聚集体S、L的例子，但是只要是能够弱化长丝碳纤维聚集体S、L中的长丝碳纤维的结合力的加热方式，则可以是任意加热方式。例如也可以是热风加热。其中，为了瞬间加热长丝碳纤维聚集体S、L，优选微波加热器那样的电磁波加热器。在该情况下，只要根据所加热的长丝碳纤维或胶结剂来设定电磁波的波长即可。
[0080]另外，在上述第二实施方式中，虽然为了加热长丝碳纤维强化粒料RF中的长丝碳纤维F而使用微波加热器，但是只要根据所使用的强化纤维、胶结剂，利用能够射出最易被它们吸收的波长的电磁波的加热器(例如射出近红外线的加热器(卤素灯)、射出远红外线的加热器(例如陶瓷加热器)等)即可。另外，只要是能够选择性地加热长丝碳纤维F、胶结剂的装置，则也可以不是电磁波加热器。
[0081]另外，在上述第一实施方式以及第二实施方式中，使用长丝碳纤维作为强化纤维，但是也可以使用除此之外的强化纤维例如玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、聚乙烯纤维。在该情况下，为了加热这些纤维，也可以使用热风加热器、远红外线加热器作为加热器。另外，为了提高纤维的分散性，也可以在螺杆前端设有马多克(Maddock)型、杜尔麦基(Dulmage)型、销型等混合元件。这样，本发明在不脱离其主旨的范围内能够变形。
【权利要求】
1.一种注塑成型装置，其特征在于，具备: 加热装置，其加热通过胶结剂结合多个强化纤维而成的强化纤维聚集体； 注塑缸，其被供给热可塑性树脂以及被所述加热装置加热后的强化纤维聚集体； 第一螺杆，其以能够旋转的方式配设于所述注塑缸内，并且在所述注塑缸内压缩且混合被供给至所述注塑缸内的热可塑性树脂； 第二螺杆，其配设于所述注塑缸内且以与所述第一螺杆一体旋转的方式与所述第一螺杆的前端连接，并且使被供给至所述注塑缸内的强化纤维聚集体分丝且使分丝后的强化纤维分散于热可塑性树脂中； 树脂供给部，其将热可塑性树脂供给至所述注塑缸内的、与所述第一螺杆之间的空间内；以及 强化纤维供给部，其将 被所述加热装置加热后的强化纤维聚集体供给至所述注塑缸内的、与所述第二螺杆之间的空间内， 所述第二螺杆是具有不会因由于所述第二螺杆在所述注塑缸内旋转而作用于强化纤维的剪切力引起强化纤维过度折损的低压缩比的低压缩螺杆或无压缩螺杆。
2.根据权利要求1所述的注塑成型装置，其特征在于， 所述第二螺杆的压缩比为1.0~2.0。
3.根据权利要求1或2所述的注塑成型装置，其特征在于， 所述第二螺杆的L/D的范围为10~15之间的范围。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的注塑成型装置，其特征在于，所述加热装置是输出具有所述强化纤维或所述胶结剂会吸收的波长的电磁波的电磁波加热装置。
5.一种注塑成型装置，其特征在于，具备: 选择性加热装置，其选择性地加热热可塑性树脂中含有多个强化纤维的纤维强化粒料中的所述强化纤维； 注塑缸，其被供给被所述选择性加热装置加热后的所述纤维强化粒料；以及注塑螺杆，其以能够旋转的方式配设于所述注塑缸内，并且混合被供给至所述注塑缸内的所述纤维强化粒料， 所述注塑螺杆是具有不会因由于所述注塑螺杆在所述注塑缸内旋转而作用于强化纤维的剪切力引起强化纤维过度折损的低压缩比的低压缩螺杆或无压缩螺杆。
6.根据权利要求5所述的注塑成型装置，其特征在于， 所述选择性加热装置是输出具有所述强化纤维会吸收的波长的电磁波的电磁波加热>j-U ρ?α装直。
【文档编号】B29C45/72GK103660125SQ201310389123
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2012年9月3日
【发明者】井沢省吾, 原洋树, 樋口亮平 申请人:爱信精机株式会社