Material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibra y método de fabricación de la misma
Descripción general
 Se proporciona un material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras que tiene buenas propiedades de impregnación y que imparte fácilmente diversas funciones, y un método de producción altamente eficiente del mismo. ] Impregnada con la primera resina termoplástica a las fibras de refuerzo continuas, a que se centra la relación de aspecto de material compuesto, material compuesto 5 o más similar a cinta reforzada con fibras de resina termoplástica y se integra mediante el recubrimiento de la segunda resina termoplástica Su método de fabricación.
Campo técnico
Campo técnico La presente invención se refiere a un material compuesto reforzado con fibras y a un material de moldeo que usa una resina termoplástica como matriz.
Convencionalmente, un material compuesto reforzado con fibras que usa una resina termoendurecible como matriz se ha usado principalmente para diversos materiales de moldeo y similares. Sin embargo, desde el punto de vista de la tenacidad, la capacidad de almacenamiento y el reciclado, un material compuesto reforzado con fibra que utiliza una resina termoplástica como matriz ha atraído la atención y se ha desarrollado activamente en los últimos años. Sin embargo, las resinas termoplásticas son generalmente altas en viscosidad en estado fundido y difíciles de impregnar fibras de refuerzo, por lo que se están desarrollando varios métodos. Por ejemplo, hay un método de hilo de fibra mezclado en el que una resina termoplástica se transforma en fibras y se mezcla uniformemente con fibras de refuerzo, y un método en el que el polvo de resina termoplástica se dispersa entre las fibras de refuerzo. Sin embargo, en estos casos, es necesario fundir e infiltrar la resina termoplástica en el momento del moldeo, y el tiempo de moldeo es relativamente largo, y es necesario aumentar la presión de moldeo.
Por otro lado, también se han desarrollado varios métodos para impregnar directamente con resina termoplástica fundida. En este caso, por la fusión de la resina en un extrusor, y se introduce en un troquel, para impregnar las fibras de refuerzo en el mismo, o provista de salientes en la matriz, o una condición de que el pasador ya lo largo de las fibras de refuerzo, apretando por Hay un método de impregnación. Sin embargo, dado que la viscosidad de la resina fundida es alta, aumenta la tensión de recogida del material compuesto reforzado con fibra impregnado, lo que dificulta la mejora de la velocidad de producción. Por lo tanto, un método para reducir la viscosidad de fusión de la resina termoplástica para facilitar la impregnación y, al mismo tiempo, reducir la tensión de recogida, etc., se usa conjuntamente.
Tarea de solución
Por encima, en la impregnación de matriz, matriz retardante de llama, agentes antiestáticos, agentes de desmoldeo, lubricantes, aceleradores de la cristalización, antioxidantes, absorbentes de ultravioleta, estabilizadores térmicos, se añaden diversos pigmentos tales aditivos Para hacer uniforme el grado, también es necesario limpiar la extrusora y la matriz, reemplazar la matriz y reemplazar la matriz de conformado en la salida de la matriz para alinear los grados con diferentes contenidos de fibra de refuerzo, y la tasa de operación Y la productividad se deteriora. Por otro lado, cuando se reduce la viscosidad de la masa fundida, la impregnación se vuelve más fácil y la productividad también mejora, pero las propiedades físicas como el material compuesto reforzado con fibra obtenido tienden a deteriorarse.
Solución
Como resultado de estudios serios para resolver los problemas anteriores, la presente invención se ha completado. A saber, la presente invención proporciona un primero de calor y la resina termoplástica impregnada, las que se centran uno o más relación de aspecto de material termoplástico compuesto de resina 5 o más similar a una cinta reforzada con fibra, la primera resina termoplástica y el sustancialmente continua fibras de refuerzo Material compuesto de resina termoplástica reforzada caracterizado porque está recubierto e integrado con la misma segunda resina termoplástica, y en el material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibra, el peso molecular de la primera resina termoplástica Es inferior al peso molecular de la segunda resina termoplástica, y en el material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras, el aditivo se agrega a la primera resina termoplástica, en particular Donde la segunda resina termoplástica no contiene aditivos, y el aditivo está contenido en la segunda resina termoplástica. Además, la primera resina termoplástica impregnada en las fibras de refuerzo continuas, para producir una tarifa plana de material compuesto 5 o más similar a una cinta reforzada con fibra de resina termoplástica, después de enfocar la cinta una o más, la primera resina termoplástica El material compuesto de resina termoplástica reforzada se caracteriza porque está recubierto e integrado sustancialmente con la misma segunda resina termoplástica.
En lo sucesivo, la presente invención se describirá en detalle. Las fibras de refuerzo utilizadas en la presente invención, fibras de vidrio, incluyen fibras continuas, tales como fibras obtenidos a partir de fibras de carbono, fibras de aramida, fibras cerámicas, fibras de metal, polímero que contiene un anillo heterocíclico que consta de un polibenzotiazol y polibenzoxazol Dos o más de estos pueden usarse en combinación y además es preferible que se realice un tratamiento de superficie para mejorar la adhesión a la resina termoplástica que se va a utilizar. Además, el número de estas fibras de refuerzo es 50 20000, preferiblemente 200 12000, por hilo. Por otra parte, como la resina termoplástica, polietileno, polipropileno, y copolímeros de los mismos y una poliolefina que comprende un producto desnaturalizado, nylon 6, nylon 66, nylon 12 y a base de poliamida, tereftalato de polietileno, poliéster tereftalato de polibutileno, y policarbonato , Poliuretano termoplástico, polieterimida, sulfuro de polifenileno, poliéter cetona y similares. La fibra de refuerzo y la resina termoplástica no están particularmente limitadas a la misma.
Como método de impregnación de la fibra de refuerzo continua con la primera resina termoplástica, se pueden usar diversos métodos conocidos. Por ejemplo, un ejemplo que combina una matriz convexa y una matriz lineal como se muestra en la figura 1 es efectivo para una impregnación eficiente. En este caso, de forma continua el suministro de una fibra matriz convexa de refuerzo, los convexa mueren parcialmente impregnado con resina para fibras de refuerzo en está destinado entonces a impregnó adicionalmente con una matriz lineal. A continuación, para mejorar aún más la impregnación, se pueden proporcionar medios de compresión tales como un rodillo o similar. En este caso, es preferible que el estado impregnado sea bueno, pero puede no estar completo. Para la evaluación del estado impregnado, es conveniente y preferible cortar el producto impregnado obtenido a una longitud de aproximadamente 10 mm, sumergirlo en agua, y evaluarlo mediante la relación de aumento de peso antes y después de la inmersión. El valor medido por este método de evaluación se llama porosidad, y su valor es preferiblemente 15% o menos, más preferiblemente 8% o menos. Si este valor está muy por encima del 15%, las propiedades físicas del material compuesto finalmente obtenido son bajas, lo que no es preferible. Si está alrededor del 15%, la impregnación mejora algo cuando está cubierta e integrada con la segunda resina termoplástica, y alcanza un nivel sin problemas. El material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras así impregnado está preferiblemente en forma de una cinta que tiene una relación de aspecto de 5 o más. Esto se debe a que dicha forma es excelente en cuanto a la manejabilidad y la propiedad de impregnación. En particular, es fácil de cerrar, la eficiencia del espacio en el almacenamiento es buena y es fácil de usar para el siguiente proceso. Aquí, la relación de aspecto es el ancho / grosor de la cinta. Además, el ancho de la cinta es preferiblemente de 130 mm, más preferiblemente de 215 mm. Es este achatamiento, y el devanado cuando esté fuera de la gama de la anchura es difícil, o la cantidad de bobinado es limitada, la integración de revestimiento de la segunda resina termoplástica en la siguiente etapa de manera eficiente apenas realizada. Además, el contenido de fibra de refuerzo del material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibra de tipo cinta es preferiblemente 50 80% en volumen, más preferiblemente 60 75% en volumen. Aquí se prefiere un contenido de fibra más alto, y se puede obtener fácilmente un contenido de fibra deseado cubriendo e integrando la segunda resina termoplástica más adelante. Cuando el contenido de fibras de refuerzo del material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras en forma de cinta es inferior a 50% vol, la integración de revestimiento de la segunda resina termoplástica después reduce el grado de libertad en el cambio del contenido de fibra de refuerzo, toda Solo se pueden obtener aquellos con bajo contenido de fibra de refuerzo. Por otro lado, cuando excede el 80% en volumen, es imposible obtener una buena fibra de refuerzo que no pueda impregnarse uniformemente. Por otro lado, la primera resina termoplástica tiene un peso molecular bajo que la segunda resina termoplástica, es decir, que la impregnación superior, de baja viscosidad en estado fundido preferido. La primera resina termoplástica también puede ser una modificada para tener una excelente adhesión a la fibra de refuerzo. Por ejemplo, como la resina termoplástica, cuando se utiliza polipropileno, la primera resina termoplástica se utiliza después de polipropileno maleado, mientras que el peso molecular es mayor que el primer polipropileno a la segunda resina termoplástica, es decir, viscosidad en estado fundido Incluyendo el caso donde se usa homo polipropileno. segunda resina Más termoplástico, un retardante de llama de acuerdo con el propósito, agentes antiestáticos, agentes de desmoldeo, lubricantes, aceleradores de la cristalización, antioxidantes, absorbentes de ultravioleta, estabilizadores térmicos, aditivos tales como un pigmento Se puede agregar En este caso, es preferible que la primera resina termoplástica no contenga particularmente aditivos. Desde que se impregna previamente con la primera resina termoplástica, para producir un material termoplástico compuesto de resina reforzado con fibras en forma de cinta del mismo grado a alta velocidad, de poseer la acción, cubre resina termoplástica segunda integrado Esto se debe a que una cinta provista con diversas funciones puede producirse de manera eficiente a alta velocidad.
Tal, la segunda resina termoplástica, como un medio para el revestimiento integrado en el material termoplástico compuesto de resina reforzado con fibras en forma de cinta impregnada en la primera resina termoplástica, por ejemplo, revestimiento de alambre en la punta de un extrusor convencional Un método en el que una cinta para material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibra obtenida mediante la unión de una matriz para una matriz, preferiblemente dos o más cintas a la matriz, se alimenta e integra con una segunda resina termoplástica Puede ser mencionado Aquí, es preferible suministrar el número de cintas que se agruparán para cumplir con un área de sección transversal deseada. En este caso, es necesario determinar el área de la sección transversal en consideración de la cantidad de la segunda resina termoplástica y el contenido de fibra final. El contenido de fibra final puede ser controlada por el área de sección transversal de la boquilla de salida conformación de la matriz, también, la forma final puede ser controlado redonda, cuadrada, en forma de irregular, etc. salida conformación de boquilla. El paso de cubrir e integrar de esta manera es mucho más simple que el paso de impregnación y su velocidad de procesamiento se puede realizar muy rápidamente. La porosidad del material compuesto obtenido aquí es preferiblemente 10% o menos, más preferiblemente 8% o menos. Tal material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras obtenido de este modo es, por ejemplo, refuerzo de hormigón, geomalla, puede ser utilizado para elemento de tensión o similar, mientras que el moldeo de moldeo por inyección o compresión se redujo a aproximadamente 5 100 mm Por ejemplo.
Según la presente invención, por ejemplo, la primera resina termoplástica impregnada material termoplástico compuesto de resina reforzado con fibras en forma de cinta del mismo grado, utilizando es decir, un incluido específicamente sin aditivos de resina, el contenido de fibra es 50 80% en volumen Produzca y almacene los altos en grandes cantidades. De este modo, es posible producir eficientemente materiales compuestos de varias clases de resina termoplástica reforzada con fibras multifuncionales sin cambiar la resina en la matriz de impregnación y cambiar la relación de contenido de fibra. Además, en este paso, puede no estar completamente impregnado, por lo que es fácil mejorar la tasa de producción relativamente. Además, como tiene forma de cinta, se puede enrollar, es fácil de usar para el siguiente proceso y no ocupa espacio para el almacenamiento. Después de ello, y también la adición de un aditivo en el recubrimiento de la integración de la cinta en una segunda resina termoplástica, puede ser convenientemente el contenido de fibra variada, puede corresponder a varios grados. Además, como efecto acompañante, es posible eliminar pelusas y similares en la superficie del material compuesto obtenido y mejorar la propiedad superficial. Además, dado que este paso es cubrir e integrar, es posible mejorar drásticamente la velocidad de procesamiento. Además, en esta etapa, pasando a través de la matriz de conformación, la impregnación se mejora en cierta medida y al mismo tiempo la dispersión de la fibra de refuerzo en el material compuesto obtenido también es buena. Sin embargo, estos dependen de la velocidad de procesamiento de la integración del recubrimiento, la presión en la matriz de revestimiento y similares, y es preferible determinar las condiciones de acuerdo con las características requeridas del material compuesto.
Además, en la presente invención, un peso molecular bajo como la primera resina termoplástica, es decir, al mismo tiempo se puede utilizar una resina de baja viscosidad en estado fundido, es posible utilizar una resina excelente en la adhesión a las fibras de refuerzo. Como resultado, la impregnación se puede realizar más rápidamente, y se puede mejorar la velocidad de producción de la etapa de impregnación. Además, tiene una excelente adhesión a la fibra de refuerzo. Además, el peso molecular alto que la primera resina termoplástica, para el revestimiento integrado por la segunda resina termoplástica, es posible mantener el nivel de propiedades satisfactorias como un material compuesto.
Según la presente invención, es posible producir de manera eficiente de resina termoplástica reforzada con fibras que tiene diversas funciones a altas velocidades, en particular diversos tipos, pueden responder muy rápidamente a la producción de pequeños lotes. Además, dado que cada proceso puede realizarse a una tasa de producción relativamente alta, se puede mejorar la eficiencia en general. Además, se puede obtener un material que tenga propiedades físicas elevadas como el material compuesto obtenido.
Como fibras de refuerzo, se usó un único diámetro de hilo de 17 \\ mu m, el número de filamentos de 2.000 y 1.150 tex, y aminosilano y fibra de vidrio modificada tratados con olefina. Como primera resina termoplástica, se utilizó 0,2% en peso de polipropileno modificado con ácido maleico. El índice de flujo de fusión (MFI) de este polipropileno es 60 g / 10 min (ASTM D 1238). El uno la hebra de fibra de vidrio impregnada con la matriz como se muestra en las Figs. 1 y 2, la anchura 3,8 mm, espesor 0,2 mm, contenido en fibra 60% en volumen, la cinta a 60 m / min Velocidad Fue fabricado y enrollado. La relación de planeidad de la cinta obtenida fue de 19 y la porosidad fue del 8%. Como segunda resina termoplástica, se usó homo polipropileno (MFI = 10 g / 10 min) que tenía un peso molecular mayor que el de la primera resina termoplástica, y la cinta se recubrió con 2 Este revestimiento se unió para obtener un cuerpo en forma de varilla que tiene un contenido de fibra de 20% en volumen (40% en peso) y un diámetro de aproximadamente 2,5 mm. La velocidad de procesamiento de la integración del revestimiento fue de 150 m / min, y la porosidad del material compuesto obtenido fue del 5%. Esta barra se cortó a una longitud de 10 mm para obtener gránulos. Este pellet se sometió a moldeo por inyección. La máquina de moldeo utilizó una fuerza de sujeción de moldes de 100 toneladas, un diámetro de tornillo de 32 mm, un L / D de 21,6 y una relación de compresión (relación de profundidad) de 2,26. El artículo moldeado obtenido se evaluó de acuerdo con ASTM. El valor de impacto Izod fue de 48 kg cm / cm.
La cinta obtenida en el Ejemplo 1 fue de 0,2% en peso de negro de carbón como la segunda resina termoplástica integralmente recubiertos de la misma manera que en el Ejemplo 1 utilizando a = 10 g / 10 min polipropileno MFI se mezclaron en seco. Cuando el moldeo por inyección se llevó a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, no hubo mancha de color en el artículo moldeado.
De la misma manera que en el Ejemplo 1, se obtuvo una varilla de alambre con una relación de aspecto de 1,0 y un diámetro de 1 mm en lugar de la cinta. Sin embargo, dado que este cable es difícil de rodar, era imposible producirlo y almacenarlo en grandes cantidades.
La impregnación se realizó pasando a través de dos matrices en las que se colocaron dos fibras de vidrio del Ejemplo 1 y tres clavijas de 10 mm de diámetro en una matriz de impregnación. Como resina termoplástica, se usó polipropileno que tenía MFI de 0,2% en peso de ácido maleico modificado y que tenía una MFI de 10 g / 10 min. La velocidad de producción se limitó a 10 m / min, y cuando se aumentó aún más la velocidad, se cortó la fibra de vidrio. velocidad de producción Se 10 m / min, el contenido de fibra de refuerzo sea 20% en volumen (40% en peso), se obtuvo material compuesto en forma de varilla que tiene un diámetro de 2,5 mm, la porosidad del material compuesto era superficie 17% Se observó una considerable pelusa en. Esto se cortó a una longitud de 10 mm, el moldeo por inyección se llevó a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1, y se evaluó. Sin embargo, se requería pelusa mediante la formación de un puente apenas formada en la tolva, también de 25 segundos a aproximadamente 2 veces la del Ejemplo 1 en el tiempo de medición (tiempo de plastificación) durante el moldeo. El valor de impacto Izod del artículo moldeado obtenido fue de 32 kg cm / cm.
Se repitió el procedimiento del Ejemplo Comparativo 2, excepto que la resina del Ejemplo Comparativo 2 se cambió a MFI = 60 g / 10 min. La velocidad de producción fue posible hasta 20 m / min. La porosidad del material compuesto obtenido fue del 6%. La pelusa en la superficie era considerablemente más pequeña que la del Ejemplo comparativo 2, y se realizó con éxito el moldeo por inyección. El valor de impacto Izod del artículo moldeado obtenido fue de 30 kg cm / cm.
Excepto que en el Ejemplo 1, la primera resina con un MFI = 10 g / 10 min 0,2% en peso modificado con ácido maleico de polipropileno, se utilizó polipropileno para MFI = 60 g / 10 min homo como una segunda resina Se llevó a cabo el mismo procedimiento que en el Ejemplo 1. La relación de vacío en la cinta fue del 19%, y la porosidad del material compuesto de la barra redonda fue del 16%. El resultado del moldeo por inyección fue de 27 kg cm / cm como valor de impacto Izod. Esto es probablemente debido a que la impregnación fue pobre y la fibra de vidrio se rompió por el tornillo en el momento del moldeo por inyección.
Efecto de la invención
Breve descripción de los dibujos
Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama esquemático de una realización que muestra la forma de una matriz impregnada con una primera resina termoplástica de la presente invención.
La figura 2 es una vista esquemática de cada dispositivo de una realización de la etapa de impregnación de la primera resina termoplástica de la presente invención.
La figura 3 es una vista esquemática de cada dispositivo de una realización de un proceso de recubrimiento e integración de una cinta con la segunda resina termoplástica de la presente invención.
La figura 4 es una vista esquemática en sección transversal que muestra esquemáticamente un material compuesto de la presente invención.
1 impregnación muere
2 mueren convexos
3 Linear morir
4 bloque de boquilla de salida
5 puerto de descarga de resina
6 boquilla de salida
7 Extrusor
8 bobinas de fibra reforzada
9 barra de apertura
10 rodillo de presión de enfriamiento de compresión
11 Receptor
12 Winder
13 Guía de rollos
14 Cinta impregnada con la primera resina termoplástica
15 Cinta envuelta impregnada con la primera resina termoplástica
16 Cinta de recubrimiento e integración con segunda resina termoplástica
17 Tanque de enfriamiento
18 peletizador
19 pellets
20 fibras de refuerzo
30 material compuesto termoplástico
40 Primera resina termoplástica
50 Segundos resina termoplástica
Reclamo
En la reivindicación 1 fibras de refuerzo continuas impregnadas con una primera resina termoplástica, una relación de aspecto de 5 o de material compuesto más similar a cinta reforzada con fibras de resina termoplástica obtenida centrándose encima de uno, la primera resina termoplástica sustancialmente Donde el material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras está cubierto e integrado con la misma segunda resina termoplástica.
2. El material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibra de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el peso molecular de la primera resina termoplástica es menor que el peso molecular de la segunda resina termoplástica.
3. Material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras según la reivindicación 1, en el que la primera resina termoplástica no contiene aditivos, y la segunda resina termoplástica contiene un aditivo.
La primera resina termoplástica impregnada en la reivindicación 4 fibras de refuerzo continuas, para producir una tarifa plana de material compuesto 5 o más similar a una cinta reforzada con fibra de resina termoplástica, después de enfocar la cinta una o más, el primer termoplástico resina y sustancialmente Procedimiento según la reivindicación 1 3 material compuesto de resina termoplástica reforzada con fibras, en el que el revestimiento integrado por la misma resina termoplástica segundos.
Dibujo :
Application number :1994-000817
Inventors :東洋紡績株式会社
Original Assignee :高橋良誠、北洞俊明