玻璃纤维强化热塑性树脂成型体及其制法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及使玻璃纤维分散而提高了强度的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体及 其制法，详细而言，涉及底座、轴衬、扭力杆等作为具有环状结构的成型体发挥出优异的性 能的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体及其制法。
【背景技术】
[0002] 对于汽车的发动机室内所使用的部件，要求高温多湿条件下的强度、耐水性、耐热 性、耐氯化钙性（由于使用氯化钙作为融雪剂）等特性。这样的部件一直以来通常是金属 制的，但是近年来，由于轻量化的需求而研究出了使用了纤维强化树脂（FRP)作为代替金 属部件的汽车用部件。其中，使玻璃纤维分散于热塑性树脂而成的玻璃纤维强化热塑性树 脂的通用性、加工性、成型性等优异，从成本方面出发也优异，因此可以期待应用于上述那 样的用途。由玻璃纤维强化热塑性树脂形成的成型体通常通过将热塑性树脂和玻璃纤维熔 融混炼进行粒料化，将其再熔融进行注射成型等而制造（参照例如专利文献1~3)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2012-25844号公报
[0006] 专利文献2 :日本特开2003-285323号公报
[0007] 专利文献3 :日本特开2010-189637号公报
[0008] 专利文献4 :W02012/124060号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的问题
[0010] 然而，如上所述，暂时粒料化而制作目标的成型体时，在制作该粒料时在熔融混炼 机内，玻璃纤维受到剪切应力而折损，上述玻璃纤维微细化（纤维长度为0. 5mm以下），进而 受到注射成型时的剪切应力，从而上述玻璃纤维更加微细化。因此，存在如下问题：这样得 到的成型体内的玻璃纤维变得过于微细，从而成型体的强度提高效果小。
[0011] 因此，研究了使用长纤维强化树脂粒料（拉拔制法中制作的含有纤维长度长的玻 璃纤维的粒料）。然而，如果这样做，则存在如下问题：会对成型性带来恶劣影响，进而制作 底座、轴衬、扭力杆等具有环状结构的成型体时，由该长纤维带来的残余应力变大、进而由 于提高了树脂向玻璃纤维的浸透性而不得不使用分子量低的树脂，因此成型体得不到充分 的强度。另外，如先前的专利文献2、3那样，还提出了将长纤维强化树脂粒料和短纤维强化 树脂粒料混合而成型的方法，但如果这样做，则成型性虽然得到改善，但由于纤维长度分布 发生二极化，所以还不至于解决残余应力。
[0012] 另外，如上述的现有的由玻璃纤维强化热塑性树脂形成的具有环状结构的成型体 存在如下问题：在成型为薄壁时，特别是高温气氛中、吸水时的机械强度降低。在这样的情 况下，以往是成型为厚壁而解决该问题，但这样一来，还会产生轻量化效果小这样的问题。
[0013] 另外，如专利文献4那样，还提出了如下方法：对于由纤维强化树脂形成的外皮层 和芯层分别调节材料以使两者的弯曲模量不同，通过夹层成型而得到目标的成型体，从而 解决上述问题。然而，由于夹层成型体中存在层界面，因此有得不到充分的强度的担心。另 外，为了进行夹层成型，由于还需要专用的成型机，因此还有制造成本增大的担心。
[0014] 本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于，提供即便不进行成型为厚壁等 的处理，在高温气氛中、吸水时的机械强度也优异、并且充分具备具有环状结构的成型体所 要求的应变耐性等强度的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体及其制法。
[0015] 用于解决问题的方案
[0016] 为了达成上述目的，本发明的第一主旨是玻璃纤维强化热塑性树脂成型体，其特 征在于，其为具有环状结构的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体，上述成型体中，下述（A)~ (D)所示的纤维长度的玻璃纤维以下述（A)~（D)所示的比率（相对于纤维状填料总体数 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，本发明的第二主旨是玻璃纤维强化热塑性树脂成型体的制法，其为上述第 一主旨的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体的制法，将玻璃纤维和热塑性树脂分别直接投入 至注射成型机中，通过该注射成型而得到目标的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体。
[0022] 即，本发明人等为了解决前述课题，反复进行了深入研究。其结果，本发明人等对 于具有环状结构的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体，着眼于成型体中的强化纤维的长度， 发现通过具有如上述（A)~（D)所示的特定的玻璃纤维长度分布，即便不进行厚壁设计等 的处理，在高温气氛中、吸水时的机械强度也优异并且充分具备具有环状结构的成型体所 要求的应变耐性等强度，至此完成了本发明。
[0023] 需要说明的是，将玻璃纤维和热塑性树脂的混合物暂时粒料化而成的物质作为材 料进行注射成型等而得到成型体的现有的方法中，难以得到如上述的特定的玻璃纤维长度 分布。因此，本发明人等发现，实施将玻璃纤维和热塑性树脂分别直接投入至注射成型机 中，通过该注射成型而得到目标的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体的制法，结果能够容易 地制造如上述（A)~（D)所示那样具有特定的玻璃纤维长度分布的成型体。
[0024] 发明的效果
[0025] 如以上，本发明的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体具有环状结构，作为热塑性树 脂中的纤维状填料，前述（A)~（D)所示的纤维长度的玻璃纤维以前述（A)~（D)所示的 比率被分散。因此，即便不进行厚壁设计等处理，在高温气氛中、吸水时的机械强度也优异， 也能够充分地具备具有环状结构的成型体所要求的应变耐性等强度。并且，上述成型体通 过制成例如为发动机底座、轴衬、扭力杆等汽车用轴承部件，能够发挥出优异的性能。
[0026] 另外，通过将玻璃纤维和热塑性树脂分别直接投入至注射成型机中，利用该注射 成型，得到本发明的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体这样的特殊制法，能够良好地制造具 有如前述（A)~（D)所示那样的特定的玻璃纤维长度分布的本发明的玻璃纤维强化热塑性 树脂成型体。
【附图说明】
[0027] 图1是实施例中制作的试验片的结构图，图1的（a)表示俯视图，图1的（b)表示 侧视图。
【具体实施方式】
[0028] 接着，对于本发明的实施方式详细地进行说明。
[0029] 本发明的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体具有环状结构。此处，"具有环状结构" 既可以指该成型体的一部分具有环状结构，也可以是该成型体整体表现出环状结构。进而， 除了圆环状以外，环状也可以是五边形、六边形等角形的环状。
[0030] 并且，对于本发明的玻璃纤维强化热塑性树脂成型体，在该成型体中，下述（A)~ (D)所示的纤维长度的玻璃纤维以下述（A)~（D)所示的比率（相对于纤维状填料总体数 的比率）被分散。通过这样进行调整，由纤维长度的差导致的残余应力变小。需要说明的 是，如果纤维长度3. Omm以上（D)的玻璃纤维较多地残留，则具有环状结构的成型体所需要 的韧性丧失，并且产生应力集中，断裂强度降低。另外，纤维长度0. 05以上且小于0. 5mm(A) 的比率过多时，由纤维强化带来的优势性消失。为了抑制残余应力，纤维长度0. 5mm以上且 小于1.0 mm⑶的比率和纤维长度1.0 mm以上且小于3. Omm(C)的比率优选以下述所示的范 围包含，这样，即便在高温气氛中、吸水时，纤维强化的效果也会变大且成型体的强度提高。
[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] 特别是从在高温气氛中、吸水时的机械强度更优异出发，优选的是：上述（A)所示 的纤维长度的玻璃纤维的比率为50~70%，上述（B)所示的纤维长度的玻璃纤维的比率 为20~40%，上述（C)所示的纤维长度的玻璃纤维的比率为10~30%，上述（D)所示的 纤维长度的玻璃纤维的比率为1%以下。
[0036] 如上所述，上述（A)~（D)所示的玻璃纤维的比率为相对于纤维状填料总体数的 比率，可以按照例如日本特开2002-5924号公报所公开的玻璃纤维长度分布测定方法进行 测定。即，使上述成型体在500~700°C的温度下灰化，使之在灰化后的玻璃纤维重量的 1000倍以上重量的水中均匀分散，从该均匀分散液中以使玻璃纤维的重量成为0. 1~2mg 范围的方式取出均匀分散液的一部分，通过过滤或干燥从上述均匀分散液的一部分中取出 玻璃纤维，对于玻璃纤维的总数，测定纤维长度，求出相对于该总数的相当于上述（A)~ (D)的纤维的比率（％)。需要说明的是，如上述，也可以不使之分散于水中而是从灰化后的 残渣的纤维块中随机地选择纤维，以其为基准进行上述测定。另外，上述公报中公开的玻璃 纤维长度分布测定方法中，可以采取使作为成型体的聚合物的热塑性树脂在高温下熔融、 灰化后取出成型体中的玻璃纤维的方法，也可以采取用溶剂溶解上述热塑性树脂后再取出 成型体中的玻璃纤维的方法。需要说明的是，由上述公报中公开的玻璃纤维长度分布测定 方法可知，上述（A)~（D)所示的玻璃纤维长度分布并非表示上述成型体的材料（树脂组 合物）中的分布状态，而是表示上述成型体（树脂固化物）中的分布状态。另外，