复合形成材料及经表面处理的玻璃短纤维的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 本申请是2012年12月14日递交的、申请号为201210545489.1、发明名称为"复合形 成材料及经表面处理的玻璃短纤维"的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明是关于将玻璃短纤维混炼于热塑性树脂而成的复合成形材料及经表面处 理的玻璃短纤维，属于复合材料制备技术领域。
【背景技术】
[0003] 由于塑料是轻量的，故使用于各式各样用途，不过弹性率低的结构用材料并不适 合。因此，可开始使用W与如玻璃纤维般弹性率高的材料的复合材料，作为轻量且强度高的 材料。就用W形成复合材料的强化材料而言，已为人所熟知的除了玻璃纤维W外，尚有碳纤 维、强度高的树脂纤维、KevleiNDyneema等。
[0004] 此种复合材料，可利用于机械机构零件、电气零件、飞航机零件、船舶零件、汽车零 件、事务用零件、建筑材料、纤维制品、杂货等广泛领域，不过在树脂中纤维分散不均匀时， 在制品使用中会产生翅曲等不便。因此，在树脂中，使纤维均匀分散日趋重要。
[0005] 对于树脂中纤维的混入、分散方法，大致分为二种。一种是在维持纤维中方向性的 同时将其渗浸于塑料的方法，另一种是在树脂中使玻璃纤维分散的方法。
[0006] 在前者的方法，是预先将纤维制成均匀的网眼状后，渗浸于塑料，故可在树脂中使 纤维均匀分散，不过通常有必要将薄纤维层，重叠多层，W使纤维方向不同，为了重复纤维 层的积层及塑料硬化的顺序，会有制造成本增加的问题。
[0007] -方面，后者的方法，因在树脂混炼玻璃纤维，虽然步骤数减少，不过在树脂将玻 璃纤维均匀分散则成为待解决的问题。就用于在树脂中分散的玻璃纤维而言，已为人所熟 知的有纤维直径10至18WI1左右（参照专利文献1 -日本特开2009-7179号公报）、10至20皿 (参照专利文献2-日本特开2007-277391号公报)左右的纤维等，将收集该等尺寸的单纤维 50至200条的玻璃纤维，切断成预定长度之物，一般是使用短玻璃丝(chopped strand)。
[000引为了在树脂混炼短玻璃丝，则将树脂原料与短玻璃丝W押出机加热混炼，将树脂 烙融并予W押出而形成。具体的制品，是首先制造使已押出的玻璃纤维均匀分散的树脂颗 粒，接着，通过将该颗粒供给于射出成型机，而在该成形机内进行加热混炼，将树脂烙融，射 出至铸模内，予W成形(forming)而进行的二段步骤，或将混炼与射出成型一接续进行的连 续步骤来制造。
[0009]目前研究是于树脂中混炼上述短玻璃丝时，使玻璃纤维均匀地分散于树脂中的娃 等各式各样的分散剂。但是，短玻璃丝的纤维直径亦有10至1祉m，故将纤维含有率20至50% 的树脂在薄壁(厚度ImmW下)进行射出成型时，则会损及纤维的均匀分散性，且造成在射出 成型品表面产生凹凸，或纤维浮现等表面平滑性不良的问题。尤其是，自树脂表面浮现的纤 维，因为玻璃故硬度高，由于可达成作为研磨剂的作用，故亦有损伤装置等之虞。又，随着复 合形成材料中短玻璃丝的比率变大，混炼中复合形成材料的黏度上升，对混炼机的社漉 (roller)或射出喷嘴的负载变大，在实际的制造步骤，欲将复合形成材料中的纤维含有率 在50% W上则非常困难。
[0010] 为了解决上述问题，本发明人等首先发现，（1)通过将较短玻璃丝的纤维直径更小 的纤维直径3至6WI1、与热塑性树脂混练前的平均纤维长300至1000 wii左右的玻璃短纤维，喷 雾含有硅烷偶合剂与被覆剂的溶液，进行表面处理，而可将玻璃短纤维分散于热塑性树脂； (2)通过使用相较于玻璃长纤维，纤维长及纤维直径均小的玻璃短纤维作为增强材料，则因 薄壁成形容易，故即使制作厚度ImmW下的射出成型品，亦可减少外观不良，而提出专利申 请(参照专利文献3-日本特开2011-183638号公报）。
[0011] 此外，玻璃短纤维是指将在高溫溶化的玻璃W离屯、力经微细纤维化之物，亦可自 再回收玻璃制作，因可将资源作有效活用，且作为住宅用建材隔热效果亦优异，故近年来为 广受瞩目的材料。
[0012] 但是，上述专利文献3所记载的玻璃短纤维，相较于先前所使用的短玻璃丝，因是 纤维直径非常微细的棉状材料，故即使在与热塑性树脂混练前具有一定的平均纤维长，与 热塑性树脂混炼时，玻璃短纤维也易被切断，结果，相较于混炼短玻璃丝的复合形成材料， 会有增强效果不良的问题。尤其是，会有越增加玻璃短纤维的添加量，在混练中玻璃短纤维 越容易被切断，与热塑性树脂混练后所得的复合形成材料中的玻璃短纤维最终成为接近玻 璃粒子的形状的问题。
【发明内容】
[0013] 本发明是为了解决上述问题而完成的，在经戮力研究后，首先发现将玻璃短纤维 混炼于热塑性树脂时，通过加热玻璃短纤维，并添加于热塑性树脂，则所得复合形成材料中 的玻璃短纤维，相较于不加热便添加的情形，较难切断，且维持在纤维长较长的状态，并分 散成热塑性树脂，结果可提高复合形成材料的增强效果。又，最近发现通过使用润滑剂，尤 其是通过使用W杯芳控(calixarene)及/或硅烷偶合剂处理的玻璃短纤维，则在维持纤维 长的状态下，可在复合形成材料中混炼更多玻璃短纤维。
[0014] 亦即，本发明的目的是提供一种复合形成材料及为制造该复合形成材料的材料的 经表面处理的玻璃短纤维，该复合形成材料是与热塑性树脂混炼后，复合形成材料中的玻 璃短纤维，纤维直径1至7mi、纤维长30至300WI1、长宽比为IOW上。
[0015] 本发明是关于下述所示的复合形成材料及经表面处理的玻璃短纤维。
[0016] (1)-种复合形成材料，其是在热塑性树脂中至少混炼玻璃短纤维而形成的复合 形成材料，其特征为：
[0017] 该复合形成材料中玻璃短纤维的纤维直径为1至化m、平均纤维长为30至300WH、长 宽比为IOW上。
[0018] (2)如上述(1)项的复合形成材料，其中，该复合形成材料中，玻璃短纤维的纤维直 径为3至化m。
[0019] (3)如上述(1)项的复合形成材料，其中，所述玻璃短纤维是W硅烷偶合剂及/或润 滑剂经表面处理之物。
[0020] (4)如上述(3)项的复合形成材料，其中，所述润滑剂为杯芳控。
[0021] (5)如上述（1)至(4)项中任一项的复合形成材料，其中该玻璃短纤维W烙融的该 热塑性树脂之溫度作为基准，加热至-150至巧(TC的溫度后混练。
[0022] (6)如上述(5)项之复合形成材料，其中该玻璃短纤维W烙融的该热塑性树脂的溫 度作为基准，加热至-100至+20°C的溫度后混练。
[0023] (7)如上述(5)项之复合形成材料，其中该玻璃短纤维W烙融的该热塑性树脂的溫 度作为基准，加热至-50至+20°C的溫度后混练。
[0024] (8)如上述(5)项之复合形成材料，其中该玻璃短纤维加热至与烙融的该热塑性树 脂相同的溫度后混练。
[0025] (9) 一种玻璃，其是W杯芳控经表面处理的。
[0026] (10)如上述(9)项的玻璃短纤维，其是进一步W硅烷偶合剂处理的。
[0027] 本发明的复合形成材料，通过加热玻璃短纤维，并添加于热塑性树脂，而添加作为 材料的玻璃短纤维，因相较于不予加热便添加的情形，较难切断，维持长的纤维长，并分散 于热塑性树脂，故可使用于增强效果及柔软性优异、经薄膜形成的电子零件等。
[0028] 又，通过润滑剂，尤其是W杯芳控及/或硅烷偶合剂处理玻璃短纤维，则在与热塑 性树脂的混炼时，进一步切断玻璃短纤维变得困难，同时，可增加在热塑性树脂中可混炼的 玻璃短纤维的量。结果可提高所得的复合形成材料的难燃特性，并提高使用于电子机器等 时的耐热稳定性。又，在热塑性树脂含量多时，会产生扭曲等疑虑，不过通过多量含有玻璃 短纤维，则可提高尺寸稳定性。
[0029] 再者，通过本发明，在复合形成材料中于保持纤维长的状态下，可分散大量的玻璃 短纤维。因此，通过将玻璃短纤维的含有率高的复合形成材料制成颗粒，并予提供，而将该 颗粒与不含玻璃短纤维的热塑性树脂混炼，予W射出成型，可将含有所期望量的玻璃短纤 维制品，轻易地成型。
【附图说明】
[0030] 图1是W照片替代的图示，将实施例1制作的颗粒加热至50(TC，使耐绝66燃烧消失 (burnt and extinguished)后的玻璃短纤维的光学显微镜照片。
[0031] 图2是W照片替代的图示，将实施例2制作的颗粒加热至50(TC，使耐绝66燃烧消失 后的玻璃短纤维的光学显微镜照片。
[0032] 图3是W照片替代的图示，将实施例3制作的颗粒加热至50(TC，使耐绝66燃烧消失 后的玻璃短纤维的光学显微镜照片。
[0033] 图4是W照片替代的图示，将实施例4制作的颗粒加热至50(TC，使耐绝66燃烧消失 后的玻璃短纤维的光学显微镜照片。
[0034] 图5是W照片替代的图示，将实施例5制作的颗粒加热至50(TC，使耐绝66燃烧消失 后的玻璃短纤维