[发明专利]复合形成材料及经表面处理的玻璃短纤维

说明书

技术领域

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

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，可开始使用以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。就用以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以外，尚有碳纤维、强度高的树脂纤维、Kevler、Dyneema等。

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翘曲等不便。因此，在树脂中，使纤维均匀分散日趋重要。

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。

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，以使纤维方向不同，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。

一方面，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18μm左右（参照专利文献1--日本特开2009-7179号公报）、10至20μm（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)。

为了在树脂混炼短玻璃丝，则将树脂原料与短玻璃丝以押出机加热混炼，将树脂熔融并予以押出而形成。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，将树脂熔融，射出至铸模内，予以成形(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。

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硅等各式各样的分散剂。但是，短玻璃丝的纤维直径亦有10至18μm，故将纤维含有率20至50%的树脂在薄壁（厚度1mm以下）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，对混炼机的轧辊(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%以上则非常困难。

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6μm、与热塑性树脂混练前的平均纤维长300至1000μm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1mm以下的射出成型品，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）。

此外，玻璃短纤维是指将在高温溶化的玻璃以离心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。

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