玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料及其生產過程的製作方法
2024-04-10 00:14:05
專利名稱：玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料及其生產過程的製作方法
技術領域：
本發明涉及用作ERTP(纖維增強熱塑性樹脂)模塑料的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料及其生產過程。
FRTP的成形是通過將具有預定含量增強材料的粒料，或者將不含增強材料的熱塑性樹脂和含有增強材料的粒料以一預定比例引入注塑機中，使其注入注塑機的模具中進行固化。作為FRTP的增強材料廣泛使用短切玻璃絲束。
在增強材料使用短切玻璃絲束時，所述短切玻璃絲束的長度為3~6毫米，通常在加熱條件下用雙螺杆擠出機或單螺杆擠出機的螺杆使短切玻璃絲束和熱塑性樹脂捏合，擠出，並切割成預定的長度，然後進行造粒。粒料的結構如圖8所示，是短切玻璃絲束12分散在熱塑性樹脂11中。
然而，當FRTP用短切玻璃絲束作為增強材料時，存在如下問題，即當短切玻璃絲束和熱塑性樹脂在加熱條件下用擠出機進行捏合時，由於例如擠出螺杆和短切玻璃絲束之間的摩擦會使短切玻璃絲束斷裂，而且在FRTP成形時，由於受注塑機螺杆的摩擦也會使短切玻璃絲束斷裂，結果玻璃纖維變得更短，使纖維的長度從原來的3~6毫米最終變成0.05~0.8毫米。其模製品的機械性能，特別是抗衝擊強度就不能充分提高。
另一方面，通過用熱塑性樹脂浸漬連續纖維然後使樹脂固化後製得的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料已經使用得很好，因為這種粒料中存在長的玻璃纖維，雖然在FRTP成形時由於受注塑機螺杆的摩擦，使玻璃纖維斷裂，但玻璃纖維的長度仍保持一定程度，因此可製得高強度的模製品。
有人曾提議使用從料卷，例如直接纏繞的圓筒形料卷或絲餅抽出的纖維作為用於玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的連續纖維。例如，JP-A-5-50517中是使用纏繞成絲餅的纖維束用於增強，於是所用的纖維中上漿劑的局部分散較少。
直接纏繞的圓筒形料卷可用公知方法製造，例如在JP-A-59-111936中所揭示的方法。具體地說，可以提到一種示於圖4(a)和4(b)的方法。圖4(a)是說明直接纏繞的圓筒形料卷生產裝置的正視圖，圖4(b)是說明所述生產裝置的側視圖。直接纏繞的圓筒形料卷4的製造方法如下許多根單絲6從出料孔1抽出，這些單絲6用塗布機2塗以上漿劑，再通過成束裝置3使之成束，得到玻璃纖維絲束7，將玻璃纖維絲束7纏繞成圓筒形，此時用導向裝置5使其往復橫向移動，如圖4(b)中箭頭所示，然後加熱乾燥之。
上述的絲餅可用公知的方法製造，例如用JP-A-55-16851或JP-A-5-50517所揭示的方法，具體示於圖2(a)和2(b)中，絲餅料卷9的製造方法如下許多根單絲6從出料孔1抽出，這些單絲6用塗布機2塗以上漿劑，單絲6通過成束裝置3成束得到玻璃纖維絲束7，將玻璃纖維絲束7進行纏繞，此時用螺旋金屬絲8使之往復橫向移動。
在製造玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料時，如果絲束從料卷的外面抽出，即所謂外抽，則抽出速率較慢，產率較低，這是因為直接纏繞的圓筒形料卷或絲餅接在一旋轉軸上，並從中抽出絲束。而且，玻璃纖維絲束在用上漿劑塗布後通常進行乾燥，因此在抽出過程中，由於絲束所受張力的作用，單絲很可能斷裂。從料卷外面抽出絲束而單絲又要不發生斷裂是很困難的。當單絲斷裂時，絲束就會出現毛絲現象，它的支數也發生變化，於是很難實現穩定生產。因此，通常使用如
圖1所示的從料卷裡面抽出纖維的方法，即所謂裡抽。
雖然在製造玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料(以下有時簡單稱為粒料)時，裡拉在抽拉絲束性能方面比外抽好，但它與上述製造短切玻璃絲束的方法不同，是在固定料卷情況下施加一定張力，將玻璃纖維絲束再從料卷裡面向外抽，這時料卷在由其抽出絲束的同時沿著料卷的內周邊旋轉，而且料卷每旋轉一次就對玻璃纖維絲束加捻一次。
在這種情況下，常規料卷的纏繞直徑(即內徑)較小，約為7.5~16釐米，無論纏繞直徑如何，玻璃纖維絲束的纏繞節距相同，於是在纏繞直徑較小時，抽拉的絲束單位長度上的捻轉數變得較大。因此從常規料卷抽拉出來的玻璃纖維絲束受到強烈的加捻時處於張力的狀態。如果通過浸漬模頭將玻璃纖維絲束用熱塑性樹脂浸漬，玻璃纖維絲束不單絲那樣充分鬆散，於是製得的粒料不能被熱塑性樹脂充分浸漬，其結果是粒料中單絲和熱塑性樹脂間的粘著不均勻，於是通過注塑製得的這種模塑品，其強度差。
作為對裡抽出來的玻璃纖維絲束除捻的方法，可將料卷放置在一轉臺上，使料卷轉臺在一個方向上同步轉動進行除捻，此時絲束轉一圈並被抽出。但是此法的缺點是需要大型的設備。
在上述這些情況下，本發明的目的是提供玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料及其製造方法，所述方法無需使用複雜的設備就很容易進行減捻，因為在每個單絲中的間隙可被熱塑性樹脂均勻浸漬，而且可提高製造粒料的產率。
為了實現上述目的，本發明人對上述問題進行了廣泛研究，集中在捻轉的形成上。結果發現增加料卷的纏繞直徑可以降低從料卷裡面抽出的玻璃纖維絲束的捻轉數。在上述發現的基礎上實現了本發明的目的。
本發明提供製造玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的方法，它包括以下步驟從玻璃纖維絲束料卷(以下簡稱為料卷)裡面抽出玻璃纖維絲束，並將它們引入樹脂浸漬模頭中的步驟；將熔融的熱塑性樹脂提供給樹脂浸漬模頭，並用熱塑性樹脂浸漬玻璃纖維絲束的步驟；將用熱塑性樹脂浸漬過的玻璃纖維絲束從樹脂浸漬模頭中抽出，並冷卻和固化熱塑性樹脂，從而製得線性模塑品的步驟；以及將此模塑品切割成預定長度的步驟。方法中所用的玻璃纖維是通過使直徑為6~25微米的單絲成束，再將其纏繞成內徑為18~50釐米所得的料卷中抽出的玻璃纖維絲束。
本發明還提供了用上述方法製造的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料，其中玻璃纖維在粒料的整個縱向上是基本連續的，而且相互之間幾乎平行排列。
本發明還提供用於玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的料卷，從料卷中抽出的玻璃纖維絲束的捻度係數TM滿足下式TM＝((旦尼爾克/9000米)1/2×(每米的捻轉數))/287.40.076≤TM≤0.350附圖中圖1(a)和圖1(b)分別說明根據本發明的料卷的圖示，圖1(a)是說明直接纏繞的圓筒形料卷的透視圖，圖1(b)是說明絲餅的透視圖。
圖2(a)是說明製造絲餅用的玻璃纖維的裝置的正視圖，圖2(b)是其側視圖。
圖3(a)是說明在圖2(a)和圖2(b)中螺旋金屬絲的正視圖，圖3(b)是其側視圖。
圖4(a)說明製造直接纏繞的圓筒形料卷用的玻璃纖維的裝置的正視圖，圖4(b)是其側視圖。
圖5是說明使用本發明絲餅製造粒料的裝置一個例子的正視圖。
圖6(a)是說明從圖5所示絲餅抽出的部分絲束的正視圖，圖6(b)是說明從常規絲餅抽出的部分絲束的正視圖。
圖7是說明本發明粒料一個例子的透視圖。
圖8是說明使用短切纖維的粒料的透視圖。
圖9是說明使用直接纏繞的圓筒形料卷的粒料的透視圖。
以下參照一些優選實施例對本發明作詳述。
用於本發明的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料(以下簡稱L-FTP粒料)的熱塑性樹脂不受什麼限制，例如，可優選使用聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯乙烯、AS(丙烯腈—苯乙烯)樹脂、ABS(丙烯腈—丁二烯—苯乙烯)樹脂、PPS(聚亞苯基硫醚)、PEI(聚醚醯亞胺)或PEEK(聚醚醚酮)。在熱塑性樹脂中可根據要求和模塑條件還可加入著色劑、改性劑、玻璃纖維以外的填料、公知的添加劑等，它們可用常規法進行捏合。
本發明所使用的玻璃纖維是從玻璃纖維絲束料卷(以下簡稱為料卷)裡面抽出的玻璃纖維絲束(以下簡稱為絲束)，該料卷是由許多直徑為6~25微米的單絲成束纏繞，接著根據情況需要經空氣乾燥或加熱乾燥後製得的。
如果單絲的直徑小於6微米，玻璃纖維的生產率低，導致生產成本增加，這是不行的。如果單絲的直徑超過25微米，其剛性增大，並且變脆，於是在單絲通過L-FTP粒料生產裝置的樹脂浸漬模頭時，由於模具和玻璃之纖維間或玻璃纖維之間的摩擦作用，單絲容易斷裂，從而使粒料的質量降低，同時生產裝置的裡面起毛，使生產率降低。
關於上述的料卷，其典型例子可為圖1(a)所示的圓筒形直接纏繞的圓筒形料卷4和圖1(b)所示的腰鼓形絲餅9。如上所述，通過纏繞玻璃纖維絲束7，同時分別用往復導向部件和旋轉絲使絲束橫向移動，可製得直接纏繞的圓筒形料卷4或絲餅9，它們很容易用常規的玻璃纖維生產裝置和方法製得。這時可用纏繞直徑為D的絡絲機製得內徑為D的料卷。
本發明料卷的內徑D必需在18~50釐米範圍，優選25~33釐米，如果內徑小於18釐米，絲束纏繞成的直徑的料卷小，於是單位長度的捻轉數變大，加捻的程度就大，其為熱塑性樹脂的浸漬性能就差。減少作業變化如捻接的頻數，就要求料卷的纏繞數大，而且如果內徑小於18cm又要纏繞數增大，則料卷會變厚，從而上漿劑的乾燥效率變差。如果料卷內徑超過50釐米，雖然從減少絲束的捻轉數來看是有利的，但料卷變得龐大，就需要大的儲存空間，這是不利的。而且如果料卷內徑超過50釐米，對於絲束相同數的纏繞，則製得的料卷變薄，從而料卷的形狀不易控制和保持。另一方面，如果料卷內徑大到超過50釐米而纏繞數也大的話，則料卷會重而龐大，於是在處理和運輸過程中其操作性能變差。
當絲束被纏繞成料卷時，纏繞節距基本上取決於玻璃纖維生產裝置上的導向元件或螺旋金屬絲的橫向移動速度，而且其橫向移動的寬度受限制於料卷的寬度。於是，如上所述，當料卷的內徑增加時，從裡面被抽出的絲束的捻轉數可確實地減少。
在本發明中，料卷寬度優選10~60釐米，更優選15~40釐米，如果寬度小於10釐米，為了減少作業變化(如捻接)的頻數，則纏繞數需要增大，而如果纏繞數增大，則如上述製造料卷時，乾燥效率降低，同時在從料卷抽出時纖維易發生懸晃，於是引起管嘴堵塞。另一方面，如果料卷寬度超過60釐米，當絲束從裡面抽出時，在絲束引入導向裝置過程中時，絲束容易和料卷內表面摩擦，致使單絲容易斷裂。
如果直接纏繞的圓筒形料卷呈圓筒狀，則此形狀比下述的絲餅狀穩定，而且對它進行諸如堆集和輸送的處置效率也高。另一方面，如果呈圓筒形，則在纏繞玻璃纖維後的空氣乾燥或加熱乾燥的步驟中，伴隨著水份的除去會出現上漿劑積聚在料卷表面的現象，即所謂滲移現象。在這種情況下，在直接纏繞的圓筒形料卷的外周部分的絲束會被摔開，並且不一定被使用，但是，必須使用處在直接纏繞的圓筒形料卷的每個端面的絲束。於是，當絲束從直接纏繞的圓筒形料卷中抽出時，由於某些部分發生滲移現象，使得部分絲束上積聚了高濃度的上漿劑。如上所述，從直接纏繞的圓筒形料卷中抽出的玻璃纖維絲束有一部分上面積聚了高濃度的上漿劑。
對於直接纏繞的圓筒形料卷，其絲束中的單絲數通常至少為1600，熱塑性樹脂11就幾乎不會滲透到絲束7的內部，熱塑性樹脂11就很難均勻地浸漬到每根的單絲6的周圍，於是導致FRTP機械性能的下降。另一方面，為了防止熱塑性樹脂浸漬不充分，需要使玻璃纖維絲束7緩慢地通過模頭，使其與熱塑性樹脂11有充分的接觸時間，這又使生產率明顯下降，從而增加了生產成本。因此，如以下所述，優選使用絲餅。
在一個料卷的絲束用完後，或在使用料卷的過程中絲束斷裂時，就需要對二個絲束進行捻接，以保持進一步連續生產，在這種情況下，在兩根絲束捻接的部位，單絲的總數加倍，而常規的絲束至少含有1600根單絲，這樣，被捻接部分幾乎更不能被樹脂浸漬，而由於在模具內的抽出阻力增加使絲束更易斷裂，因此，也優選使用以下所述的絲餅。
另一方面，關於上述的絲餅，可按上述圖2(a)和圖2(b)的例子製造腰鼓形絲餅9，其製造方式，是許多根單絲6從出料孔1抽出，用塗布機2將上漿劑塗布在單絲6上，用成束部件3使許多單絲6成束，從而製得玻璃纖維絲束7，在用螺旋金屬絲8使絲束橫向移動的同時，使玻璃纖維絲束7纏繞。
螺旋金屬絲8包括二根絲8a和8b，它們與旋轉軸10相連(如圖3(a)和圖3(b)所示)，兩根絲8a和8b旋轉對稱地彎曲成弧形。旋轉軸10如圖3(b)的箭頭所示旋轉，玻璃纖維絲束7就交替地被絲8a和8b導向，進行橫向移動。用螺旋金屬絲8進行橫向移動與用往復導向部件5進行橫向移動(如圖4(a)所示)相比，前者更少出現由於摩擦和與絲束7的和接觸使單絲斷裂的現象。此外，絲束在螺旋金屬絲上是平坦伸展的，纏繞的絲束排列得很好，而且絲束纏繞後的狀態是各根絲相互間幾乎平行排列。於是在用樹脂浸漬時，絲束易鬆開成單絲，因此其浸漬性能優異。
所製得的絲餅9的形狀是絲束7纏繞成的腰鼓形絲餅，即中間部分較粗而兩邊逐漸減瘦的形狀(如圖1(b)所示)。這與上述直接纏繞的圓筒形料卷相比，在玻璃纖維被纏繞成絲餅後的空氣乾燥或加熱乾燥步驟中，不大會發生上漿劑隨同水份移向表面層積聚的現象(滲移現象)，而且即使有發生，也發生在纏繞開始時的絲餅最裡面和纏繞結束時的絲餅最外面，這些部分可以除去，因此積聚了上漿劑因而質量差的部分就不致於使用。
在本發明中每根玻璃纖維絲束中成束的單絲數至多1200根，這對直接纏繞的圓筒形料卷是特別優選的單絲數，因為此單絲數容易進行捻接。其原因是如果成束的單絲數超過1200，則使樹脂滲透到玻璃纖維絲束內需要很長時間，樹脂的浸漬不充分，並使加捻部分被熱塑性樹脂浸漬的性能特別差，而為了提高其對樹脂的浸漬性，其在浸漬模頭中與樹脂的接觸需要保持較長的時間，這樣會顯著降低生產率。而且需要長的浸漬模頭，樹脂的加熱時間也要延長，結果樹脂易發生受熱劣化，最終模塑品的外觀(特別是色調)受損。據此，每根玻璃纖維絲束中的成束單絲數更優選100~1000，最優選200~800。
本發明中，每根玻璃纖維絲束的支數(TEX)優選150~500，更優選200~350。如果支數小於150，則單絲數必須減少或者單絲直徑必須減少，從而降低了玻璃纖維的生產率。如果支數超過500，單絲數通常很多，就不易進行浸漬，並且由於增加了絲束尺寸，對加捻也產生巨大影響。
對於從料卷抽出的玻璃纖維絲束，其捻度係數TM優選滿足下式，更優選在0.088≤TM≤0.300範圍。
TM＝((旦尼爾克/9000米)1/2×(每米的捻轉數))/287.40.076≤TM≤0.350捻度係數是在具有不同支數的繩索之間配置捻回角的概念，因為在相同的捻轉數情況下，捻回角隨支數而變。獲得每米長的捻轉數要使得，在料卷的纏繞開始時，即首先從裡面抽出一部分時，絲束沿料卷內周邊抽出一周的長度被測量5次，得到5次測量的平均值，並計算出每米長的捻轉數，此時假定上述長度的絲束被加捻一次。例如，如果在旋轉的同時沿內周邊抽出絲束一周的長度為90釐米，則每米長的捻轉數為0.9次。
上式中使用每米長度的捻轉數，因為與使用每10釐米長度的捻轉數的常規繩索相比，前者的捻轉數非常小。每米長的捻轉數在料卷纏繞開始時得到，這是因為捻轉數隨料卷的厚度方向而變，還因為如果纏繞開始時的捻轉數滿足上式，事實上在纏繞直徑大於開始時的外面的捻度係數TM滿足0.076~0.350的範圍。為了提高正確性，使用5次測量的平均值來確定一周的長度，而如果能獲得一周的長度，則只要測量一次就足夠了。關鍵是獲得在料卷內徑部分的捻轉數。
如果捻度係數TM小於0.076，雖然加捻的程度低，料卷內徑必須超過50釐米，或者料卷寬度必需超過60釐米，料卷就變得龐大，或者如上所述，在絲束從裡面抽出時，由於絲束和料卷內表面的摩擦作用，單絲容易斷裂。如果支數小於150，捻度係數TM小於0.076，但是如上所述，玻璃纖維的生產率降低，生產成本增加。另一方面，如果捻度係數超過0.350，則加捻程度增加，浸漬性能變差。
在本發明中，包含在一個粒料中的玻璃纖維絲束數可根據浸漬模頭的尺寸、絲束中成束的單絲數、以及粒料的直徑進行任選。但每個粒料中的玻璃纖維絲束數通常優選為3~35，更優選5~15。如果粒料中的玻璃纖維絲束數小於3，則若使用相同的樹脂比例，粒料的直徑就小，因而生產率降低，而且一根絲束中成束的單絲數隨之增加，結果導致捻接部分使樹脂浸漬模頭中易發生管嘴堵塞現象。另一方面，如果超過35，則絲束之間的粘著不充分，於是在造粒時粒料容易斷裂。而且如果絲束數大，則在生產時所需的固化時間加長，捻接的頻數也增加。
在L-FTP粒料中玻璃纖維的含量優選30~85質量％，更優選40~75質量％。如果玻璃纖維的含量少於30質量％，則作為用來形成FRTP的母料中的玻璃含量不足；而如果超過85質量％，則相對於玻璃纖維的量，樹脂量太少，於是玻璃纖維的浸漬不充分。
本發明的L-FTP粒料可用JP-A-59-49913、JP-B-52-10140或U.S.P.4439387所揭示的生產裝置進行生產，圖5是所用生產裝置的一個例子。在圖5中，從許多玻璃纖維絲束料卷例如絲餅9的裡面抽出的玻璃纖維絲束7通過預熱爐24，然後進入樹脂浸漬模頭21，在加熱條件下經捏合的熔融熱塑性樹脂從擠出機25擠出進入樹脂浸漬模頭21，在樹脂浸漬模頭21中，熱塑性樹脂對許多併合的玻璃纖維絲束7進行浸漬，同時形成大致呈圓形截面形狀的細條。所得細條形模塑品28通過冷卻浴26冷卻而固化，用抽拉裝置27將其抽出，然後用造粒機29將其切割成一段段預定的長度，這就製得本發明的粒料30。所述粒料的長度不受什麼限制，通常合適的是0.3~3釐米。
在L-FTP粒料的上述生產過程中，從各個絲餅9抽出的每根玻璃纖維絲束7受到抽拉引起的張力並略微加捻，但其單位長度的捻轉數很小，至多如圖6(a)所示為每米一次，這是由於絲餅9的內徑增加到18釐米以上之故。而從內徑小的常規料卷中抽出的玻璃纖維絲束7，其捻轉數如圖6(b)所示為前者的兩倍。本發明的玻璃纖維絲束7和常規絲束相比，捻轉數較小，更易鬆開。所以在樹脂浸漬模頭21中被熱塑性樹脂浸漬時，每根單絲的間隙能被樹脂充分浸漬。
在如圖7所示的本發明的L-FTP粒料30中，許多玻璃纖維絲束7沿粒料的長度方向(抽拉方向)進行併合，被熱塑性樹脂11塗布並粘合，並且在每根玻璃纖維絲束7中，熱塑性樹脂11均勻地滲透在每根玻璃纖維絲束的每根單絲6的間隙內。另一方面，粒料中的玻璃纖維或單絲保持在基本上不變形也不扭曲的狀態，因此它們在粒料的整個長度方向上基本上是連續的，而且相互之間幾乎平行排列。
而且，作為玻璃纖維絲束7，它是從絲餅9中抽出的，絲餅9的製造是將許多根單絲6成束，並在用螺旋金屬絲8使它們作橫向移動的情況下將絲束纏繞成腰鼓形絲餅，然後進行加熱乾燥而形成的，因此絲束7的形狀較為平坦，在L-FTP粒料的橫截面中玻璃纖維絲束7的形狀比常規的絲束形狀平坦。將此粒料30單獨引入注塑機中，或者將此粒料30與僅由熱塑性樹脂組成的不含增強材料的粒料按任選比例混合後引入注塑機中，從而形成FRTP模塑品。
以下參考一些實施例對本發明作進一步詳述，但本發明並不受這些具體實施例的限制。
實施例1將10根玻璃纖維絲束組合成增強材料，其中每根絲束都是從絲餅中抽出的，所述絲餅的內徑為28.6釐米，料卷寬度為23.0釐米(TM＝0.212)，所述絲餅的製造是將600根直徑為16微米(330TEX)的單絲進行成束，並用螺旋金屬絲將它們纏繞成腰鼓形。將這10根絲束中的每一根分別通過樹脂浸漬模頭的10個管嘴，並在這些樹脂浸漬模頭中加入熱塑性樹脂，此熱塑性樹脂包含MT＝30的聚丙烯和10％酸改性的聚丙烯(UNIROYAL CHEMICAL製造，商品名POLYBONP3200)。用圖5所示方法將這些玻璃纖維絲束以20米/分鐘的速率，樹脂溫度為260℃，從φ2.2毫米的10個管嘴中抽出，從而製得玻璃含量為60質量％的聚丙烯/玻璃纖維(GF)的L-FTP粒料。
此外，使用所述L-FTP粒料作為母料，加入預定量的聚丙烯，用擠出機製得符合ASTM的含30質量％玻璃纖維的強度測試樣品。
實施例2除了用12根玻璃纖維絲束作為增強材料外，其它按照實施1相同的方法製造玻璃纖維含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，每根絲束都是從絲餅中抽出的，所述絲餅的內徑為28.6釐米，料卷寬度為23.0釐米(TM＝0.175)，所述絲餅的製造是將600根直徑為13微米(225TEX)的單絲進行成束，然後用螺旋金屬絲將它們纏繞成腰鼓形。
此外，使用與實施例1相同的方法製造符合ASTM的含30質量％玻璃纖維的強度測試樣品。
實施例3使用與實施例1相同的方法製造玻璃含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，不同的是使用10根玻璃纖維絲束作為增強材料，每根絲束都是從絲餅中抽出的，所述絲餅的內徑為20.0釐米，料卷寬為30.0釐米(TM＝0.302)，所述絲餅的製造是將600根直徑為16微米(330TEX)的單絲進行成束，然後用螺旋金屬絲將它們纏繞成腰鼓形。
此外，使用與實施例1相同的方法製造符合ASTM的含30質量％玻璃纖維的強度測試樣品。
實施例4按照實施例1相同的方法製造玻璃纖維含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，不同的是使用三根玻璃纖維絲束作為增強材料，每根絲束從直接纏繞的圓筒形料卷(表1中稱為圓筒形料卷)抽出，所述圓筒形料卷的內徑為28.6釐米，料卷寬度為33.0釐米(TM＝0.387)。所述圓筒形料卷由2000根單絲成束而成(1100TEX)，每根單絲的直徑為16微米。
此外，用與實施例1相同的方法，以L-FTP粒料作為母料，製造符合ASTM的玻璃含量30質量％的強度測試樣品。
比較例1按照實施例1相同的方法製造玻璃含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，不同的是用7根玻璃纖維絲束作為增強材料加以組合，每根絲束是從絲餅中抽出的，所述絲餅的內徑為16.0釐米，料卷寬度為20.0釐米(TM＝0.437)，所述絲餅的製造是通過將800根直徑為16微米的單絲(440TEX)成束，並用螺旋金屬絲將其纏繞成腰鼓形.5根上述組合物分別通過5個管嘴。另用8根玻璃纖維絲束作為增強材料組合也將5根這樣的組合物的分別通過5個管嘴。
此外，用與實施例1相同的方法，以L-FTP粒料作為母料，製造符合ASTM的玻璃含量30質量％的強度測試樣品。
比較例2按照實施例1相同的方法製造玻璃含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，不同的是用10根玻璃纖維絲束作為增強材料組合之，其中每根絲束從直接纏繞的圓筒形料卷中抽出，所述直接纏繞的圓筒形料卷的內徑為16.0釐米，料卷寬度為26.5釐米(TM＝0.378)，所述直接纏繞的圓筒形料卷是由600根單絲成束而成(330TEX)，每根單絲的直徑為16微米。
此外，用與實施例1相同的方法，以L-FTP粒料作為母料，製造符合ASTM的玻璃含量30質量％的強度測試樣品。
比較例3按照實施例1相同的方法製造玻璃含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，不同的是使用3根玻璃纖維絲束組合成為增強材料，其中每根絲束是從直接纏繞的圓筒形料卷(選用表2的圓筒形料卷)中抽出，所述直接纏繞的圓筒形料卷的內徑為16.0釐米，料卷寬度為26.5釐米(TM＝0.690)，它由2000根單絲成束而成(1100TEX)，每根單絲的直徑為16微米。
此外，用與實施例1相同的方法，以L-FTP粒料作為母料，製造符合ASTM的玻璃含量30質量％的強度測試樣品。
比較例4按照實施例1相同的方法製造玻璃含量為60質量％的聚丙烯/GF的L-FTP粒料，不同的是使用10個玻璃纖維絲束組合成為增強材料，其中每根絲束從絲餅中抽出，所述絲餅的內徑為16.0釐米，料卷寬度為26.5釐米(TM＝0.378)，所述絲餅的製造是通過將600根直徑為16微米的單絲成束，然後用螺旋金屬絲將其纏繞成腰鼓形。
此外，用與實施例1相同的方法，以L-FTP粒料作為母料，製造符合ASTM的玻璃含量30質量％的強度測試樣品。
在上述實施例1-4和比較例1-4中，在製造L-FTP粒料時，觀察(a)由於毛絲引起堵塞造成的絲束斷裂和(b)捻接的可能性，並測定在L-FTP粒料中熱塑性樹脂的浸漬情況。此外，測出每個強度測試樣品的撓曲強度和衝擊強度，其結果和上述生產條件示於表1。
粒料浸漬情況的測定是用紅色標記試驗(紅墨水試驗)的方法進行的，試驗時將粒料浸在紅墨水中，用肉眼觀察，從粒料邊緣沿長度方向的著色情況，將著色情況從優(1)到差(5)分為五級。此外，「毛絲引起堵塞造成的絲束斷裂」是在操作開始的10小時後進行觀測。
由表1和表2可見，在比較例1~4中，所述料卷的內徑小於18釐米，與本發明的實施例1~4相比，其捻度係數較高，加捻程度較大，因而粒料中用樹脂浸漬的情況通常較差。其結果是雖然絲餅與圓筒形料卷相比，前者在用樹脂浸漬時其性能更優，但所製得的L-FTP粒料生產的模塑品，其撓曲強度和衝擊強度較高。本發明的實施例優於比較例。
即是在實施例1和比較例4中，它們用的料卷都是絲餅，而且除了料卷內徑不同外，其它條件都相同。然後，在實施例1粒料中的玻璃纖維間隙被樹脂充分浸漬，但在比較例4中就不能充分浸漬，而且其模塑品的撓曲強度和衝擊強度也比實施例1差。
在實施例4和比較例3中，它們用的料卷都是直接纏繞的圓筒形料卷，它是是將2000根單絲成束後纏繞成圓筒形，因此與上述料卷是絲餅的情況相比，實施例4和比較例3的粒料被樹脂浸漬的程度差。但是，絲束的加捻程度隨料卷的內徑而不同，因而粒料被樹脂浸漬的程度就存在明顯差異，比較例3中樹脂浸漬的情況就比實施例4差，比較例3中的強度也差。此外，在實施例4和比較例3中，由於是大量單絲成束，就不可能進行捻接，但是，實施例4中加捻程度低，因此就不會發生毛絲引起堵塞造成的絲束斷裂。而在比較例3中，由於絲束加捻程度高，在管嘴處發生了三次絲束斷裂。
在實施例1到實施例4中，全部不發生毛絲引起堵塞造成的絲束斷裂現象，而在比較例1中，雖然料卷是絲餅，但由於絲束的加捻程度高，在管嘴處就發生了一次絲束斷裂。
此外，實施例2中的單絲直徑為13微米，比實施例1小，而絲束數增加到12。發現如上所述通過增加絲束數來彌補單絲直徑小，可使實施例2的粒料中樹脂浸漬的程度達到和實施例1中同樣良好的情況，而且通過增加絲束數可以得到比實施例1更高的撓曲強度和衝擊強度。
表 1
表 2
如上所述，在本發明中料卷的內徑在18～50釐米範圍，這比常規料卷的內徑大。因此，從本發明料卷裡面抽出並供給樹脂浸漬模頭的絲束，其單位長度的捻度係數要比使用常規料卷的小。所以，在樹脂浸漬模頭中絲束更易鬆開成單絲，單絲的間隙可被熱塑性樹脂充分浸漬，從而製得質量好的L-FTP粒料。
由於料卷的纏繞內徑大，因此可在不增加料卷纏繞厚度的情況下使纏繞數增加，與內徑小而相同纏繞數的常規料卷相比，可以減少捻接頻數並降低作業強度，並且還可減少由於滲移引起局部積聚高濃度上漿劑的部分。
如上所述，用捻轉數小和加捻程度低的絲束製造L-FTP粒料，其質量好，其中，玻璃纖維和樹脂之間的粘著得到提高，玻璃纖維在粒料的整個縱向上基本連續，而且相互之間幾乎平行排列。其結果是可以提高注塑成形製得的模塑品的強度。
於2002年6月21日提出的日本專利申請2002-181517，其整個文本，包括說明書、權利要求書、附圖以及摘要都參考結合於此。
權利要求
1.玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法它包括以下步驟從玻璃纖維絲束料卷裡面抽出玻璃纖維絲束，並將它們引入樹脂浸漬模頭中的步驟；將熔融的熱塑性樹脂提供給樹脂浸漬模頭，並用熱塑性樹脂浸漬玻璃纖維絲束的步驟；將用熱塑性樹脂浸漬過的玻璃纖維絲束從樹脂浸漬模頭中抽出，並冷卻和固化熱塑性樹脂，從而製得線性模塑品的步驟；以及將此模塑品切割成預定長度的步驟，方法中所用的玻璃纖維是從料卷中抽出的玻璃纖維絲束，每個料卷是將直徑為6～25微米的許多根單絲成束，再纏繞成內徑為18～50釐米的料卷製得的。
2.如權利要求1所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，每個料卷是通過在用螺旋金屬絲使玻璃纖維絲束作橫向移動的同時，將玻璃纖維絲束纏繞成腰鼓形製得的。
3.如權利要求1或2所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，所述料卷的寬度為10～60釐米。
4.如權利要求1～3中任何一項所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，在每一個玻璃纖維絲束中成束的單絲數至多1200根。
5.如權利要求1～4中任何一項所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，每一個玻璃纖維絲束的支數(TEX克/1000米)為150～500。
6.如權利要求1～5中任何一項所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，在粒料中玻璃纖維的含量為30～85質量％。
7.如權利要求1～6中任何一項所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，粒料中所含玻璃纖維絲束數為3～35。
8.如權利要求1～7中任何一項所述的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法，其特徵在於，從每個料卷中抽出的玻璃纖維絲束的捻度係數TM滿足下式TM＝((旦尼爾克/9000米)1/2×(每米的捻轉數))/287.40.076≤TM≤0.350
9.如權利要求1～8中任何一項所述的方法生產的玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料，其特徵在於，所述的玻璃纖維在粒料的整個縱向上基本連續，並且相互之間幾乎平行排列。
10.用於玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的料卷，其特徵在於，從所述料卷中抽出的玻璃纖維絲束的捻度係數TM滿足下式TM＝((旦尼爾克/9000米)1/2×(每米的捻轉數))/287.40.076≤TM≤0.350
全文摘要
玻璃纖維增強熱塑性樹脂粒料的生產方法它包括以下步驟從玻璃纖維絲束料卷裡面抽出玻璃纖維絲束，並將它們引入樹脂浸漬模頭中的步驟；將熔融的熱塑性樹脂提供給樹脂浸漬模頭，並用熱塑性樹脂浸漬玻璃纖維絲束的步驟；將用熱塑性樹脂浸漬過的玻璃纖維絲束從樹脂浸漬模頭中抽出，並冷卻和固化熱塑性樹脂，從而製得線性模塑品的步驟；以及將此模塑品切割成預定長度的步驟，方法中所用的玻璃纖維是從料卷中抽出的玻璃纖維絲束，每個料卷是將直徑為6～25微米的許多根單絲成束，再纏繞成內徑為18～50釐米的料卷製得的。
文檔編號C08K7/14GK1478647SQ0314944
公開日2004年3月3日 申請日期2003年6月20日 優先權日2002年6月21日
發明者水上 , 水上徹, 吾, 尾崎憲吾 申請人:旭玻璃纖維股份有限公司