专利名称：用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的进气系统(intake system)部件的纤维增强树脂。
背景技术：
在内燃机的进气系统中，设置有构成内燃机的进气通道(intake channel)的风管(air duct)、设置在内燃机的进气通道中用于减小进气噪音的共振器(resonater)或侧面支管(sidebranch)，以及收集内燃机的进气通道中的灰尘的空气过滤器。
当内燃机运行且空气被导入内部燃烧，进气系统的部件可能会导致进气噪音。为了减少进气噪音，常规上已经采用增大部件的挠曲弹性模量并增大部件的厚度的技术。例如，作为这种技术，已经采用了以下方式使用由聚丙烯树脂和以组合物的约40重量％共混的用作刚性增强材料的滑石组成的树脂组合物，以及增加部件的厚度。但是，该技术导致部件重量增加的问题。
发明内容
本发明将要解决的问题内燃机的进气噪音的频率范围是，例如约100-400Hz，且是相对低的。发明人注意到内燃机的进气噪音的频率范围低这一问题。发明人已经发现，通过增大进气系统的部件的挠曲弹性模量以及减小部件的比重，可以将进气系统部件的共振频率转移至高频率。通过将进气系统部件的共振频率转移至高频率，能够使进气系统部件的共振频率远离进气噪音的频率范围。由此，可以减小进气系统部件的低频率范围的进气噪音。
因此，本发明的目的是提供用于进气系统部件的组合物，其能够增大进气系统的部件的挠曲弹性模量以及减小部件的比重。
解决问题的方式为了解决上述问题，权利要求1要求保护的发明的特征在于，组合物包含嵌段聚丙烯类树脂以及玻璃纤维和云母，其中嵌段聚丙烯类树脂的MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的60-80重量％，玻璃纤维和云母的总量为组合物的20-40重量％。
而且，权利要求2要求保护的发明的特征在于，组合物包含嵌段聚丙烯类树脂、酸改性的聚戊二烯类树脂、玻璃纤维和云母，其中嵌段聚丙烯类树脂的MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的58-78重量％，酸改性的聚戊二烯类树脂的量为组合物的1-2重量％，且玻璃纤维和云母的总量为组合物的20-40重量％。
本发明的进气系统部件是以下任一种构成内燃机的进气通道的风管、设置在内燃机的进气通道中用于减小进气噪音的共振器或侧面支管，以及收集内燃机的进气通道中的灰尘的空气过滤器。
权利要求4要求保护的发明是用于内燃机上的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，其特征在于，组合物包含嵌段聚丙烯类树脂和云母，嵌段聚丙烯类树脂的MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的60-80重量％，且云母的量为组合物的20-40重量％。
发明效果根据本发明，可以获得用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，其能够增大进气系统部件的挠曲弹性模量以及减小部件的比重。因此，在进气系统部件中，可以减少进气噪音而不会导致重量增加。
而且，当为了获得与使用现有技术的进气系统部件用树脂组合物相同的惯性(inertance)而使用本发明的组合物时，生产的制品能够具有较低的比重和较薄的厚度，并且实现重量减轻。
图1是表示丸粒制造机的实例的示意图；图2分别表示比重与惯性的关系(图2-1)、挠曲弹性模量与惯性的关系(图2-2)、100Hz弹性模量与惯性的关系(图2-3)、挠曲弹性模量/比重与惯性的关系(图2-4)以及100Hz弹性模量/比重与惯性的关系(图2-5)；图3分别表示频率与惯性的关系以及频率与隔声水平的关系；图4表示当部件的厚度变为2mm、2.5mm、3.0mm和4.0mm时，频率与惯性的关系；图5是厚度与惯性共振频率之间的关系曲线。
具体实施例方式
下面描述本发明的用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物的实施方案。作为进气系统的部件，可以使用以下任一种构成内燃机的进气通道的风管、设置在内燃机的进气通道中用于减小进气噪音的共振器或侧面支管，以及收集内燃机的进气通道中的灰尘的空气过滤器。
用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物包含嵌段聚丙烯类树脂以及玻璃纤维和云母，其中嵌段聚丙烯类树脂的MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的60-80重量％，玻璃纤维和云母的总量为组合物的20-40重量％。
作为待使用的聚丙烯的类型，使用作为丙烯聚合物的嵌段聚丙烯。
聚丙烯的MFR(在230℃和2.16kg的负荷下)优选为40-70g/10min，更优选为50-60g/10min。这里使用的聚丙烯的MFR值是根据JIS K-7210-1999，在温度为230℃且负荷为2.16kg的条件下测定的。如果MFR不大于40g/10min，则玻璃纤维在模塑制品中的分散会变得不适当且制品的外观不合格。如果MFR大于60g/10min，则很可能冲击强度变差，因此不是优选的。
通过丙烯的淤浆聚合、气相聚合、液相本体聚合等，借助聚合催化剂制备丙烯聚合物。作为用于制备丙烯聚合物的聚合方式，间歇聚合和连续聚合的方式都可以使用。可以通过多步聚合或聚合树脂的分解来调节聚丙烯的MFR。
制备组合物时，优选将MFR为40-70g/10min的嵌段聚丙烯类树脂与使用酸(例如马来酸)改性的改性聚丙烯类树脂共混。马来酸改性的聚丙烯的MFR优选为5-800g/10min。当MFR太低时，树脂的分散会变差，当MFR大于800g/10min时，树脂的冲击强度可能会变得不适当地低。马来酸改性的聚丙烯的结晶温度(Tc)为105-125℃是理想的，更优选为110-120℃。而且，马来酸的附加量(additional volume)为0.1-10重量％是理想的，更优选为0.8-8重量％。
作为玻璃纤维，可以使用通过熔融和纺纱以下任何玻璃而制成的任何丝状纤维F玻璃(电学玻璃)、C玻璃(化学玻璃)、A玻璃(碱玻璃)、S玻璃(高强度玻璃)或者耐碱玻璃。
玻璃纤维的纤维直径为3-30微米是理想的，更优选为8-20微米。当纤维直径太小时，增强纤维束的产率将会降低，因为纤维容易断裂。而且，当连续生产丸粒时，这种小的直径不是优选的，因为需要将许多纤维束缚在一起，连接纤维束的工作复杂而且生产率降低。
树脂组合物中的玻璃纤维的纤维长度优选为1.5-60mm。对于短纤维树脂组合物，纤维长度优选为1.5-8mm，对于长纤维树脂组合物，纤维长度优选为12-50mm。
作为玻璃长纤维的材料，使用连续玻璃纤维束，其是可以以玻璃无捻粗纱的形式购得。通常，优选其平均纤维直径为4-30微米，被束缚的长丝的数目为400-10,000，Tex数为300-20,000g/km。而且，特别优选平均纤维直径为9-23微米，被束缚的长丝的数目为1,000-6,000。
或者，作为另一种玻璃纤维，也可以使用玻璃短切纤维(glass chopped strand)。玻璃短切纤维的长度通常为3-50mm，其纤维直径为约3-25微米，优选为8-14微米。
优选对玻璃纤维进行表面处理(例如，硅烷偶联剂处理)，从而提供或提高玻璃纤维表面对将要使用的热塑性材料的界面粘结性能。当使用事先经过所述处理的增强纤维时，能够预期模塑制品具有良好的强度和外观。
作为玻璃纤维的表面处理剂，可以使用选自已知的包括所谓的硅烷类偶联剂和钛类偶联剂的任一种试剂。作为硅烷类化合物，使用氨基硅烷和环氧硅烷。例如，包括γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-乙氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、β-(2，4-环氧基环己基)乙氧基甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等。氨基类硅烷化合物是特别优选的。
树脂组合物的形状可以是粉末、薄片和丸粒中的任一种。玻璃纤维树脂组合物的比重优选为1.2或更小，更优选为1.15或更小。玻璃纤维树脂组合物中的玻璃纤维优选为5-15重量％，组合物中的云母优选为15-25重量％。
而且，树脂组合物包含基本上相互平行排列的玻璃纤维和聚丙烯树脂是理想的。而且，优选树脂组合物包含长度基本上等于所含的玻璃纤维的长度的丸粒。树脂组合物的丸粒长度优选为2-200mm。丸粒长度优选为3-100mm，更优选为3-50mm，特别优选为6-25mm。
下面解释树脂组合物的制备方法。首先，制备树脂丸粒。可以通过以下方法容易地获得树脂丸粒将由数千玻璃纤维制成的无捻粗纱导入浸渍模具中，将熔融的热塑性树脂均匀浸渍在长丝之间，以及在浸渍后切割成所需长度(2-200mm)。
图1示出丸粒制造机的实例。例如，使用以下方法当将熔融树脂从挤出机1供应至设置在挤出机1的顶部的浸渍模具2中时，连续玻璃纤维束F经过浸渍模具2，熔融树脂浸渍到玻璃纤维束F中，然后经由喷嘴拔出玻璃纤维束F，将玻璃纤维束F制成长度为2-50mm的粒。通过拔出辊3从浸渍模具2中拔出玻璃纤维束F，然后使用冷却机4冷却。然后使用制粒机5对玻璃纤维浸渍树脂进行制粒。使用辊轧机、Banbury混合机、捏合机等以预定比率将各组分混合在一起并分散。或者，还可以使用转鼓式共混机、henschel混合机、螺带式混合机等对组分进行干燥共混。使用单轴挤出机、双轴挤出机等捏合所得的混合物，从而制备丸粒形式的模塑材料。
根据用途的需要，可以向丸粒中加入各种类型的添加剂。例如，可以加入各种改性剂，如分散剂、润滑剂、增塑剂、阻燃剂、抗氧化剂(苯酚类抗氧化剂、磷(phosphor)-抗氧化剂、硫类抗氧化剂)、抗静电剂、光稳定剂、紫外线吸收剂、结晶促进剂(增核剂)、发泡剂、交联剂、抗微生物剂等；各种着色剂，包括颜料和染料，如碳黑、二氧化钛、氧化铁红、偶氮颜料、蒽醌颜料和酞菁等，作为添加剂。可以在制备丸粒时将这些添加剂加入丸粒中，从而包含在制备的丸粒中。或者，可以在由丸粒生产模塑制品时加入这些添加剂。
将丸粒、云母和MFR为40-70g/10min的嵌段聚丙烯类树脂混合并模塑，从而得到模塑制品。
作为模塑或成型方法，为了获得模塑制品，可以不受限制地以任何方式使用任何已知方法，例如注塑法、挤出模塑法、吹塑法、压塑法、注射-挤压-模塑法、气体注入注塑(gas infusinginjection molding)、发泡注塑等等。注塑法、压塑法以及注射-挤压-模塑法是特别优选的。
实施例使用图1的丸粒制造机制备纤维增强树脂组合物。
生产条件模具固定在直径为50mm的挤出机的顶端，四个棒呈直线排列在浸渍部分。
纤维直径使用玻璃无捻粗纱，其将170根玻璃纤维束缚在一起，每根纤维的纤维直径为16μm，玻璃纤维事先用氨基硅烷进行表面处理。
预热温度200℃。
热塑性树脂MFR50的嵌段聚丙烯+羧酸改性的聚丙烯。
熔融温度290℃。
棒四个棒，每个棒都是6mm(直径)×3mm(长度)在上述条件下，当使用张力辊调整纤维束的量时，在模具中提供玻璃无捻粗纱，从而对其进行浸渍。而后，将其从模具中拉出，冷却并制粒，从而制备包含50wt％的纤维的树脂组合物。
将得到的树脂组合物、云母M/B(云母40％)和上述嵌段聚丙烯以下述比率干燥共混树脂组合物云母M/B(云母40％)嵌段聚丙烯＝20∶50∶30。然后使用注塑机(TOSHIBA MACHINE CO.，LTD生产，IS8OEPN)对干燥共混的材料进行模塑，从而得到模塑制品。将生产实施例与对比例进行比较。
下面示出用于实施例和对比例的各种树脂组合物的成分。实施例含有PP用作基本材料，加上10％的长纤维玻璃纤维和20％的云母。
对比例1含有PP用作基本材料，加上40％的长纤维玻璃纤维。
对比例2含有PP用作基本材料，加上20％的长纤维玻璃纤维和30％的滑石。
对比例3含有PP用作基本材料，加上10％的长纤维玻璃纤维和20％的滑石。
对比例4含有尼龙(PA6/PA66)用作基本材料，加上10％的长纤维玻璃纤维和10％的矿物质。
对比例5含有尼龙(PA6/PA66)用作基本材料，加上17％的长纤维玻璃纤维和21％的矿物质。
对比例6含有PP再循环材料用作基本材料，加上40％的滑石。
对比例7含有PP用作基本材料，加上40％的滑石。通常，常规上使用对比例7的组合物。
表1示出对于这些实施例和对比例，当模塑成空气过滤器的壳和盖时树脂组合物的挠曲弹性模量和重量以及惯性。惯性是转移函数，其是通过以下方法获得的在垂直于进气系统壁的方向上施加力(F)，测量当施加力(F)时的加速水平(a)以及由水平(a)推导。因此，如果惯性水平低，则意味着测量面难以振动。
表1
从表1理解，与常规上使用的对比例7的空气过滤器相比，本发明的实施例的空气过滤器能够将比重减小约10％，而且本实施例的惯性也是低的(也就是说，它变得难以振动)。虽然在对比例2中获得最低的惯性，但是由于这种情况的比重非常大，因此并不能预期其发生相对重量减轻的效果。
图2相对于这些实施例和对比例分别示出比重与惯性的关系(图2-1)、挠曲弹性模量与惯性的关系(图2-2)、100Hz弹性模量与惯性的关系(图2-3)、挠曲弹性模量/比重与惯性的关系(图2-4)以及100Hz弹性模量/比重与惯性的关系(图2-5)。这里，挠曲弹性模量表示当样品缓慢弯曲时的弹性模量，100Hz弹性模量表示频率为100Hz时的动态模量。
挠曲弹性模量和惯性之间具有相关性，如图2-2和图2-3所示。特别地，100Hz动态模量和惯性显示更有效的相关性。
关于本实施例的树脂组合物，由于100Hz动态模量高，可以减小惯性，更有利地，如图2-1所示，比重低。这些高挠曲弹性模量和低的比重能够共同减小振动的噪音，这是本实施方案的主题。相反，在其中基本材料是尼龙的对比例4和对比例5中，虽然挠曲弹性模量高，但是惯性往往也会高。对于这些结果，难以减小振动噪音。
图3中，针对频率和惯性的关系以及频率和隔声水平的关系，比较本实施例和对比例7。隔声水平表示声音强度，即，当声音从扬声器中输出时多少声音从空气过滤器中出来。隔声水平变得越低，隔声越显著。从这些图中发现，在该实施例中，低频率范围内的惯性和隔声水平低。而且，本实施例和对比例7之间的厚度是相同的，与对比例7的重量相比，该实施例的重量低约10％。
在图4中，针对当厚度变化为2mm、2.5mm、3.0mm和4.0mm时频率与惯性的关系，比较本实施例和对比例7。从这些图中可以发现，在相同的厚度条件下，在本实施例中，共振频率可以增大而且低频率范围内的惯性会减小。
图5是针对本实施例和对比例7，厚度与惯性共振频率之间的关系图。从图4可知，当获得相同的共振频率时，表现基本相等的惯性水平。该实施例示出优异的惯性水平，当本发明试图获得与对比例相同的惯性水平时，板厚可以从3mm减少至2.66mm。
在表2中，比较本实施例(厚度为2.66mm)和对比例7(厚度3mm)的比重×厚度值。当本发明试图获得与对比例相同的惯性水平时，在本发明中能够获得19.2％的重量减小，因为减小的比重和变薄的厚度共同起作用。
表2
权利要求
1.用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，其包含，嵌段聚丙烯类树脂，其MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的60-80重量％，以及玻璃纤维和云母，其总量为组合物的20-40重量％。
2.用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，其包含，嵌段聚丙烯类树脂，其MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的58-78重量％，酸改性的聚戊二烯类树脂，其量为组合物的1-2重量％，以及玻璃纤维和云母，其总量为组合物的20-40重量％。
3.权利要求1或2的用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，进气系统部件是以下中的任一种构成内燃机的进气通道的风管、设置在内燃机的进气通道中的用于减少进气噪音的共振器或侧面支管，以及收集内燃机的进气通道中的灰尘的空气过滤器。
4.用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，其包含嵌段聚丙烯类树脂，其MFR为40-70g/10min(在230℃和2.16kg的负荷下)且其量为组合物的60-80重量％，以及云母，其量为组合物的20-40重量％。
全文摘要
用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物，其包含嵌段聚丙烯类树脂以及玻璃纤维和云母，其中嵌段聚丙烯类树脂的MFR(在230℃和2.16kg的负荷下)为40－70g/10min且其量为组合物的60－80重量％，玻璃纤维和云母的总量为组合物的20－40重量％。所述的用于内燃机的进气系统部件的纤维增强树脂组合物能够用于增大进气系统部件的弯曲弹性模量以及减小部件的比重。
文档编号C08L53/00GK1816692SQ200480018809
公开日2006年8月9日 申请日期2004年6月29日 优先权日2003年6月30日
发明者松本壮敏, 铃木润, 岩下亨, 菅原稔 申请人:东洋沪机制造株式会社, 普瑞曼聚合物有限公司