复合件冲压成型系统及在该系统中使用的混炼挤出机的制作方法

本发明涉及复合件冲压成形系统和生成冲压成形的材料、即纤维增强塑料材料(复合物)的混炼挤出机的结构。

背景技术：

近年来，能有效地成形出大型的纤维增强塑料成形件，因此，能在流水线上直接混炼增强纤维和塑料材料、并将生成的复合物供给至大型冲压成形机而进行冲压成形的复合件冲压成形系统受到了关注。使用该系统的成形法被称为DMC(Dough Molding Compound：团状模制复合物)成形法或BMC(Bulk Molding Compound：块状模制复合物)成形法。目前，在该系统中，作为朝大型冲压成形机供给复合物的混炼挤出机，使用了LFT－D(Long-Fiber Thermo plastics Direct：长纤维热塑性复合材料)装置(例如参照专利文献1)。

如图9所示，LFT－D装置包括：预混生成部101，该预混生成部101混合各种原料塑料而生成预混树脂组合物；第一混炼挤出机106，该第一混炼挤出机106将增强纤维103、纤维104及填充剂105与从预混生成部101供给的预混树脂组合物102混炼并加以挤出；第二混炼挤出机109，该第二混炼挤出机109还将增强纤维108加到从第一预混挤出机106挤出的中间复合物107中并加以挤出；以及切刀111，该切刀111将从第二混炼挤出机109挤出的成品复合物110切断成与冲压成形机的尺寸相适合的大小。另外，第二混炼挤出机109根据需要加以设置，因此，也能对其进行省略。另外，图9中的符号112表示冲压装置，符号113表示纤维增强塑料成形件。

预混生成部101由多个原料箱122a、122b、122c、混合卷筒123、计量箱124及泵125构成，其中，上述多个原料箱122a、122b、122c贮存有各种原料塑料121a、121b、121c，上述混合卷筒123对从各原料箱122a、122b、122c 供给的原料塑料121a、121b、121c进行预混，上述计量箱124对一定量的预混树脂组合物102进行贮存，上述泵125将贮存于计量箱124内的预混树脂组合物102供给至第一混炼挤出机106。

作为增强纤维103、108，分别使用卷绕于卷盘114、115的环状连续纤维。从卷盘114拉出的增强纤维103从其前端部被连续地供给至第一混炼挤出机106内。另外，从卷盘115拉出的增强纤维108从其前端部被连续地供给至第二混炼挤出机109内。

第一及第二混炼挤出机106、109是在包括带式加热器在内的加热气缸内以能自由旋转的方式收纳一根至两根螺杆而形成的，从设于加热气缸的基端侧的原料供给孔106a、109a朝加热气缸内供给上述各种原料，通过螺杆的输送功能将原料转移至加热气缸的前端侧。供给至加热气缸内的原料在其转移的过程中被混炼，并且原料中的塑料材料因带式加热器的发热、伴随着原料的混炼产生的剪切发热及摩擦热而被可塑化，以生成规定组成的复合物107、110。供给至第一及第二混炼挤出机106、109内的增强纤维103、108受到伴随着螺杆的旋转而产生的剪切力和摩擦力而被切断，但LFT－D装置朝第一及第二混炼挤出机106、109内连续地供给环状连续纤维，因此，能在成品复合物110中残留较多的长纤维，并能获得高强度的纤维增强塑料成形件113。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2010/0317769A1号说明书

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，专利文献1中记载的LFT－D装置采用了利用配置于第二混炼挤出机109的前方(冲压装置112侧)的切刀111对从第二混炼挤出机109连续地挤出的成品复合物110进行切断的结构，因此，需要具备大型、高强度且锐利的切刀111。即，从第二混炼挤出机109挤出的成品复合物110因温度急速降低而导致硬度升高，因此，对于该切断，需要锐利、以大动力加以驱动的大型且高强度的切刀111。因此，现有的复合物供给装置存在以下问题：不仅设备成本较高，设置面积较大，而且需要花费较多工夫来维修切刀111，难以充分地提高成形件的制造效率。

本发明鉴于上述现有技术的实际情况而作，其目的在于提供无需使用切刀、就能生成用于制造纤维增强塑料成形件的相当于一次冲压的复合物、且容易维修的混炼挤出机以及包括该混炼挤出机在内的复合件冲压成型系统。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的混炼挤出机包括：加热气缸，该加热气缸具有原料塑料的供给口以及至少包含增强纤维的填充剂的供给口；螺杆，该螺杆以能旋转且能前后移动的方式收纳于所述加热气缸内；以及铸型，该铸型安装于所述加热气缸的前端，其特征在于，所述混炼挤出机包括滑门构件，该滑门构件将开设于所述铸型的复合物挤出口打开关闭，所述混炼挤出机反复地进行以下动作：在关闭所述滑门构件的状态下，驱动所述螺杆旋转而进行所述原料塑料与所述填充剂的混炼，每次在所述加热气缸内贮存规定量的复合物时，打开所述滑门且驱动所述螺杆前进，从所述复合物挤出口朝外部挤出规定量的复合物，然后，关闭所述滑门而进行下次复合物的混炼。

混炼挤出机包括滑门构件，该滑门构件将复合物挤出口打开关闭，当通过打开关闭该滑门构件交替地进行复合物的混炼和复合物从混炼挤出机的挤出时，能一次冲压一次冲压地从混炼挤出机挤出复合物，因此，与现有技术不同，无需用于将复合物切断成相当于一次冲压的块的切刀。因此，能将包括混炼挤出机在内的复合物供给装置小型化及低成本化，并无需对切刀进行维修，能提高复合件冲压成形系统的运转效率。

另外，本发明在上述结构的混炼挤出机的基础上，在所述滑门构件的一边设有刮板，该刮板将从所述复合件挤出口挤出的相当于一次挤压的复合物从所述铸型的前端部刮落。

从铸型挤出的复合物具有粘性，并附着于铸型的前表面。因此，当在滑门构件的一边设置刮板时，能将附着于铸型的前表面的复合物刮落，能正确地取出相当于一次冲压的复合物。另外，将附着于铸型的前表面的复合物刮落，因此，能始终将铸型的前表面保持为清洁，能使铸型的维修变得容易，并能提高纤维增强塑料成形件的制造效率。

另外，本发明的特征是在上述结构的混炼挤出机的基础上，在所述滑门构件处设置加热器，利用该加热器对所述滑门构件进行加热。

当使用加热器将滑门构件加热至恰当温度时，能防止与滑门构件接触的复合物因温度降低而发生的固化，因此，能容易地将复合物从铸型的前表面刮落。

另外，本发明的特征是在上述结构的混炼挤出机的基础上，在所述铸型处设置加热器，利用该加热器对所述铸型进行加热。

当使用加热器将铸型加热至恰当温度时，能防止贮存于铸型中的复合物因温度降低而发生的固化，因此，能容易且顺利地从铸型挤出复合物。

另外，本发明的特征是在上述结构的混炼挤出机的基础上，由固定部和可变部构成所述铸型，并在所述可变部处开设所述复合件挤出口，其中，所述固定部直接或者通过其它构件固接于所述加热气缸，所述可变部以能装拆的方式安装于所述固定部。

这样，当采用开设有复合物挤出口的可变部以能装拆的方式安装于固定部的结构时，通过选择复合物挤出口的形状不同的恰当的可变部，能与欲制造出的纤维增强塑料成形件的形状及尺寸相配合地恰当改变从铸型挤出的相当于一次冲压的复合物的形状及尺寸。由此，能高效地制造出各种形状的纤维增强塑料成形件。

另外，本发明的特征是在上述结构的混炼挤出机的基础上，利用隔热板覆盖所述铸型的除了所述复合物挤出口的形成面及其相对面之外的周围。

当用隔热板覆盖铸型的周围时，能抑制自铸型浪费的散热，因此，能将贮存于铸型内部的复合物保持为恰当温度。另外，在使用电加热器加热铸型的情况下，能实现电加热器的省电化。

另一方面，本发明的复合件冲压成形系统包括：原料塑料的供给部；混炼挤出机，该混炼挤出机将至少包括增强纤维在内的填充剂加入到从所述供给部供给的原料塑料中并加以混炼，以挤出所生成的复合物；以及冲压装置，该冲压装置对从所述混炼挤出机供给的规定量的复合物进行冲压成形，其特征在于，所述混炼挤出机包括：加热气缸；螺杆，该螺杆以能旋转且能前后移动的方式收纳于所述加热气缸内；铸型，该铸型配置于所述加热气缸的前端；以及滑门构件，该滑门构件将开设于所述铸型的复合物挤出口打开关闭，所述混炼挤出机反复地进行以下动作：在关闭所述滑门构件的状态下，驱动所述螺杆旋转而进行所述原料塑料与所述填充剂的混炼，每次在所述加热气缸内贮存规定量的复合物时，打开所述滑门且驱动所述螺杆前进，从所述复合物挤出口朝外部挤出规定量的复合物，然后，关闭所述滑门而进行下次复合物的混炼。

混炼挤出机包括滑门构件，该滑门构件将复合物挤出口打开关闭，当通过打开关闭该滑门构件交替地进行复合物的混炼和复合物从混炼挤出机的挤出时，能一次冲压一次冲压地从混炼挤出机挤出复合物，因此，与现有技术不同，无需用于将复合物切断成相当于一次冲压的块的切刀。因此，能简化复合件冲压成型系统的结构，能实现复合件冲压成型系统的小型化及低成本化，并且无需对切刀进行维修，能提高纤维增强塑料成形件的制造效率。

发明效果

根据本发明，混炼挤出机包括将复合物挤出口打开关闭的滑门构件，能一次冲压一次冲压地从混炼挤出机挤出复合物，因此，无需将复合物切断成相当于一次冲压的块的切刀，能实现装置的小型化及低成本化和纤维增强塑料成形件的制造效率的改善。

附图说明

图1是实施方式的复合件冲压成形系统的结构图。

图2是实施方式的混炼挤出机的侧视图。

图3是设于实施方式的混炼挤出机的螺杆驱动机构的俯视图。

图4是设于实施方式的混炼挤出机的螺杆驱动机构的侧视图。

图5是从实施方式的混炼挤出机的前方观察到的主要部分立体图。

图6是实施方式的混炼挤出机的滑门关闭状态下的主要部分剖视图。

图7是实施方式的混炼挤出机的滑门打开状态下的主要部分剖视图。

图8是表示实施方式的混炼挤出机的动作顺序的图。

图9是现有已知的复合件冲压成形系统的结构图。

具体实施方式

以下，对本发明的复合件冲压成形系统及设于该复合件冲压成形系统的混炼挤出机的实施方式进行说明。

如图1所示，实施方式的复合件冲压成型系统包括：预混生成部1；卷盘2；混炼挤出机5，该混炼挤出机5将从卷盘2拉出的增强纤维4混炼至从预混生成部1供给的预混树脂组合物3并加以挤出；冲压装置8，该冲压装置8对从混炼挤出机5每一次冲压而挤出的复合物6进行冲压成形以制造出期望的纤维增强塑料成形件7；以及输送装置9，该输送机装置9将从混炼挤出机5挤出的复合物6转移至冲压装置8。另外，在上述复合件冲压成形系统中，根据需要，当然也能包括填料及填充剂的供给装置等其它装置。

作为预混生成部1，能包括与专利文献1中记载的预混生成部101(参照图9)相同的构件。另外，作为替代，也能包括将贮存于料斗内的颗粒状、薄片状或粉末状的原料塑料直接供给至混炼挤出机5内的构件。这样，能根据适用于制造纤维增强塑料成形件7的复合物6的种类恰当地分开使用预混生成部1。

作为供给至混炼挤出机5的预混树脂组合物3或原料塑料，也能使用属于公知常识的任意热塑性树脂及热固性树脂。另外，作为增强纤维4，能使用玻璃纤维、碳纤维、合成纤维、金属纤维、有机纤维及天然纤维。另外，在使用玻璃纤维、碳纤维的情况下，也能使用用粘合剂将数百根单丝集束而成的丝束。另外，也能使用数根至数十根丝束对齐并卷绕于卷盘的粗纱。

冲压装置8将从混炼挤出机5经由输送机9转移来的相当于一次冲压的复合物6夹在固定模具8a与可动模具8b之间，并通过油压等将可动模具8b按压于固定模具8a，以制造出期望的纤维增强塑料成形件7。冲压装置8是属于公知常识的事项，且也不是本发明的主要思想，因此，省略进一步的说明。

如图2至图7所示，混炼挤出机5包括：箱状的框架11，该框架11收纳有未图示的控制装置、电源装置及空气压缩机等；底座盘12，该底座盘12固定于框架11上；箱状的盖壳体13，该盖壳体13设置于底座盘12上；以及螺杆驱动机构14，该螺杆驱动机构14收纳于盖壳体13内。如图1及图4所示，螺杆驱动机构14安装于导轨12a，该导轨12a设于底座盘12的上表面。螺杆驱动机构14包括加热气缸安装板15，在加热气缸安装板15处固定有加热气缸16。如图3所示，在加热气缸16内以能旋转且能前后移动的方式收纳螺杆17，该螺杆17被螺杆驱动机构14驱动。此外，如图5所示，在加热气缸16的前端部设有铸型18、滑门构件19、刮板20及滑门驱动机构21，其中，上述铸型18具有复合物挤出口18a，上述滑门构件19配置于铸型18的表面侧，并对复合物挤出口18a进行打开关闭，上述刮板20将附着于铸型18的表面的复合物6刮落，上述滑门驱动机构21对滑门构件19及刮板20进行驱动。

如图3及图4所示，螺杆驱动机构14具有加热气缸安装板15和与该加热气缸安装板15相对配置的移动板22。加热气缸安装板15以能移动的方式固定于导轨12a。对此，移动板22以能移动的方式安装于导轨12a，并能朝靠近加热气缸安装板15的方向以及远离加热气缸安装板15的方向进行移动。两根螺纹轴23、24在移动板22的宽度方向上隔着规定的间隔并被保持成能自由旋转，与上述螺纹轴23、24螺合的螺母体25、26固接于加热气缸安装板15。螺纹轴23、24和螺母体25、26构成两组滚珠丝杠机构。此外，在移动板22的上表面安装有螺杆旋转电动机27及螺杆前后移动电动机28。在螺杆旋转电动机27的转轴27a处固接有第一带轮29，在螺杆17处固接有第二带轮30，在上述第一及第二带轮29、30处挂有第一同步皮带31。另外，在螺杆前后移动电动机28的转轴28a处固接有第三带轮32，并在螺纹轴23、24处分别固接有第四及第五带轮33、34，在第三带轮32和第四带轮33处挂有第二同步皮带35，并在第三带轮32和第五带轮34处挂有第三同步皮带36。

因此，当驱动螺杆旋转电动机27旋转时，其旋转力经由第一带轮29、第一同步皮带31及第二皮带30传递至螺杆17，并在加热气缸16内驱动螺杆17旋转。另外，当驱动螺杆前后移动电动机28旋转时，其旋转力经由第三带轮32、第二同步皮带35及第四带轮33传递至第一螺纹轴23，并经由第三带轮32、第三同步皮带36及第五带轮34传递至第二螺纹轴24。藉此，第一及第二螺纹轴23、24被拧入至第一及第二螺母体25、26，移动板22朝靠近加热气缸安装板15的方向前进。

加热气缸16形成为筒状，在该加热气缸16的内部以能旋转且前后移动的方式收纳螺杆17，如图3所示，在该加热气缸16的基端侧开设有从预混生成部1供给的预混树脂组合物2(原料塑料)的供给孔41，并在长边方向上的中间位置开设有增强纤维4的供给孔42。此外，如图2所示，加热气缸16的外周卷绕有多个带式加热器43，这多个带式加热器43用于将加热气缸16内的原料及复合物加热至恰当温度。另外，形成于加热气缸16的螺杆插入孔的截面形状为圆形。

螺杆17是在外表面形成有螺棱(螺纹牙)的棒状的构件。因此，当在加热气缸16内驱动该螺杆17旋转时，利用螺棱的输送功能将从供给孔41、42供给至加热气缸16内的预混树脂组合物2及增强纤维4转移至加热气缸16的前端侧。供给至加热气缸16内的各材料在其转移的过程中被混炼，并且预混树脂组合物2因带式加热器43的发热、伴随着材料的混炼产生的剪切发热及摩擦热而被可塑化，以生成规定的复合物6。与现有例的LFT－D装置相同，实施方式的混炼挤出机5朝加热气缸16内供给环状连续纤维以作为增强纤维4，因此，能在复合物6中残留较多的长纤维，从而能获得高强度的纤维增强塑料成形件7。另外，通过在加热气缸16内驱动螺杆17前进，能从复合物挤出口18a挤出复合物6。

如图6及图7所示，铸型18隔着气缸盖44及中继框45安装于加热气缸16的前端部。铸型18由安装于中继框45的固定部51和以能自由装拆的方式安装于固定部51的可变部52构成。如图5所示，在可变部52处开设有长圆形的复合物挤出口18a。另外，在固定部51处开设有复合物流通孔51a，该复合物流通孔51a的加热气缸16侧呈与螺杆插入孔连通的圆形，可变部52侧呈与复合物挤出口18a连通的长圆形。这样，当由固定部51及可变部52构成铸型18时，通过选择复合物挤出口18a的形状不同的恰当的可变部，能与欲制造出的纤维增强塑料成形件的形状及尺寸相配合地恰当改变从铸型18挤出的相当于一次冲压的复合物6的形状及尺寸，因此，能使基于冲压装置8的纤维增强塑料成形件7的冲压成形恰当化，并能减轻或省略飞边的去除作业，因此，能提高纤维增强塑料成形件7的制造效率。另外，如图6及图7所示，可变部52的前表面形成为圆弧状。

在铸型18的除了可变部52的前表面以及与该可变部52的前表面相对的固定部51的后表面之外的周围设置有筒式加热器53，该筒式加热器53用于将贮存于复合物流通孔51a内的复合物加热至恰当温度。另外，筒式加热器53的周围被隔热板54覆盖。这样，当将筒式加热器53设置于铸型18的周围时，能防止贮存于复合物流通孔51a内的复合物的固化，因此，能容易且顺利地进行复合物6从铸型18的挤出。另外，当用隔热板54覆盖筒式加热器53的周围时，能抑制自铸型18浪费的散热，因此，能将贮存于铸型18的内部的复合物6保持为恰当的温度，并能实现筒式加热器53的省电化。

如图5所示，滑门构件19形成为具有足以覆盖可变部52的前表面的形状及面积的长方形，滑门构件19的内表面形成为与可变部52的前表面相适合的圆弧形。另外，在滑门构件19的外表面中央部设有与后述的气缸66连接的连接片19a。如图6及图7所示，在滑门构件19的内部插入滑门加热器55。这样，当将加热器55插入至滑门构件19的内部时，能使用加热器55将滑门构件19及刮板20加热至恰当温度，因此，能防止与滑门构件19接触的复合物伴随着温度降低而产生的固化，并能容易地将复合物从铸型18的前表面刮落。滑门构件19的内表面配置于与可变部52的前表面接触的位置，并沿着可变部52的前表面在上下方向上转动。

另一方面，刮板20形成为比可变部52的横向宽度长的方棒状，并安装于滑门构件19的下边。刮板20的下边部形成为刀刃状，容易将附着于可变部52的前表面的复合物6刮落。刮板20的下边配置于与可变部52的前表面接触的位置，并沿着可变部52的前表面在上下方向上转动。这样，当在滑门构件19的一边设置刮板20时，能容易地将附着于可变部52的表面的复合物刮落，因此，能正确地取出相当于一次冲压的复合物6。另外，将附着于可变部52的表面的复合物6刮落，因此能容易地维修可变部52，并能提高纤维增强塑料成形件的制造效率。

如图5至图7所示，滑门驱动机构21由臂构件62、机架构件63、两根支承构件64、气缸66及连接构件68构成，其中，上述臂构件62在前端安装有滑门构件19及刮板20，并且另一端通过连接销61以能回旋的方式轴支承于铸型18的侧方部分，上述机架构件63呈朝下的コ字形，并且前端固接于铸型18的侧面部分，上述两根支承构件64在机架构架63的上表面相平行地立起，上述气缸66通过连接销65以能转动的方式安装于支承构件64，上述连接构件68通过连接销67将气缸66的活塞杆66a和设于滑门构件19的连接片19a连接成能转动。另外，也能将机架构架63安装成朝向铸型18的下侧。另外，也能采用与臂构件62连接的结构，以代替将气缸66的活塞杆66a与滑门构件19连接的结构。本例的滑门驱动机构21包括气缸66以作为滑门构件19及刮板20的驱动源，但也能使用油压驱动源、电动驱动源。

在气缸66伸长的状态下，如图6所示，滑门构件19转动至与可变部52的前表面相对的位置，复合物挤出口18a被滑门构件19关闭。在该状态下，复合物挤出口18a被滑门构件19关闭，因此，即便驱动螺杆16旋转，也能以复合物6不被从复合物挤出口18a挤出的方式混炼和计量复合物6。当将气缸66从伸长状态切换至收缩状态时，臂构件62以连接销61为中心进行转动，如图7所示，滑门构件19及刮板20朝上方移动，以打开复合物挤出口18a。由此，能从复合物挤出口18a挤出复合物6。

如图8所示，实施方式的混炼挤出机5利用滑门构件19依次进行复合物挤出口18a的关闭，包含混合树脂组合物2和增强纤维4的复合物6的可塑化、混炼及计量，滑门19的打开，复合物6从复合物挤出口18a的挤出，和基于滑门构件19的复合物挤出口18a的关闭。通过使气缸66伸缩来打开关闭滑门构件19。另外，与直列式的注塑成形机相同，通过使用螺杆旋转电动机27驱动螺杆17旋转来进行复合物的可塑化及混炼，通过利用输送至螺杆17的前方的复合物的压力使螺杆17后退至设定位置来进行复合物的计量。此外，通过使用螺杆前后移动电动机28驱动螺杆6前进来进行复合物6的挤出。利用设于框架11内的未图示的控制装置进行螺杆旋转电动机27及螺杆前后移动电动机28的驱动控制、以及带式加热器43、筒式加热器53及滑门加热器55的通电控制。

实施方式的混炼挤出机5包括滑门构件19，该滑门构件19将开设于铸型18的复合物挤出口18a打开关闭，通过打开关闭该滑门构件19交替地进行复合物6的混炼和复合物6从混炼挤出机5的挤出，因此，能一次冲压一次冲压地挤出复合物6。由此，与从混炼挤出机连续地挤出复合物的情况不同，不需要用于将复合物切断成相当于一次冲压的块的切刀，就能实现设于复合件冲压成形系统的复合物供给装置的小型化及低成本化。另外，因为不需切刀，所以容易维修复合物供给装置，能提高纤维增强塑料成形件7的制造效率。

在上述实施方式中，举例说明了使用热塑性树脂以作为复合物的原料塑料的情况，但即便使用热固性树脂，也能同样地加以实施。另外，在上述实施方式中，举例说明了连续供给增强纤维而生成复合物的情况，但也能使用削球纤维(切割纤维)而生成复合物。

工业上的可利用性

本发明能适用于制造纤维增强塑料成形件。

符号说明

1 预混生成部

2 卷盘

3 预混树脂组合物或原料塑料

4 增强纤维

5 混炼挤出机

6 复合物

7 纤维增强塑料成形件

8 冲压装置

9 输送机

11 框架

14 螺杆驱动机构

16 加热气缸

17 螺杆

18 铸型

18a 复合物挤出口

19 滑门构件

20 刮板

21 滑门驱动机构

27 螺杆旋转电动机

28 螺杆前后移动电动机

43 带式加热器

53 筒式加热器

55 滑门加热器

62 臂构件

66 气缸。