利用玻璃纤维束的压模和注模应用的制作方法

专利名称：利用玻璃纤维束的压模和注模应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及可以用作使用于压模或注模应用中的普通玻璃形态的替换的短切玻璃纤维束和形成这样的短切玻璃纤维束的方法。根据本发明的短切玻璃纤维束的例子通常描述在附

图1中。如附图1所示，短切的玻璃纤维束10由多个具有直径16和长度14的单个玻璃纤维12形成。单个玻璃纤维12在基本互相平行的方向上在致密编织或“成束”结构中定位。在这里使用时，术语“基本平行”意欲表示单个玻璃纤维12互相平行或接近平行。
用于形成短切纤维束的玻璃纤维可以是任何类型的玻璃纤维，例如A类型玻璃纤维、C类型玻璃纤维、E类型玻璃纤维、S类型玻璃纤维、E-CR类型玻璃纤维(例如从Owens Corning市场上可获得的

玻璃纤维)、羊毛玻璃纤维或它们的组合。在至少一个优选的实施例中，玻璃纤维是湿用的短切股玻璃纤维(WUCS)。湿用的短切股玻璃纤维可以由现有技术的传统工艺形成。湿用的短切股玻璃纤维具有从大约5％到大约30％的含水量是期望的，更期望具有从大约5％到大约15％的含水量。
在纤维束10中使用其它加强纤维例如天然纤维、矿物纤维、碳纤维、陶瓷纤维，和/或例如聚酯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚丙烯和/或聚对苯二甲酰对苯二氨(作为

商业销售)之类的合成纤维被认为是在本发明的范围内。在这里使用时，术语“天然纤维”意欲表示从植物任何一部分提取的植物纤维，包括但不限于茎、种子、叶子、根、韧皮或植韧皮部。但是，束10中所有的纤维都是玻璃纤维是优选的。
应当认识到这里参考的是本发明的优选实施例的玻璃纤维束12。但是，完全由玻璃以外的加强纤维，例如上面列出的天然和合成纤维的任一个来形成本发明的纤维束也在本发明的范围内。此外，也应当认识到纤维束可以由玻璃纤维和热塑性纤维的组合形成。例如，玻璃纤维坩锅和热塑性纤维坩锅可以被非常近地放置，玻璃纤维和热塑性纤维可以按照下面描述的被一起拨出，接着被短切并干燥(例如在线的)以得到混合的纤维束。这种混合的玻璃/热塑性束可以被船运和模制而不需要任何附加的添加剂以形成玻璃加强合成物。
在一个示例性实施例中，通常在附图2中所示，形成短切的玻璃纤维束10的工艺包括形成玻璃纤维(步骤20)，向玻璃纤维涂敷胶料成分(步骤22)，分开纤维以获得期望的束特克斯(bundle tex)(步骤24)，把湿纤维股短切成离散的长度(步骤26)，并干燥湿股(步骤28)以形成短切玻璃纤维束。
正如附图3中更加详细显示的，玻璃纤维12可以通过从坩锅或口30中变细熔化玻璃材料流(未示出)而形成。变细的玻璃纤维12具有大约6微米到大约30微米的直径，优选地为大约10微米到大约16微米。在玻璃纤维12从坩锅30中拨出之后，水状的胶料成分被施加到玻璃纤维12。胶料可以通过常规的方法例如通过附图3中所示的涂敷辊32涂敷，或者通过把胶料直接喷洒到纤维(未示出)上而涂敷。胶料保护玻璃纤维12在下面的加工中免于断裂，有助于延缓细丝之间的磨损，并保证玻璃纤维股的完整性，例如，形成股的玻璃细丝的互相连接。在本发明中，在玻璃纤维束10的形成和后续加工过程中，例如在压模或注模工艺中，玻璃纤维12上的胶料也保持束的完整性。
施加到玻璃纤维12上的胶料成分包括一种或多种成膜剂(例如聚氨酯成膜剂、聚酯成膜剂和/或环氧树脂成膜剂)、至少一种润滑剂和至少一种硅烷偶联剂(例如氨基硅烷或甲基丙烯酰氧基硅烷偶联剂)。当需要时，例如乙酸、硼酸、偏硼酸、丁二酸、柠檬酸、蚁酸和/或聚丙烯酸之类的弱酸可以添加到胶料成分以参与硅烷偶联剂的水解。胶料成分可以以干燥纤维的从大约0.05％到大约10％的烧失量(LOI)施加到玻璃纤维12上。LOI被定义为沉积在玻璃纤维表面上的有机固体物质的百分比。
成膜剂是在玻璃纤维12之间产生改善的粘附力的介质，这导致改善的股完整性。用在本发明的合适的成膜剂包括聚氨酯成膜剂、环氧树脂成膜剂和不饱和聚酯树脂成膜剂。成膜剂的特殊例子包括但不限于例如Neoxil 6158(从DSM可得到)之类的聚氨酯分散体；例如Neoxil2106(从DSM可得到)、Neoxil 9540(从DSM可得到)和Neoxil PS4759(从DSM可得到)之类的聚酯分散体；和例如PE-412(从AOC可得到)、NX 9620(从DSM可得到)、Neoxil 0151(从DSM可得到)、Neoxil 2762(DSM)、NX 1143(从DSM可得到)、AD 502(从AOC可得到)、Epi Rez 5520(从Hexion可得到)、Epi Rez 3952(从Hexion可得到)、Witcobond W-290H(从Chemtura可得到)和Witcobond W-296(从Chemtura可得到)之类的环氧树脂分散体。成膜剂可以以胶料中的活性固体的重量的约5％到95％存在于胶料成分中，优选为活性固体重量的大约15％到大约95％，更优选为活性固体重量的大约40％到大约80％。
胶料成分也包括一种或多种硅烷偶联剂。硅烷偶联剂在后续加工过程中提高了成型剂对玻璃纤维12的附着力并减少了起毛或断裂纤维细丝的程度。可以用在本胶料成分的硅烷偶联剂的例子的特征在于具有氨基、环氧基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、脲基、异氰酸根和azamido的官能团。用在胶料成分中的合适的偶联剂的非限制性例子包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(从General Electric可以得到的A-1100)、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(从General Electric可以得到的A-174)、n-苯基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(从GeneralElectric可以得到的Y-9669)、polyazamide silylated aminosilane(从General Electric可以得到的A-1387)、双-(α-trimethoxysilylpropyl)胺(从General Electric可以得到的A-1170)和双硅烷(从General Electric可以得到的Y-9805)。硅烷偶联剂可以以按重量计胶料成分中的活性固体的大约0.05％到大约80％的量存在于胶料成分中，优选为按重量计活性固体的大约1.5％到大约15％的量，更优选为按重量计活性固体的大约3％到大约15％的量。
此外，胶料成分还可以包括至少一种润滑剂以利于制造。润滑剂可以以按重量计胶料成分中的活性固体的大约0到大约15％的量存在于胶料成分中。优选地，润滑剂按重量计占活性固体的大约0.05％到大约10％的量。尽管任何合适的润滑剂都可以被使用，适合在胶料成分中使用的润滑剂的例子包括但不限于以商标名称Lubesize K-12出售(从AOC可以得到)的硬脂乙醇氨；PEG 400 MO，具有大约400环氧乙烷官能团的一油酸酯(从Cognis可以得到)；和Emery 6760L聚乙烯亚胺聚酰胺盐(从Cognis可以得到)。此外，例如Emerest 2620、Emerest 2634、Emerest 2648、Emerest 2640、Emerest 2661、Emerest 2326、Tridet 2644、Emerlube 7440、Tryfac 5552、Tryfac5576、

5941、

5993-A、

5950、

5999、

5971、

5964(所有这些都可以从Cognis商业上得到)、Citroflex A4(从Morflex可以商业上得到)、LONZEST SMS和LONZEST SMS-20(都从Lonza Chemical Company可以得到)和/或Paraffin 2280(从Adert商业上可以得到)之类的添加剂可以添加到胶料成分以在进一步加工步骤中(例如在顾客设备中)改善玻璃纤维束的润湿。
已经发现某些化学结合的族在使短切的玻璃纤维束10在后面加工过程中保持束形式上尤其有效。例如基于氨基甲酸乙酯的成膜剂分散体与氨基硅烷结合，诸如，例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷(由GeneralElectric作为A-1100出售)在胶料成分中对于把单个玻璃纤维12束在一起有效。加入例如氨基甲酸乙酯-丙烯酸或聚氨基甲酸乙酯-丙烯酸合金例如Witcobond A-100之类的添加剂到基于氨基甲酸乙酯的胶料成分也已经被发现有助于维持束的完整性。也已经发现例如Celenese 2828之类的聚乙酸乙烯酯与例如Witcobond W-290H或W-296之类的氨基甲酸乙酯成膜剂结合对于保持束的完整性好用。
此外，基于环氧基的成膜剂分散体与环氧固化剂结合是用在本发明中有效的胶料成分。特别是，可以从Resolution PerformanceProducts得到的例如Epi-Rez 5520之类的基于环氧基的成膜剂和例如DPC-6870之类的环氧固化剂形成了有效的胶料成分，尤其是与例如甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(从General Electric可以商业得到的A-174)之类的甲基丙烯酰氧基硅烷结合时更为有效。
更进一步，不饱和聚酯树脂成膜剂已经被发现在形成有用的胶料成分上是有效的。例如，例如PE-412(已经在水中乳化的苯乙烯中的不饱和聚酯(AOC))或Neoxil PS 4759(从DSM可以得到)之类的不饱和聚酯树脂成膜剂是用在本发明中的有效的胶料。不饱和聚酯成膜剂可以单独使用或者结合例如Benox L-40LV (Norac公司)之类的过氧化苯甲酰固化促进剂使用。过氧化苯甲酰固化促进剂催化了不饱和聚酯树脂的固化(交联)并致使玻璃纤维周围的膜防水。
胶料成分可以任意地包含传统的添加剂，其包括例如Drew L-139(从Ashland Chemical的分部Drew Industries可以得到)之类的消泡剂、例如Emerstat 6660A(从Cognis可以得到的)之类的抗静电剂、例如Surfynol465(从Air Products可以得到的)、Triton X-100(从Cognis可以得到的)之类的表面活性剂和/或增稠剂。添加剂可以从微量(例如按重量计算占活性固体的大约0.1％)直到按重量计算占活性固体的大约5％存在于胶料成分中。
现在回到附图3，在玻璃纤维12利用胶料成分处理后，它们被聚集并分成具有特定的、期望的单个玻璃纤维12的纤维股36。分离机导向板34把变细的、上胶的玻璃纤维分成纤维股36。在短切纤维股36之前，玻璃纤维股36选择性地通过第二分离机导向板(未示出)。出现在纤维股36中的单个玻璃纤维12的特定数量(以及因此玻璃纤维12的分离数量)将取决于短切玻璃纤维束10的具体应用和坩锅上出现的口的数量(例如2000或多达5800个口出现在坩锅中)而改变。例如，假定坩锅具有用于变细玻璃纤维的4000个口，将需要把变细的玻璃纤维分成40道以获得包含100纤维的玻璃纤维束。玻璃纤维的具体束的束特克斯取决于形成束的玻璃纤维的直径。在上面给出的纤维束包含100单个玻璃纤维的例子中，如果玻璃纤维的纤维直径为12微米，计算的束特克斯为29。如果纤维直径为16微米，计算的束特克斯为51g/km。把玻璃纤维12分成具有特定数量的单个纤维以获得大约5g/km到大约500g/km优选为大约30g/km到大约50g/km的纤维束是值得期望的。
纤维股36可以从聚集导向板38传递到切碎机40/余切60组合，在这里它们被切成具有大约0.125到大约3英寸长度优选为大约0.25到大约1.25英寸长度的湿短切玻璃纤维束42。湿短切玻璃纤维束42落到输送器44(例如多孔的输送器)上以输送到干燥炉46。可供选择地，湿的短切玻璃纤维束42可以湿着收集并存储在容器(未示出)中以在以后使用。
在通常显示在附图3a的又一个替换实施例中，形成玻璃纤维(步骤90)，涂敷胶料成分(步骤92)，和分开玻璃纤维以获得期望的束特克斯(步骤94)。接着把湿纤维股短切成期望的长度(步骤96)并湿着收集(步骤98)。短切的玻璃纤维湿束接着收集在容器中(步骤100)，并且包含短切的玻璃纤维湿束的容器被通过例如介电炉之类的干燥炉以一起干燥短切的纤维股。该容器接着被运往座垫制造厂或在压模或注模应用中使用短切的玻璃纤维的顾客。
如附图3所示，许多束的湿的上胶的短切纤维束42接着被干燥以固定或固化胶料成分。优选地，湿的纤维束42在例如传统介电(RF)炉、例如

炉(从Owens Corning可得到)之类的流化床烘箱、或者旋转托盘热烘箱这样的烘箱中干燥以形成短切的玻璃纤维束10。干燥的短切的玻璃纤维束10接着被收集在收集容器48内。在示例性实施例中，超过(或等于)大约99％的自由水(也就是短切纤维束42外部的水)被去除。但是，基本上所有的水由干燥炉46去除是期望的。应当认识到这里使用的术语“基本上所有的水”意欲表示来自纤维束42的全部或接近全部自由水被去除。
在至少一个示例性实施例中，湿的纤维束42在传统介电(RF)炉中被干燥。介电炉包括在接连反向充电的电极之间产生交替高频电场的间隔开的电极。湿的玻璃纤维束42通过电极之间并穿过电场，在这里高频电场作用以激活水分子并把它们的分子能提高到足以导致湿的短切纤维束42蒸发的程度。
介电干燥湿玻璃纤维束42提高了纤维-纤维的结合力并降低了束-束的附着力。介电能均匀地穿透湿的短切玻璃纤维束42并导致水迅速地蒸发，这有助于保持湿的玻璃束42互相分离并减少或消除“大块”，在“大块”这里，一束纤维束上的胶料与邻近束的纤维混合以致于当纤维上的胶料干时，纤维束作为大块纤维粘接在一起。在传统的热干燥中，胶料从外向内干燥，因此，纤维束之间的接触将倾向于互相粘附地胶结在一起。
尽管不希望被理论束缚住，但是相信在本发明中包含在束42内的水是以导致胶料首先通过毛细作用进入束内部然后固化的方式被驱赶出来，这允许束42保持为单个束的形式。
此外，介电炉允许湿的玻璃纤维束42被干燥而不使用从湿纤维去除水分常规需要的纤维搅拌的主动方法。这种搅拌的缺失降低或消除了纤维的摩擦或磨损，而在传统的流化床和拖盘干燥炉中，由于炉内的高的空气流动速度和床内的纤维材料的机械运动，纤维的摩擦或磨损很常见。此外，缺少搅拌大大增加了介电炉保持玻璃纤维成束的能力，而且不像侵蚀性的传统热工艺中那样会把玻璃纤维股变细。此外，与传统的热炉相比，介电炉允许湿的玻璃纤维束42在更短的时间段内并在更低的温度内干燥。此外，利用介电干燥的玻璃纤维束生产的产品的最终颜色比利用传统热干燥玻璃纤维生产形成的产品白。
在替换的实施例中，湿的短切的玻璃纤维束42在例如

炉之类的流化床烘箱或者在旋转托盘热烘箱中干燥。在

干燥炉和旋转托盘热烘箱中，湿的短切玻璃纤维束42被干燥，而纤维上的胶料成分利用具有控制温度的热空气流被固化。干燥的纤维束10接着被传递通过筛以在短切的玻璃纤维束10被收集之前去除长的起毛的球粒和其它不想要的物质。此外，在

和旋转托盘热烘箱中典型地发现的高的炉温度允许胶料迅速固化到减少不成熟细丝化出现的非常高的固化水平(程度)。
在通常附图4描述的用于生产短切玻璃纤维束的本发明的另一个实施例中，玻璃纤维12从坩锅30变细。如上面详细描述的水状的胶料成分被施加到变细的玻璃纤维12上以形成湿的上胶的玻璃纤维50。胶料可以通过常规的方法例如外部涂敷辊32涂敷，或者通过把胶料直接喷洒到纤维(未示出)上而涂敷。把胶料涂敷器布置在传热室52内认为在本发明的范围内。湿的上胶的玻璃纤维50接着进入传热室52内，并且周围的空气从坩锅30周围吸入传热室52的最上端54。
如附图4所示，传热室52在上胶涂敷器32下面延伸并且被定位使传热室52的最远端54足够靠近坩锅30以便吸入传热室52的最远端54的空气由坩锅30产生的极端热量加热。此外，传热室52基本上环状置于上胶玻璃纤维50的周围，以便加热的空气蒸发存在于湿玻璃纤维50的胶料成分中的任何水或溶剂。传热室52从上胶涂敷器32向下延伸足以干燥或基本干燥湿的上胶玻璃纤维50的距离。在优选实施例中，玻璃纤维50的含水量少于大约0.05％。湿的玻璃纤维50穿过传热室52并如干燥的玻璃纤维56那样离开该室52。这样的绝热过程在Flautt等人的美国专利US 5,055,119中进行了详细描述。
干燥的上胶玻璃纤维56接着被聚集并分成具有特定的、期望的单个玻璃纤维12的干燥的纤维股58。分离机导向板34把干燥上胶的玻璃纤维56分成干燥的纤维股58，其接着可以通过聚集导向板38聚集成为用于短切的单个绳59。应当认识到分离机导向板34可以被内部(未示出)定位在传热室52内，以便在离开传热室52之前把湿的玻璃纤维50分成纤维股。在这种情况下，聚集导向板38可以或可以不布置在传热室52内。也应当认识到分离机导向板34可以定位在上胶涂敷器32和传热室52之间，以便在进入传热室52(未示出)之前分开玻璃纤维12。
结合的玻璃纤维股的绳59由传统的余切60和切碎机40的组合短切以形成干燥的短切的纤维束10。惰轮65可以布置在余切60的附近以调节余切60上的股张力。正如上面描述的，干燥的短切的纤维束10具有大约0.125英寸到大约3英寸长度，优选为大约0.25英寸到大约1.25英寸长度。在至少一个优选实施例中，干燥上胶的玻璃纤维56被分成具有从大约20g/km到大约200g/km优选为大约30g/km到大约50g/km束特克斯的干燥的纤维束58。干燥、短切的玻璃纤维束10落到收集容器48上以储存或放置在输送器上以在线形成短切的股垫(没有阐述实施例)。在替换的实施例中，干燥、短切的玻璃纤维束10可以放置在输送器(未示出)上以输送到传统介电(RF)炉、例如

炉(从Owens Corning可得到)之类的流化床烘箱、或者旋转托盘热烘箱中以进一步干燥纤维束10。
在使用时，干燥的短切的玻璃纤维束10可以用在各种压模和注模应用中。例如，根据本发明的短切的玻璃纤维束可以用在形成片材模塑料(SMC)、块状模塑料(BMC)、手工敷层应用、喷敷成型应用、挤压应用、注模工艺、压模工艺和旋转模制工艺中。此外，短切的玻璃纤维束10可以用于产生合成物物品和初加工的产品，它们可以用在例如树脂传递模制(RTM)和真空辅助树脂传递模制(VARTM)之类的浸渍模制应用中或例如加强反应注模(RRIM)和结构反应注模(SRIM)之类的反应注模应用中。
使用玻璃纤维束10的一个例子是压模片材模塑料(SMC)或块状模塑料(BMC)。因此，在本发明的至少一个方面，纤维束10有利地可以用作片材模塑料和块状模塑料的增强层。例如，在形成片材模塑料时，成束的玻璃纤维10可以放置在一层例如为不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂之类的热固性聚合物薄膜之上，其布置在具有非粘附表面的第一运载片材上。包含第二层热固性聚合物薄膜的第二非粘附运载片材可以以这样的方向布置在玻璃纤维束10上，以便第二聚合物薄膜接触成束的玻璃纤维10并形成聚合物薄膜/成束玻璃纤维/聚合物薄膜的夹层材料。第一和第二热固性聚合物薄膜层包括树脂和例如填充剂、颜料、紫外稳定剂、催化剂、起爆剂、抑制剂、脱模剂和/或增稠剂在内的添加剂。此外，第一和第二聚合物薄膜可以相同或互相不同。这种夹层材料接着被利用例如压实辊之类的辊子搅拌，以便在整个合成的SMC材料上基本均匀地分别聚合树脂基料和玻璃纤维束10。在这里使用时，术语“基本均匀分布”表示均匀分布或接近均匀分布。SMC材料接着被存储大约2-3天以允许树脂增稠和成熟到目标粘度。
包含玻璃纤维束10的成熟SMC材料(也就是已经达到目标粘度的SMC材料)或块状模塑料可以在压模工艺中被模制以形成复合制品。成熟SMC材料或块状模塑料可以被放入一半具有最终产品期望形状的匹配的金属模子中。在压模片材模塑料中，第一和第二运载片材典型地从成熟SMC材料去除，而且成熟的SMC材料可以被切成具有放入模子中确定大小(电荷)的块。该模子被封闭并加热到升高的温度并提升到高的压力。这种高热量和高压力的组合导致SMC或BMC材料流动并填满模子。基质树脂接着交联或固化以形成最终的热固性模制合成物部分。
SMC材料可以用于形成在大量应用中的各种合成物产品，例如在汽车应用中包括形成门心板、装饰衬板、外部本体嵌板、负荷地板、缓冲器、前部端部、车身底板防护罩、汽车踏脚板、天棚、仪表板结构和门内部。此外，SMC材料可以被用于形成篮球篮板、盆和淋浴间、水槽、部分农业设备、柜、存储箱和冷藏箱汽车。块状模塑料材料可以用于形成相对于SMC材料与上面列出的那些物品类似的物品，以及物品例如仪器柜、电脑箱、家具和例如柱之类的建筑部件。
可供选择地，玻璃纤维束10可以与热塑性聚合物树脂的球粒混合并供应到挤压机，在这里树脂被熔化并且形成玻璃纤维束10/树脂分散体。玻璃纤维束10/树脂分散体接着被形成球粒，其被供应到压模装置并形成例如上面描述的那些模制合成物物品。
期望当金属模子关闭并被加热时玻璃纤维束10具有束完整性，以便片材模塑料、块状模塑料或玻璃纤维束/树脂球粒流动并填充模子以形成期望的部件。玻璃纤维12上的胶料在加工和模制片材模塑料和块状模塑料时保持束的完整性。但是，如果玻璃纤维束10在流动完成之前在模子内分解成单个纤维，单个玻璃纤维形成块并不完全地填充模子，从而产生缺陷部件。
玻璃纤维束10也可以用在注模应用中。通常，注模是封闭模制工艺，在这里填满或未填满的聚合树脂是注入封闭匹配的金属模子(例如工具)中。在本发明至少一个具体实施例中，玻璃纤维束10与热塑性聚合树脂混合并放入注模机的腔室或桶中。注模机的腔室(桶)被加热到足以熔化聚合树脂的温度。熔化的树脂/玻璃纤维束10混合物接着注入冷却的、封闭的模子中。在模子中足够长的时间后，熔化的树脂/玻璃纤维束10混合物冷却并形成模子所限定形状的固体聚合的物品。
可供选择地，玻璃纤维束10与热固性聚合物混合，放入注模机的腔室中，并被加热到足以熔化热固性聚合树脂的温度。与上面描述的热塑性聚合的物品不同，由于热固性聚合物的固化性能，形成的合成物物品可以作为玻璃化、固体部件从工具(也就是匹配的模子)中热移出来。
在替换的实施例中，包含玻璃纤维束10的块状模塑料可以通过注模机注入加热的模子中以实施树脂交联和固化。BMC注模在具有块的循环时间并每次注入能模制大量部件方面有优势。因此，更多的最终部件可以利用BMC材料形成并且增加了制造次数。
玻璃纤维束10也可以有利地用在例如树脂传递模制(RTM)和真空参与的树脂传递模制(VARTM)之类的浸入模制应用中以形成预制品和合成物部件。在树脂传递模制中，热固性聚合树脂被注入到封闭的模子腔体中，该腔体具有特定的形状和/或尺寸以制造半结构和外观的部件。具体地，根据本发明形成的玻璃纤维束10被放入一半匹配的模子中，该模子被封闭和密封，而且树脂慢慢地被泵送(注射)进入模子。树脂在压力下注入。在至少一个实施例中，热固性树脂在注模设备(例如桶)中被加热以熔化或液化热固性树脂。选择性地，该模子可以被例如利用热水加热。液体热固性树脂通过玻璃纤维束10润湿并固化以形成最终合成物部件。浸入模制应用可以用于形成大的、高容量的合成物部件，例如艇身和风车桨叶。
树脂浸入工艺也可以例如通过VARTM之类的方法利用真空把树脂浸入加固材料，这减少了潜在气泡的缺陷。VARTM使用了至少部分覆盖有玻璃纤维束10的单个侧面刚性模子。该模子利用不渗透薄膜或柔性真空袋密封。在包含玻璃纤维束10和密封之间的空间抽真空。大气压力既提供了模子上的挤压力又提供了树脂浸入从外部供给向低压腔体的驱动力。热固性树脂由真空压力吸入密封袋并且树脂流过玻璃纤维束10。热固性树脂可以通过把模子置于烘箱中并把模子加热到足以交联(固化)聚合的树脂的温度而被固化。
玻璃纤维束10也可以用在例如加固反应注塑(RRIM)和结构反应注塑(SRIM)之类的反应注塑(RIM)应用中。在反应注塑中，短切的玻璃纤维束10在高压混合头下与热固性树脂混合并被注入加热、封闭、匹配的金属模子中。可供选择地，玻璃纤维束10可以存入封闭的模子中而热固性树脂可以在模子封闭之前分散到玻璃纤维束10中或者在模子封闭之后把树脂注入模子中。例如汽车车身板之类的具有极好的表面外观和一些结构性质的合成物部件可以由这些反应注塑工艺形成。
在喷附成型应用中，由玻璃纤维束10和热固性树脂形成的层被涂敷或存储在半个模子中以具有期望预制品的形状，例如卡车平板、艇身、浴盆或汽车门内部。模子可以至少部分涂敷防粘剂，例如蜡，这使得部件(例如预制品)在固化过程结束后很容易地被移走。此外，模子可以利用凝胶层预先处理，以有助于容易地移走预制品并允许光滑表面的完成。凝胶层期望地被防粘剂之后涂敷并且是清晰的或着色的。玻璃纤维束10和热固性树脂优选地空气吹制到模子一半上，例如通过喷洒装置把玻璃纤维束10和树脂(例如粉末或液体形式)喷洒。大约按重量计算70％的树脂和大约按重量计算30％的玻璃纤维束可以应用到模子上。树脂/玻璃混合物接着人工地被辊平以去除空气并弄平模子内的混合物。树脂固化以形成预制品，其接下来从模子中移走。
在本发明另一个实施例中，玻璃纤维束10可以用在滚塑中。例如，玻璃纤维束10与热塑性的或热固性树脂一起放入模子中并在旋转模子的同时被加热。离心力推动树脂进入玻璃束10。当使用热塑性树脂时，在移走最终合成物部件之前模子必须被冷却。滚塑可被用来制造中空的塑料，例如大容量存储罐、油田管道、和输水设施和化工设备。
在例如艇身和卡车部分之类的大的结构或半结构的合成物部件中，期望玻璃纤维束细丝化，以便束内的各个单个玻璃纤维贡献总的层状强度。此外，通过把玻璃纤维束细丝化，玻璃纤维的浸湿更容易出现。不浸湿的纤维在分层内产生疵点或缺陷并且可以是在分层内断裂或累积水的来源，这将导致分层产生气泡并剥落。此外，玻璃纤维束的细丝化减少甚至防止“电报”或“纤维印刷”的出现，这是部件表面任何非浸湿纤维的轮廓并且在最终部件中是不想要的视觉缺陷。
本发明的短切的玻璃纤维束10提供了许多优点。例如，短切的玻璃纤维束10可以以相当高的速度形成，尤其是与由传统的空气放置工艺形成玻璃束相比时。增加短切的玻璃纤维束的生产速度允许更高的生产能力和可以卖给顾客多的产品。另外，因为纤维不必以分离的步骤干燥和短切，短切的玻璃纤维束10可以以低的制造成本形成。例如，短切的玻璃纤维束10可以以一个步骤形成并在容器内以大批形式干燥，该容器接着可以运输到垫制造厂或在压模或注模应用中使用短切的玻璃纤维的顾客。因此，由于与使用传统工艺制造相比，短切的玻璃纤维束10可以利用本发明的工艺低廉的多地制造，因此具有大的经济优势。短切的玻璃纤维束10可以直接用在压模或注模应用中而不需要对束进行修正是另外的优点。
已经大体上描述了本发明，参考下面阐述的某些特定例子可以获得进一步的理解，除非另有说明，其中这些例子被提供仅用于阐述目的而不是全部包括的或限制性的。
例子 例1干的短切玻璃纤维束的成形 表1-4列出的胶料成分按照下面大体描述的在桶内被准备。为了准备胶料成分，大约90％的水和(如果存在于胶料成分中)酸被添加到桶内。硅烷偶联剂被添加到桶内并且混合物被搅拌一段时间以允许硅烷水解。在硅烷水解后，润滑剂和成膜剂被搅动增加到混合物以形成胶料成分。胶料成分接着利用剩余的水稀释以实现大约4.5％混合固体的目标混合固体。
表1 聚氨酯胶料成分A (a)聚氨酯成膜分散体(Cogins) (b)环氧固化剂(Resolution Performance Products) (c)γ-氨丙基三乙氧基硅烷(General Electric) (d)甲酸乙酯-丙烯酸合金(Cogins) (e)硬脂乙醇酰胺(AOC) 表2 聚氨酯胶料成分B (a)聚氨酯成膜分散体(Chemtura) (b)环氧固化剂(Resolution Performance Products) (c)γ-氨丙基三乙氧基硅烷(General Electric) (d)甲酸乙酯-丙烯酸合金(Cogins) (e)一油酸酯(Cogins) 表3 环氧胶料成分A (a)在水中的环氧树脂成膜分散体(Resolution PerformanceProducts) (b)环氧固化剂(Resolution Performance Products) (c)一油酸酯(Cogins) (d)氨丙基三甲氧基硅烷(General Electric) 表4 环氧胶料成分D (e)在水中的环氧树脂成膜分散体(Resolution PerformanceProducts) (f)环氧固化剂(Resolution Performance Products) (g)一油酸酯(Cogins) (h)氨丙基三甲氧基硅烷(General Electric) 每个胶料按照传统的方式(例如如上面描述的辊类型的涂敷器)施加到E-玻璃上。E-玻璃在75lb/hr生产能力装配有2050孔顶板的坩锅内被变细为13μm的玻璃细丝。细丝被聚集并分成16道以获得每玻璃纤维束128细丝和大约43g/km的束特克斯。玻璃纤维束接着利用机械余切-切割机组合短切成大约1 1/4英寸的长度并聚集成塑料盘。短切的玻璃纤维束包含大约15％的形成水分。玻璃纤维束中的这水分在介电炉(40MHz，Radio Frequency Co.)中被去除以形成干燥的短切玻璃纤维束。
例2利用传热室形成干的短切玻璃纤维束 表1-4列出的每个胶料按照传统的方式被准备和施加到在75lb/hr生产能力装配有2050孔顶板的坩锅内被变细为13μm的玻璃细丝的E-玻璃上。上胶的纤维被分成16道以获得每玻璃纤维束128细丝并通过传热室，在这里由坩锅产生的极高热量加热的空气被吸入传热室以干燥玻璃纤维束。干燥的玻璃纤维束具有大约43g/km的束特克斯。干燥的玻璃纤维束被聚集成一个绳并利用机械余切-切割机组合短切成大约11/4英寸的长度。短切的玻璃纤维被聚集成塑料盘。玻璃纤维包含0％的形成水分。
例3使用各种胶料成分的块状模塑料的形成 四分之一英寸(1/4”)的短切玻璃纤维样品使用表5列出的成分制成整体模塑料。
表5 整体模塑料成分 (a)不饱和聚酯树脂(AOC) (b)热塑(AOC) (c)过苯酸特丁酯催化剂 (d)碳酸钙(Cabot) (e)模子释放剂(Aldrich Chemical Co.) 硬脂乙醇酰胺(AOC)表5中的块状模塑料利用以按重量计20％各种胶料成分上胶的各种实验性的玻璃而准备。各种实验性的玻璃纤维在下面作为样品1-10给出。电荷被放入12英寸X 18英寸工具被并在10,000psi在265°F下模制5分钟。该层根据ASTM D256在0°和90°方向测试对切口冲击强度的耐力。结果在附图5和6中给出。结果表明利用实验性胶料成分上胶的玻璃纤维显示了对控制的至少可比得上的性能。结果是料想不到的，因为与玻璃至少被热干燥20小时的传统工艺相比，通过干燥玻璃纤维很短的时间(30分钟)实现了至少相当的冲击强度。
样品1-聚氨酯胶料成分A(表1)被施加到玻璃纤维并在265°F下在热烘箱中干燥6小时。
样品2-聚氨酯胶料成分A(表1)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟接着在265°F下在热烘箱中干燥1小时。
样品3-聚氨酯胶料成分A(表1)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟接着在265°F下在热烘箱中干燥2小时。
样品4-聚氨酯胶料成分A(表1)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟接着在265°F下在热烘箱中干燥2小时。
样品5-聚氨酯胶料成分A(表1)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟接着在265°F下在热烘箱中干燥2小时。
样品6-聚氨酯胶料成分A(表1)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟接着在265°F下在热烘箱中干燥2小时。
样品7-聚氨酯胶料成分B(表2)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟；没有后加热。
样品8-环氧胶料成分A(表3)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥30分钟；没有后加热。
样品9-环氧胶料成分A(表3)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥20分钟；没有后加热。
样品10-聚氨酯胶料成分B(表2)被施加到玻璃纤维并在RF炉中干燥20分钟；没有后加热。
样品12-控制块状模塑料(BMC)干燥使用短切的股(来自巴西Rio Claro的101C；Owens Corning)。
这个应用的本发明已经在上面既一般地又根据特定实施例进行了描述。尽管本发明已经根据认为是优选实施例的形式给出，本领域技术人员已知的许多种替换方式可以在一般公开的范围内进行选择。除非下面给出的权利要求的叙述，否则本发明不被限制。
权利要求
1、一种制造模制合成物物品的方法，包括步骤
把短切的玻璃纤维束(10)和包含聚合树脂的模塑料放入一半匹配的模子的一个半模中，所述短切的玻璃纤维束具有在成束方向定位的多个基本平行的玻璃纤维(12)，所述玻璃纤维至少部分涂敷胶料成分，该成分在所述玻璃纤维束形成和后续加工过程中在所述成束方向上保持所述多个玻璃纤维；
封闭所述匹配模子；
在压力下加热所述封闭的匹配模子到足以导致所述模塑料熔化的温度；和
固化所述聚合树脂以形成合成物物品；
其中所述胶料成分包括
选自包括聚氨酯成膜剂、不饱和聚酯成膜剂和环氧树脂成膜剂在内的组的一个或多个成膜剂；
至少一种硅烷偶联剂；和
至少一种润滑剂。
2、一种如权利要求1所述的方法，其中所述模塑料选自包括片材模塑料材料和块状模塑料材料的组。
3、一种如权利要求2所述的方法，还包括步骤
把所述胶料成分施加到从坩锅(30)变细的多个玻璃纤维上；
把所述多个玻璃纤维(12)分成其内具有预定数量所述玻璃纤维的玻璃纤维股(36)；
短切所述玻璃纤维股以形成湿的短切玻璃纤维束(42)，所述湿的短切玻璃纤维束具有离散的长度；和
在选自包括介电炉、流化床烘箱和旋转托盘热烘箱的组中的烘箱(46)中干燥所述湿的短切玻璃纤维束以形成所述短切的玻璃纤维束。
4、一种如权利要求2所述的方法，还包括步骤
把所述胶料成分施加到从坩锅变细的多个玻璃纤维上；
把所述多个玻璃纤维分成其中具有预定数量所述玻璃纤维的玻璃纤维股；
短切所述玻璃纤维股以形成湿的短切玻璃纤维束，所述湿的短切玻璃纤维束具有离散的长度；
把所述湿的短切玻璃纤维束收集到容器内；和
在所述容器内在选自包括介电炉、流化床烘箱和旋转托盘热烘箱的组中的烘箱中干燥所述湿的短切玻璃纤维束以形成所述短切的玻璃纤维束。
5、一种如权利要求2所述的方法，还包括形成所述短切玻璃纤维束的步骤，形成所述短切玻璃纤维束的所述步骤包括
把所述胶料成分施加到从坩锅变细的多个玻璃纤维上；
把所述多个玻璃纤维通过传热室，在那里被所述坩锅加热的空气被吸入所述传热室，以基本干燥所述多个上胶玻璃纤维并形成干燥的玻璃纤维；
把所述干燥的玻璃纤维分成其内具有预定数量所述干燥玻璃纤维的玻璃纤维股；
短切所述玻璃纤维股以形成所述短切的玻璃纤维束。
6、一种如权利要求1所述的方法，其中所述成膜剂是聚氨酯成膜剂而且所述胶料成分还包括聚氨酯-丙烯酸合金。
7、一种如权利要求1所述的方法，其中所述成膜剂是环氧树脂成膜剂而且所述胶料成分还包括环氧固化剂。
8、一种如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个成膜剂以按重量计算占活性固体的大约15％到大约95％存在于所述胶料成分中，所述至少一种硅烷偶联剂以按重量计算占活性固体的大约1.5％-15％存在于所述胶料成分中；所述至少一种润滑剂以按重量计算占活性固体的大约0.05％到大约10％存在于所述胶料成分中。
9、一种制造模制合成物物品的方法，包括步骤
在模子中模制选自包含树脂和包含树脂的混合物的组的短切玻璃纤维束和聚合材料，该模子具有两个半模以便当所述两个半模放置在一起时它们形成具有期望形状的封闭的模子；
其中所述短切的玻璃纤维束、所述树脂和所述包含树脂的混合物至少之一被注入所述封闭的模子中；
其中所述短切的玻璃纤维束由多个在成束方向上定位的基本平行的玻璃纤维形成，所述玻璃纤维至少部分涂敷胶料成分，该成分在所述玻璃纤维束形成和后续加工过程中在所述成束方向上保持所述多个玻璃纤维；和
其中所述胶料成分包括
选自包括聚氨酯成膜剂、不饱和聚酯成膜剂和环氧树脂成膜剂在内的组的一个或多个成膜剂；
至少一种硅烷偶联剂；和
至少一种润滑剂。
10、一种如权利要求9所述的方法，其中所述聚合材料是热塑性树脂并且所述模制步骤包括
加热所述短切的玻璃纤维束和所述热塑性树脂到足以把所述热塑性树脂置于熔化状态并形成液态树脂/玻璃纤维束混合物的温度；
把所述液态树脂/玻璃纤维束混合物注入所述封闭的模子；和
冷却所述液态树脂/玻璃纤维束混合物以形成所述模制合成物物品。
11、一种如权利要求9所述的方法，其中所述聚合材料是热固性树脂并且所述模制步骤包括
加热所述短切的玻璃纤维束和所述热固性树脂到足以把所述热固性树脂置于熔化状态并形成液态树脂/玻璃纤维束混合物的温度；
把所述液态树脂/玻璃纤维束混合物注入所述封闭的模子；和
固化所述热固性树脂以形成所述模制合成物物品。
12、一种如权利要求9所述的方法，其中所述聚合材料是块状模塑料并且所述模制步骤包括
加热所述封闭的模子；
把所述块状模塑料和所述短切玻璃纤维束注入所述加热封闭的模子；和
固化所述热固性树脂以形成所述模制合成物物品。
13、一种如权利要求9所述的方法，其中所述聚合材料是热固性树脂并且所述模制步骤包括
把所述短切的玻璃纤维束置于所述模子所述两个半模的中一个半模中；
定位所述模子的所述两个半模以便所述模子处于所述封闭结构；
把所述热固性树脂注入所述封闭的模子中以利用所述热固性树脂弄湿所述短切的玻璃纤维束；和
固化所述热固性树脂以形成所述模制合成物物品。
14、一种如权利要求9所述的方法，其中所述聚合材料是热固性树脂并且所述模制步骤包括
在高压下混合所述短切的玻璃纤维束和所述热固性树脂以形成树脂/玻璃纤维束混合物；
把所述树脂/玻璃纤维束混合物注入所述封闭的模子，所述封闭的模子被加热到足以熔化所述热固性树脂的温度；和
固化所述热固性树脂以形成所述模制合成物物品。
15、一种如权利要求9所述的方法，其中所述聚合材料是选自包括热固性树脂和热塑性树脂的组的树脂并且所述模制步骤包括
把所述短切的玻璃纤维束和所述树脂置于所述封闭的模子；
加热所述封闭的模子；
旋转所述封闭的模子，所述封闭模子的所述旋转使离心力施加在所述短切的玻璃纤维束和所述树脂上，从而把所述树脂分散在整个所述短切的玻璃纤维束上并形成混合物；和
固化所述混合物以形成所述模制合成物物品。
16、一种如权利要求9所述的方法，还包括步骤
把所述胶料成分施加到从坩锅变细的多个玻璃纤维上；
把所述多个玻璃纤维分成其中具有预定数量所述玻璃纤维的玻璃纤维股；
短切所述玻璃纤维股以形成湿的短切玻璃纤维束，所述湿的短切玻璃纤维束具有离散的长度；和
在选自包括介电炉、流化床烘箱和旋转托盘热烘箱的组中的烘箱中干燥所述湿的短切玻璃纤维束以形成所述短切的玻璃纤维束。
17、一种如权利要求9所述的方法，还包括步骤
把所述胶料成分施加到从坩锅变细的多个玻璃纤维上；
把所述多个玻璃纤维分成其中具有预定数量所述玻璃纤维的玻璃纤维股；
短切所述玻璃纤维股以形成湿的短切玻璃纤维束，所述湿的短切玻璃纤维束具有离散的长度；
把所述湿的短切玻璃纤维束收集到容器内；和
在所述容器内在选自包括介电炉、流化床烘箱和旋转托盘热烘箱的组中的烘箱中干燥所述湿的短切玻璃纤维束以形成所述短切的玻璃纤维束。
18、一种形成用于合成物物品的预制品的方法，包括步骤
把短切的玻璃纤维束和热固性树脂吹入匹配模子的一个半模中，所述匹配模子由两个半模形成以便当所述两个半模放置在一起时它们形成合成物物品的所需形状，所述短切的玻璃纤维束具有多个定位为在成束方向上基本平行的玻璃纤维，所述玻璃纤维被至少部分地涂敷胶料成分，该胶料成分包括
选自包括聚氨酯成膜剂、不饱和聚酯成膜剂和环氧树脂成膜剂在内的组的一个或多个成膜剂；
至少一种硅烷偶联剂；和
至少一种润滑剂；
固化所述热固性树脂以形成所述合成物物品的所述预制品。
19、一种如权利要求18所述的方法，还包括步骤
把所述胶料成分施加到从坩锅变细的多个玻璃纤维上；
把所述多个玻璃纤维分成其中具有预定数量所述玻璃纤维的玻璃纤维股；
短切所述玻璃纤维股以形成湿的短切玻璃纤维束，所述湿的短切玻璃纤维束具有离散的长度；
把所述湿的短切玻璃纤维束收集到容器内；和
在所述容器内在选自包括介电炉、流化床烘箱和旋转托盘热烘箱的组中的烘箱中干燥所述湿的短切玻璃纤维束以形成所述短切的玻璃纤维束。
20、一种如权利要求18所述的方法，还包括步骤
把所述胶料成分施加到从坩锅变细的多个玻璃纤维上；
使所述多个玻璃纤维通过传热室，在那里被所述坩锅加热的空气被吸入所述传热室，以基本干燥所述多个上胶玻璃纤维并形成干燥的玻璃纤维；
把所述干燥的玻璃纤维分成其内具有预定数量所述干燥玻璃纤维的玻璃纤维股；
短切所述玻璃纤维股以形成所述短切的玻璃纤维束。
全文摘要
本发明提供能够在压模和注模应用中使用的短切玻璃纤维干束。短切玻璃纤维束(10)由在基本互相平行方向上定位的单个玻璃纤维(12)形成。干燥短切的玻璃纤维束可以按照下述步骤准备把胶料成分施加到变细的玻璃纤维(40)上，分离该纤维以获得期望的束特克斯，把湿的玻璃束(42)短切成离散的长度，并在介电炉(46)中干燥湿的玻璃束。可供选择地，干燥短切玻璃纤维束可以按照下述步骤准备给变细的玻璃纤维上胶，使上胶纤维通过传热室，在那里被坩埚加热的空气被吸入所述传热室，以干燥玻璃纤维束，把干燥、上胶的玻璃纤维束分离以获得期望的束特克斯并短切干燥的玻璃纤维束。该胶料成分包括选自包括聚氨酯成膜剂、不饱和聚酯或环氧树脂在内的组的一个或多个成膜剂。
文档编号C03C25/26GK101351416SQ200680049787
公开日2009年1月21日 申请日期2006年9月8日 优先权日2005年12月28日
发明者W·G·哈格, D·L·希普, L·J·阿德齐玛, E·V·加洛韦, F·C·格鲁贝, D·T·默瑟 申请人:Ocv智识资本有限责任公司