玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體及其制法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使玻璃纖維分散而提高了強(qiáng)度的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體及 其制法，詳細(xì)而言，涉及底座、軸襯、扭力桿等作為具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體發(fā)揮出優(yōu)異的性 能的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體及其制法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)所使用的部件，要求高溫多濕條件下的強(qiáng)度、耐水性、耐熱 性、耐氯化鈣性（由于使用氯化鈣作為融雪劑）等特性。這樣的部件一直以來(lái)通常是金屬 制的，但是近年來(lái)，由于輕量化的需求而研究出了使用了纖維強(qiáng)化樹脂（FRP)作為代替金 屬部件的汽車用部件。其中，使玻璃纖維分散于熱塑性樹脂而成的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹 脂的通用性、加工性、成型性等優(yōu)異，從成本方面出發(fā)也優(yōu)異，因此可以期待應(yīng)用于上述那 樣的用途。由玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂形成的成型體通常通過(guò)將熱塑性樹脂和玻璃纖維熔 融混煉進(jìn)行粒料化，將其再熔融進(jìn)行注射成型等而制造（參照例如專利文獻(xiàn)1~3)。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2012-25844號(hào)公報(bào)
[0006] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2003-285323號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2010-189637號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)4 :W02012/124060號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0010] 然而，如上所述，暫時(shí)粒料化而制作目標(biāo)的成型體時(shí)，在制作該粒料時(shí)在熔融混煉 機(jī)內(nèi)，玻璃纖維受到剪切應(yīng)力而折損，上述玻璃纖維微細(xì)化（纖維長(zhǎng)度為0. 5mm以下），進(jìn)而 受到注射成型時(shí)的剪切應(yīng)力，從而上述玻璃纖維更加微細(xì)化。因此，存在如下問(wèn)題：這樣得 到的成型體內(nèi)的玻璃纖維變得過(guò)于微細(xì)，從而成型體的強(qiáng)度提高效果小。
[0011] 因此，研究了使用長(zhǎng)纖維強(qiáng)化樹脂粒料（拉拔制法中制作的含有纖維長(zhǎng)度長(zhǎng)的玻 璃纖維的粒料）。然而，如果這樣做，則存在如下問(wèn)題：會(huì)對(duì)成型性帶來(lái)惡劣影響，進(jìn)而制作 底座、軸襯、扭力桿等具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體時(shí)，由該長(zhǎng)纖維帶來(lái)的殘余應(yīng)力變大、進(jìn)而由 于提高了樹脂向玻璃纖維的浸透性而不得不使用分子量低的樹脂，因此成型體得不到充分 的強(qiáng)度。另外，如先前的專利文獻(xiàn)2、3那樣，還提出了將長(zhǎng)纖維強(qiáng)化樹脂粒料和短纖維強(qiáng)化 樹脂粒料混合而成型的方法，但如果這樣做，則成型性雖然得到改善，但由于纖維長(zhǎng)度分布 發(fā)生二極化，所以還不至于解決殘余應(yīng)力。
[0012] 另外，如上述的現(xiàn)有的由玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂形成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體 存在如下問(wèn)題：在成型為薄壁時(shí)，特別是高溫氣氛中、吸水時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度降低。在這樣的情 況下，以往是成型為厚壁而解決該問(wèn)題，但這樣一來(lái)，還會(huì)產(chǎn)生輕量化效果小這樣的問(wèn)題。
[0013] 另外，如專利文獻(xiàn)4那樣，還提出了如下方法：對(duì)于由纖維強(qiáng)化樹脂形成的外皮層 和芯層分別調(diào)節(jié)材料以使兩者的彎曲模量不同，通過(guò)夾層成型而得到目標(biāo)的成型體，從而 解決上述問(wèn)題。然而，由于夾層成型體中存在層界面，因此有得不到充分的強(qiáng)度的擔(dān)心。另 外，為了進(jìn)行夾層成型，由于還需要專用的成型機(jī)，因此還有制造成本增大的擔(dān)心。
[0014] 本發(fā)明是鑒于這樣的情況而做出的，其目的在于，提供即便不進(jìn)行成型為厚壁等 的處理，在高溫氣氛中、吸水時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度也優(yōu)異、并且充分具備具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體所 要求的應(yīng)變耐性等強(qiáng)度的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體及其制法。
[0015] 用于解決問(wèn)題的方案
[0016] 為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第一主旨是玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體，其特 征在于，其為具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體，上述成型體中，下述（A)~ (D)所示的纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維以下述（A)~（D)所示的比率（相對(duì)于纖維狀填料總體數(shù) 的比率）被分散。
[0017] (A) 0. 05mm 以上且小于 0· 5mm :40 ~80%，
[0018] (B) 0. 5mm 以上且小于 1.0 mm : 15 ~40%，
[0019] (C) 1.0 mm 以上且小于 3. Omm :5 ~30%，
[0020] (D) 3. Omm 以上：1% 以下。
[0021] 另外，本發(fā)明的第二主旨是玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體的制法，其為上述第 一主旨的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體的制法，將玻璃纖維和熱塑性樹脂分別直接投入 至注射成型機(jī)中，通過(guò)該注射成型而得到目標(biāo)的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體。
[0022] 即，本發(fā)明人等為了解決前述課題，反復(fù)進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果，本發(fā)明人等對(duì) 于具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體，著眼于成型體中的強(qiáng)化纖維的長(zhǎng)度， 發(fā)現(xiàn)通過(guò)具有如上述（A)~（D)所示的特定的玻璃纖維長(zhǎng)度分布，即便不進(jìn)行厚壁設(shè)計(jì)等 的處理，在高溫氣氛中、吸水時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度也優(yōu)異并且充分具備具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體所 要求的應(yīng)變耐性等強(qiáng)度，至此完成了本發(fā)明。
[0023] 需要說(shuō)明的是，將玻璃纖維和熱塑性樹脂的混合物暫時(shí)粒料化而成的物質(zhì)作為材 料進(jìn)行注射成型等而得到成型體的現(xiàn)有的方法中，難以得到如上述的特定的玻璃纖維長(zhǎng)度 分布。因此，本發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，實(shí)施將玻璃纖維和熱塑性樹脂分別直接投入至注射成型機(jī) 中，通過(guò)該注射成型而得到目標(biāo)的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體的制法，結(jié)果能夠容易 地制造如上述（A)~（D)所示那樣具有特定的玻璃纖維長(zhǎng)度分布的成型體。
[0024] 發(fā)明的效果
[0025] 如以上，本發(fā)明的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，作為熱塑性樹 脂中的纖維狀填料，前述（A)~（D)所示的纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維以前述（A)~（D)所示的 比率被分散。因此，即便不進(jìn)行厚壁設(shè)計(jì)等處理，在高溫氣氛中、吸水時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度也優(yōu)異， 也能夠充分地具備具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體所要求的應(yīng)變耐性等強(qiáng)度。并且，上述成型體通 過(guò)制成例如為發(fā)動(dòng)機(jī)底座、軸襯、扭力桿等汽車用軸承部件，能夠發(fā)揮出優(yōu)異的性能。
[0026] 另外，通過(guò)將玻璃纖維和熱塑性樹脂分別直接投入至注射成型機(jī)中，利用該注射 成型，得到本發(fā)明的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體這樣的特殊制法，能夠良好地制造具 有如前述（A)~（D)所示那樣的特定的玻璃纖維長(zhǎng)度分布的本發(fā)明的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性 樹脂成型體。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是實(shí)施例中制作的試驗(yàn)片的結(jié)構(gòu)圖，圖1的（a)表示俯視圖，圖1的（b)表示 側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 接著，對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
[0029] 本發(fā)明的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。此處，"具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)" 既可以指該成型體的一部分具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，也可以是該成型體整體表現(xiàn)出環(huán)狀結(jié)構(gòu)。進(jìn)而， 除了圓環(huán)狀以外，環(huán)狀也可以是五邊形、六邊形等角形的環(huán)狀。
[0030] 并且，對(duì)于本發(fā)明的玻璃纖維強(qiáng)化熱塑性樹脂成型體，在該成型體中，下述（A)~ (D)所示的纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維以下述（A)~（D)所示的比率（相對(duì)于纖維狀填料總體數(shù) 的比率）被分散。通過(guò)這樣進(jìn)行調(diào)整，由纖維長(zhǎng)度的差導(dǎo)致的殘余應(yīng)力變小。需要說(shuō)明的 是，如果纖維長(zhǎng)度3. Omm以上（D)的玻璃纖維較多地殘留，則具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的成型體所需要 的韌性喪失，并且產(chǎn)生應(yīng)力集中，斷裂強(qiáng)度降低。另外，纖維長(zhǎng)度0. 05以上且小于0. 5mm(A) 的比率過(guò)多時(shí)，由纖維強(qiáng)化帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)性消失。為了抑制殘余應(yīng)力，纖維長(zhǎng)度0. 5mm以上且 小于1.0 mm⑶的比率和纖維長(zhǎng)度1.0 mm以上且小于3. Omm(C)的比率優(yōu)選以下述所示的范 圍包含，這樣，即便在高溫氣氛中、吸水時(shí)，纖維強(qiáng)化的效果也會(huì)變大且成型體的強(qiáng)度提高。
[0031] (A) 0. 05mm 以上且小于 0· 5mm :40 ~80%，
[0032] (B) 0. 5mm 以上且小于 1.0 mm : 15 ~40%，
[0033] (C) 1.0 mm 以上且小于 3. Omm :5 ~30%，
[0034] (D) 3. Omm 以上：1% 以下。
[0035] 特別是從在高溫氣氛中、吸水時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度更優(yōu)異出發(fā)，優(yōu)選的是：上述（A)所示 的纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維的比率為50~70%，上述（B)所示的纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維的比率 為20~40%，上述（C)所示的纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維的比率為10~30%，上述（D)所示的 纖維長(zhǎng)度的玻璃纖維的比率為1%以下。
[0036] 如上所述，上述（A)~（D)所示的玻璃纖維的比率為相對(duì)于纖維狀填料總體數(shù)的 比率，可以按照例如日本特開2002-5924號(hào)公報(bào)所公開的玻璃纖維長(zhǎng)度分布測(cè)定方法進(jìn)行 測(cè)定。即，使上述成型體在500~700°C的溫度下灰化，使之在灰化后的玻璃纖維重量的 1000倍以上重量的水中均勻分散，從該均勻分散液中以使玻璃纖維的重量成為0. 1~2mg 范圍的方式取出均勻分散液的一部分，通過(guò)過(guò)濾或干燥從上述均勻分散液的一部分中取出 玻璃纖維，對(duì)于玻璃纖維的總數(shù)，測(cè)定纖維長(zhǎng)度，求出相對(duì)于該總數(shù)的相當(dāng)于上述（A)~ (D)的纖維的比率（％)。需要說(shuō)明的是，如上述，也可以不使之分散于水中而是從灰化后的 殘?jiān)睦w維塊中隨機(jī)地選擇纖維，以其為基準(zhǔn)進(jìn)行上述測(cè)定。另外，上述公報(bào)中公開的玻璃 纖維長(zhǎng)度分布測(cè)定方法中，可以采取使作為成型體的聚合物的熱塑性樹脂在高溫下熔融、 灰化后取出成型體中的玻璃纖維的方法，也可以采取用溶劑溶解上述熱塑性樹脂后再取出 成型體中的玻璃纖維的方法。需要說(shuō)明的是，由上述公報(bào)中公開的玻璃纖維長(zhǎng)度分布測(cè)定 方法可知，上述（A)~（D)所示的玻璃纖維長(zhǎng)度分布并非表示上述成型體的材料（樹脂組 合物）中的分布狀態(tài)，而是表示上述成型體（樹脂固化物）中的分布狀態(tài)。另外，