用于制造纤维强化树脂组合物的双螺杆挤出机和制造纤维强化树脂组合物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机防止作为粗纱投入的强化纤维的断 线并且被用于制造含有具有可控纤维长度的强化纤维的纤维强化树脂组合物，和使用该双 螺杆挤出机制造纤维强化树脂组合物的方法。
【背景技术】
[0002] 纤维强化树脂在比强度、成形性等上是优异的，并且其应用领域已经扩大。在期待 大量生产的汽车部件中，从对特殊汽车和特定部件的应用开始，纤维强化树脂的应用范围 逐渐扩大，并且由于近来的环境问题等，存在汽车轻量化的迫切需要，并且期待加速纤维强 化树脂对普通汽车部件的应用。
[0003] 在纤维强化树脂向普通汽车部件的应用中，已经开发了利用玻璃纤维或碳纤维强 化的、使用热塑性树脂作为基质的纤维强化树脂，并且需要加长包含在成形品中的强化纤 维的纤维长度和增加强化纤维的含量。例如，专利文献1提出了一种纤维强化阻燃性热塑性 树脂组合物、成形品和制造纤维强化阻燃性热塑性树脂组合物的方法。在该树脂组合物中 的强化纤维的重量平均纤维长度优选为3mm以上并且更优选为5~50mm。在成形品中的强化 纤维的重量平均纤维长度优选为1mm以上，更优选为1~10mm，进一步优选为1.2~8mm。此 外，据描述在成形品中纤维长度为1mm以上的强化纤维的比率在全部强化纤维中优选为30 重量％以上，更优选33~95重量％。
[0004] 专利文献2提出了含有如下的长纤维强化聚酰胺树脂组合物：（A)20~80质量％的 聚酰胺，所述聚酰胺具有优异强度、热强度、耐久性、低吸水性、和耐热稳定性，（B)20~80质 量％的强化纤维，所述强化纤维具有1~15mm的重量平均纤维长度。作为实施例，在如下发 明例的情况下显示，在小球状态下l〇mm的重量平均纤维长度变为在成形品中3 · 4~4 · 75mm 的重量平均纤维长度，在所述发明例中玻璃纤维粗纱被导入浸渍模具中，利用从双螺杆挤 出机供给的聚酰胺树脂浸渍，随后被拉出，并且由造粒机切割以制造长度为l〇mm的小球并 且使用它们进行注射成形。另一方面，在如下比较例的情况下显示，在小球状态下0.27mm的 重量平均纤维长度变为在成形品中〇.23_的重量平均纤维长度，在所述比较例中将聚酰胺 树脂和短切玻璃纤维供给至双螺杆挤出机并且熔融捏合，将所得物在水冷浴中冷却和固化 成为绳股形，随后制造长度为3_的小球，并且使用它们进行注射成形。
[0005] 专利文献3提出了通过如下获得的碳纤维强化树脂组合物:将10~300重量份的碳 纤维(B)和1~100重量份的非结晶性树脂(C)掺合到100重量份的热塑性聚酰胺树脂(A)中， 所述热塑性聚酰胺树脂(A)具有优异的机械性质、表面外观等，特别是优异的抗张强度、弯 曲模量、外观/设计能力和尺寸稳定性。在通过如下获得的成形品中显示碳纤维的重量平均 纤维长度为0.24~0.27mm:向双螺杆挤出机供给聚酰胺树脂和切成6.0mm的碳纤维（短纤 维）并且将其熔融捏合，在水冷浴中将所得产物冷却并且固化为绳股形，随后制造长度为 3.0mm的小球，并且使用它们进行注射成形。
[0006] 专利文献4提出通过混入了强化纤维和粒状固体物的热塑性树脂的注射成形获得 的树脂注射成形品，其中设定粒状固体物使得纵横比为1~5,平均粒径为ΙΟμπι以下，掺合量 为0.5~5重量％。示出了其中通过三种方法制造使用聚丙烯或聚酰胺树脂作为基质、以玻 璃纤维或碳纤维强化的树脂成形品的实施例。
[0007] 在所述三种方法中，第一方法为如下方法:通过将玻璃纤维或碳纤维的粗纱导入 浸渍模具从而利用聚丙烯或聚酰胺树脂将其浸渍，然后拉出，并且由造粒机切割以制造柱 状小球并且使用它们进行注射成形。第二方法为如下方法:凭借双螺杆挤出机将聚丙烯和 玻璃纤维或碳纤维熔融捏合，在水冷浴中冷却并且固化为绳股形，随后切割以制造短切小 球，并且对其进行注射成形。第三方法为如下方法:将聚丙烯和粗纱状玻璃纤维供给至双螺 杆挤出机并且熔融捏合，并且将所得产物供给至注射成形机以进行成形。根据试验结果显 示，由于粒状固体物的添加导致的润滑效果，强化纤维不易折断，并且在添加了粒状固体物 的情况下，成形品的重量平均纤维长度为0.67~2.85mm。
[0008] 引用列表
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献 1:JP-A-2012-214819
[0011] 专利文献 2:JP-A-2012-172086
[0012] 专利文献 3:JP-A-2013-23672
[0013] 专利文献 4:JP-A-2009-242616
【发明内容】
[0014] 技术问题
[0015] 在纤维强化树脂成形品的制造中，由于在挤出机中的熔融捏合期间或在注射成形 期间强化纤维折断并且变短，所以在如在专利文献3中描述的使用短纤维的方法中，不容易 制造含有重量平均长度为1_以上的强化纤维的成形品。因此，为了制造其中纤维长度长的 纤维强化树脂成形品，如在专利文献1、2或4中描述的，优选使用通过如下获得的小球进行 注射成形的方法:将浸渍有热塑性树脂的强化纤维的粗纱切割为合适的长度。此外，该方法 具有可将强化纤维的纤维长度调整为合适长度的优点，是因为强化纤维的长度等于小球的 长度。
[0016] 另一方面，作为在专利文献4中描述的第三方法，对刚通过将热塑性树脂和玻璃纤 维的粗纱供给至双螺杆挤出机并且将其熔融捏合而获得的组合物进行注射成形的方法具 有如下优点：可以制造重量平均纤维长度为1mm以上的纤维强化树脂成形品并且可以有效 地制造纤维强化树脂成形品，是因为不需要如在专利文献1、2或4(第一方法)描述的方法中 的用于制造纤维强化树脂组合物的小球的步骤和努力。
[0017] 然而，在专利文献4中描述的第三方法使用玻璃纤维的粗纱但是重量平均纤维长 度比在第一方法情况下的重量平均纤维长度更短。此外，专利文献4没有描述其中使用碳纤 维的粗纱的实施例。为了将纤维强化树脂应用至一般汽车部件，需要纤维强化树脂成形品 的有效制造和经济效率，此外，需要能加长在成形品中的强化纤维的纤维长度并且能增加 含量的制造方法。此外，需要在没有小球的制造步骤和特殊添加剂的情况下能够将强化纤 维的纤维长度调整至合适长度的制造纤维强化树脂组合物的方法。
[0018] 鉴于这种常规问题和需求，本发明的目的是提供制造纤维强化树脂组合物的方 法，所述方法能够加长成形品的强化纤维的纤维长度并且能够通过向双螺杆挤出机供给热 塑性树脂和强化纤维的粗纱来增加含量。
[0019] 技术方案
[0020] 根据本发明的双螺杆挤出机为如下的双螺杆挤出机:其中通过投入口将强化纤维 投入到在树脂进料部中形成的熔融热塑性树脂中，并且所述强化纤维和熔融热塑性树脂经 过捏合部从而制造出纤维强化树脂组合物，其中：所述捏合部设置在双螺杆挤出机的排出 侧端部;在所述投入口和所述捏合部之间设置输送部;并且构造所述输送部的螺杆元件的 外径间隙（tip clearance)大于螺杆间隙。在此，外径间隙是指在双螺杆挤出机的圆筒的内 周面和螺杆(螺杆元件)的外缘之间的最小间隙。螺杆间隙是指在双螺杆挤出机的相对螺杆 (螺杆元件)之间的最小间隙。
[0021] 在以上发明中，输送部的L/D可以为3以上并且捏合部的L/D可以为0.5~4.0。在 此，L/D是指所谓的L/D比，并且是指螺杆元件的外缘的直径D对双螺杆挤出机的长度L的比。
[0022] 此外，可以在捏合部的下游设置L/D为1以上的后输送部。
[0023] 此外，在以上发明中，可以在输送部和捏合部之间设置通过螺杆元件构造的纤维 松弛部，构造所述纤维松弛部的螺杆元件的最小外周长的值小于构造所述输送部的螺杆元 件的最小外周长的值。构造纤维松弛部的螺杆元件可以为鱼雷头螺杆。
[0024] 此外，在捏合部的上游，销(pin)可以从双螺杆挤出机的圆筒向螺杆元件突出，所 述螺杆元件具有不与所述销干涉的间隙。所述销从圆筒的突出量可以为0.1D以上。
[0025] 此外，本发明的双螺杆挤出机为如下的双螺杆挤出机:其中通过投入口将粗纱状 强化纤维投入到在树脂进料部中形成的熔融热塑性树脂中，并且所述强化纤维和所述熔融 热塑性树脂经过捏合部从而制造出纤维强化树脂组合物，其中：所述捏合部设置在双螺杆 挤出机的排出侧端部;在所述投入口和所述捏合部之间设置输送部;并且构造所述输送部 的各个螺杆元件的外径间隙大于螺杆间隙，使得粗纱状强化纤维在所述输送部中彼此啮合 的所述螺杆元件的外周之上被拉伸的同时进行输送。
[0026] 根据本发明的制造纤维强化树脂组合物的方法为使用双螺杆挤出机制造纤维强 化树脂组合物的方法，其中将粗纱状强化纤维投入到在树脂进料部中形成的熔融热塑性树 脂中，所述强化纤维和所述熔融热塑性树脂依次经过输送部和捏合部从而制造出纤维强化 树脂组合物，其中：在所述输送部中以紧绷的状态输送所述粗纱状强化纤维；以及在所述捏 合部中以松弛的状态切断并且捏合所述粗纱状强化纤维。粗纱是指玻璃、碳纤维等的细丝 的纤维束，和连续的线状或绳状的纤维束。措辞粗纱状是指这种纤维束的形态。
[0027] 在以上制造纤维强化树脂组合物的方法中，可以在从输送部导入至捏合部中的粗 纱状强化纤维的流线的一部分中生成扰动。
[0028] 有益效果
[0029]根据本发明的双螺杆挤出机，可以成形能够加长成形品的强化纤维的纤维长度并 且能够增加含量的纤维强化树脂组合物。此外，使用该纤维强化树脂组合物，可以有效地制 造其中对强化纤维的纤维长度进行调整并且对含量进行调整的纤维强化树脂成形品。当通 过本发明的双螺杆挤出机成形的纤维强化树脂组合物以维持在高温的状态供给至注射成 形机时，可以有效地制造纤维强化树脂成形品。
【附图说明】
[0030] [图1]图1(a)和图1(b)为本发明的双螺杆挤出机的示意图。图1(a)为螺杆轴向（纵 向）横截面图，图1 (b)为树脂进料部(或捏合部)的横向横截面图。
[0031] [图2]图2为在图1中示出的双螺杆挤出机的输送部的横向横截面图。
[0032] [图3]图3为示出从双螺杆挤出机的圆筒向螺杆元件方向突出的销的示意图。
【具体实施方式】
[0033] 以下将基于附图描述进行本发明的方式。图1(a)和图1(b)为示出本发明的双螺杆 挤出机的实施例的示意图。如在图1 (a)中所示，双螺杆挤出机10在圆筒11中具有螺杆12，并 且从上游侧朝向下游侧包含树脂进料部13、输送部14、捏合部15和后输送部16。树脂进料部 13、输送部14、捏合部15和后输送部16分别具有螺杆12的螺杆元件12a、12b、12c和12d。在树 脂进料部13中形成熔融热塑性树脂，并且设置有用于向熔融热塑性树脂投入强化纤维的投 入口 18〇
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