制造纖維增強樹脂模制品的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過將樹脂與增強纖維捏合，然后將捏合的混合物放入或裝入模塑裝置中而制造纖維增強樹脂模制品的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于輕質(zhì)和高強度，由混有增強纖維的樹脂制造的纖維增強樹脂模制品(纖維增強塑料(FRP))用于各種工業(yè)領(lǐng)域中，例如汽車工業(yè)、建筑工業(yè)和航空工業(yè)。
[0003]例如，在汽車工業(yè)中，纖維增強樹脂模制品用于車輛框架結(jié)構(gòu)元件如支柱、搖臂和下部地板，以及需要提供精細外觀的車輛非結(jié)構(gòu)元件如發(fā)動機罩面板。這可降低車輛重量，同時確保車輛具有足夠的強度，由此有助于制造節(jié)約燃料且環(huán)境友好車輛的嘗試。
[0004]存在多種多樣的制造上述纖維增強樹脂模制品的制造方法。在一種制造方法中，使用捏合機，例如雙螺桿擠出機。根據(jù)該方法，首先將樹脂粒料供入捏合機的樹脂熔融區(qū)中，在其中樹脂粒料熔融，然后將熔融的樹脂從樹脂熔融區(qū)中擠出。然后，將增強纖維束供入捏合機的捏合區(qū)域中，在其中將熔融的樹脂與增強纖維捏合，從而制得捏合的混合物。然后，將捏合的混合物放入或裝入模塑裝置中。以此方式制得了纖維增強的樹脂模制品。
[0005]供入捏合機中的增強纖維的實例包括碳纖維和玻璃纖維。就易于處理和生產(chǎn)效率的角度而言，將作為用粘合劑結(jié)合在一起的例如12K(12000)、24K(24000)或50Κ(50000)纖維(單絲)束的粗紗原樣供入捏合機中，在捏合機中切斷，然后與熔融的樹脂捏合，從而制得捏合的混合物。
[0006]美國專利6，776，596描述了一種纖維增強樹脂的制造裝置，在其中將樹脂(熱塑性樹脂)和增強纖維的粗紗供入雙螺桿擠出機中，將增強纖維的粗紗與熱塑性樹脂捏合，同時增強纖維由于雙螺桿擠出機的螺桿旋轉(zhuǎn)而切斷，由此制得捏合的混合物。
[0007]如上所述，通過將增強纖維束供入捏合機中而制造用于纖維增強樹脂模制品的捏合混合物。以此方式，無需對該易于處理的增強纖維進行任何加工。其結(jié)果是提高了生產(chǎn)效率。然而，增強纖維結(jié)合在一起，從而形成束，因此在各束的內(nèi)部和外部之間由捏合機施加至纖維束上的外部力顯著變化。其結(jié)果是在捏合機中破碎后，增強纖維的纖維長度顯示出寬分布(寬范圍波動)。纖維長度分布很寬(在寬范圍內(nèi)變化)，例如從1mm或更短的長度至25_或更長的長度。由包含具有寬長度分布的增強纖維的捏合混合物制得的纖維增強樹脂模制品具有物理性質(zhì)波動，因此成為具有強度波動的質(zhì)量較次的模制品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供了一種通過將樹脂與增強纖維捏合，然后將捏合的混合物放入或裝入模塑裝置中而制造纖維增強樹脂模制品的制造方法，所述制造方法能制造具有較窄物理性質(zhì)波動的纖維增強樹脂模制品。
[0009]本發(fā)明的一個方面涉及一種制造纖維增強樹脂模制品的制造方法。所述制造方法包括:在捏合機中將熔融熱塑性樹脂與通過將增強纖維束開松獲得的開松增強纖維捏合以制造捏合的混合物；和將捏合的混合物放入或裝入模塑裝置中以制造纖維增強樹脂模制品Ο
[0010]在本發(fā)明的制造方法中，捏合的混合物通過將通過增強纖維束開松獲得的開松增強纖維供入捏合機中而制造，而不是將增強纖維束，即增強纖維的粗紗供入捏合機中。由于將開松的增強纖維供入捏合機中，由捏合機施加至開松增強纖維上的外部力(切斷力)變得盡可能均勻，從而使得增強纖維的纖維長度在切斷后變得盡可能均勻。其結(jié)果是，獲得了包含具有較窄纖維長度分布的增強纖維的捏合混合物。因此，可制得具有較窄物理性質(zhì)波動的纖維增強樹脂模制品。值得注意的是，“纖維開松”意指使增強纖維束變?yōu)檫B續(xù)且寬薄形式的步驟。由于存在于厚度方向上的纖維數(shù)量通過纖維開松而減少，因此纖維束容易且均勻地被樹脂浸漬。
[0011]在這種情況下，可使用例如其中引入螺桿的雙螺桿捏合機(捏合型擠出機)作為捏合機。
[0012]存在各種用于開松增強纖維束的方法。開松方法的實例包括用圓棒擠壓纖維束的方法、通過將纖維暴露于水流或高壓氣流中而分開纖維的方法，和通過用超聲振動法振動纖維而分開纖維的方法。然而，就生產(chǎn)效率以及開松寬度和開松厚度的高精度控制而言，優(yōu)選使用裝備有開松輥的開松裝置。
[0013]所用熱塑性樹脂的實例包括結(jié)晶塑料如聚烯烴樹脂，包括聚丙烯(ΡΡ)，和尼龍(ΡΑ)，以及無定形塑料如聚碳酸酯(PC)和熱塑性環(huán)氧樹脂。
[0014]所用增強纖維的實例包括由任一種下述纖維類型中構(gòu)成的單一材料纖維和由兩種或更多種下述纖維類型構(gòu)成的混合材料纖維:無機纖維如玻璃纖維和碳纖維；陶瓷纖維；金屬纖維；和有機纖維。
[0015]可使用包括壓縮模塑、注射模塑、注射擠出模塑的各種模塑方法作為模塑捏合混合物的模塑方法。因此，就“將捏合的混合物放入或裝入模塑裝置中”而言，當(dāng)對捏合的混合物進行壓縮模塑時，將該捏合的混合物放入模塑裝置中；而當(dāng)對捏合的混合物進行注射模塑等時，將該捏合的混合物裝入模塑裝置中。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明上述方面的制造方法中，可通過將開松的增強纖維切斷而獲得切段增強纖維，且可將切段增強纖維供入捏合機中以制造捏合的混合物。
[0017]通過將開松的增強纖維切斷而獲得切段增強纖維，并將切段增強纖維供入捏合機中。因此，可使得纖維長度分布變窄，由此制得包含具有較窄纖維長度分布的增強纖維的捏合混合物。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明上述方面的制造方法中，捏合機可具有位于上游側(cè)且熱塑性樹脂通過其供入捏合機的樹脂進料口、位于樹脂進料口的下游且增強纖維通過其供入捏合機的纖維進料口，和捏合的混合物通過其從捏合機擠出的擠出口。此外，捏合機可至少在樹脂進料口和纖維進料口之間的位置具有放氣口，其中由熔融熱塑性樹脂產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體通過放氣口從捏合機中排出。
[0019]開松且切段的增強纖維(例如碳纖維)可為具有約6-7 μ m直徑的顯著細的纖維。因此，切段增強纖維供入纖維進料口可能受到由熱塑性樹脂產(chǎn)生的揮發(fā)性氣流的阻礙。
[0020]為了防止該問題，在樹脂進料口和纖維進料口之間的位置具有放氣口，其中由熔融熱塑性樹脂產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體通過放氣口從捏合機中排出。其結(jié)果是，切段增強纖維被高效供應(yīng)至位于放氣口下游的纖維進料口。
[0021]值得注意的是，“捏合機至少在樹脂進料口和纖維進料口之間的位置具有放氣口，其中由熔融熱塑性樹脂產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體通過放氣口從捏合機中排出”不僅包括在樹脂進料口和纖維進料口之間具有放氣口的構(gòu)造，而且包括其他設(shè)置，例如其中除上述放氣口之夕卜，在纖維進料口下游具有另一放氣口的構(gòu)造。
[0022]在根據(jù)本發(fā)明上述方面的制造方法中，捏合機可具有進料輔助機構(gòu)，其將切段增強纖維輔助進料至纖維進料口，增強纖維通過纖維進料口供入捏合機中。所述進料輔助機構(gòu)可為抽吸單元或產(chǎn)生朝向纖維進料口的氣流的氣流發(fā)生器，所述氣流發(fā)生器位于纖維進料口附近。
[0023]至少在纖維進料口的上游位置處具有放氣口防止了如下問題:切段增強纖維進料至纖維進料口會受到由熱塑性樹脂產(chǎn)生的揮發(fā)性氣流的阻礙。在上述構(gòu)造中，進料輔助機構(gòu)位于捏合機處或其附近，從而輔助切段增強纖維進料至纖維進料口中。
[0024]進料輔助機構(gòu)可為位于捏合機纖維進料口附近的抽吸單元。在這種情況下，切段增強纖維被抽吸單元抽吸，從而引入纖維進料口中?；蛘?，進料輔助機構(gòu)可為氣流發(fā)生器，例如鼓風(fēng)機，其位于纖維進料口附近。在這種情況下，切段增強纖維被氣流發(fā)生