用于制造纖維強化樹脂組合物的雙螺桿擠出機和制造纖維強化樹脂組合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙螺桿擠出機，所述雙螺桿擠出機防止作為粗紗投入的強化纖維的斷 線并且被用于制造含有具有可控纖維長度的強化纖維的纖維強化樹脂組合物，和使用該雙 螺桿擠出機制造纖維強化樹脂組合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 纖維強化樹脂在比強度、成形性等上是優(yōu)異的，并且其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)大。在期待 大量生產(chǎn)的汽車部件中，從對特殊汽車和特定部件的應(yīng)用開始，纖維強化樹脂的應(yīng)用范圍 逐漸擴(kuò)大，并且由于近來的環(huán)境問題等，存在汽車輕量化的迫切需要，并且期待加速纖維強 化樹脂對普通汽車部件的應(yīng)用。
[0003] 在纖維強化樹脂向普通汽車部件的應(yīng)用中，已經(jīng)開發(fā)了利用玻璃纖維或碳纖維強 化的、使用熱塑性樹脂作為基質(zhì)的纖維強化樹脂，并且需要加長包含在成形品中的強化纖 維的纖維長度和增加強化纖維的含量。例如，專利文獻(xiàn)1提出了一種纖維強化阻燃性熱塑性 樹脂組合物、成形品和制造纖維強化阻燃性熱塑性樹脂組合物的方法。在該樹脂組合物中 的強化纖維的重量平均纖維長度優(yōu)選為3mm以上并且更優(yōu)選為5~50mm。在成形品中的強化 纖維的重量平均纖維長度優(yōu)選為1mm以上，更優(yōu)選為1~10mm，進(jìn)一步優(yōu)選為1.2~8mm。此 外，據(jù)描述在成形品中纖維長度為1mm以上的強化纖維的比率在全部強化纖維中優(yōu)選為30 重量％以上，更優(yōu)選33~95重量％。
[0004] 專利文獻(xiàn)2提出了含有如下的長纖維強化聚酰胺樹脂組合物：（A)20~80質(zhì)量％的 聚酰胺，所述聚酰胺具有優(yōu)異強度、熱強度、耐久性、低吸水性、和耐熱穩(wěn)定性，（B)20~80質(zhì) 量％的強化纖維，所述強化纖維具有1~15mm的重量平均纖維長度。作為實施例，在如下發(fā) 明例的情況下顯示，在小球狀態(tài)下l〇mm的重量平均纖維長度變?yōu)樵诔尚纹分? · 4~4 · 75mm 的重量平均纖維長度，在所述發(fā)明例中玻璃纖維粗紗被導(dǎo)入浸漬模具中，利用從雙螺桿擠 出機供給的聚酰胺樹脂浸漬，隨后被拉出，并且由造粒機切割以制造長度為l〇mm的小球并 且使用它們進(jìn)行注射成形。另一方面，在如下比較例的情況下顯示，在小球狀態(tài)下0.27mm的 重量平均纖維長度變?yōu)樵诔尚纹分些?23_的重量平均纖維長度，在所述比較例中將聚酰胺 樹脂和短切玻璃纖維供給至雙螺桿擠出機并且熔融捏合，將所得物在水冷浴中冷卻和固化 成為繩股形，隨后制造長度為3_的小球，并且使用它們進(jìn)行注射成形。
[0005] 專利文獻(xiàn)3提出了通過如下獲得的碳纖維強化樹脂組合物:將10~300重量份的碳 纖維(B)和1~100重量份的非結(jié)晶性樹脂(C)摻合到100重量份的熱塑性聚酰胺樹脂(A)中， 所述熱塑性聚酰胺樹脂(A)具有優(yōu)異的機械性質(zhì)、表面外觀等，特別是優(yōu)異的抗張強度、彎 曲模量、外觀/設(shè)計能力和尺寸穩(wěn)定性。在通過如下獲得的成形品中顯示碳纖維的重量平均 纖維長度為0.24~0.27mm:向雙螺桿擠出機供給聚酰胺樹脂和切成6.0mm的碳纖維（短纖 維）并且將其熔融捏合，在水冷浴中將所得產(chǎn)物冷卻并且固化為繩股形，隨后制造長度為 3.0mm的小球，并且使用它們進(jìn)行注射成形。
[0006] 專利文獻(xiàn)4提出通過混入了強化纖維和粒狀固體物的熱塑性樹脂的注射成形獲得 的樹脂注射成形品，其中設(shè)定粒狀固體物使得縱橫比為1~5,平均粒徑為ΙΟμπι以下，摻合量 為0.5~5重量％。示出了其中通過三種方法制造使用聚丙烯或聚酰胺樹脂作為基質(zhì)、以玻 璃纖維或碳纖維強化的樹脂成形品的實施例。
[0007] 在所述三種方法中，第一方法為如下方法:通過將玻璃纖維或碳纖維的粗紗導(dǎo)入 浸漬模具從而利用聚丙烯或聚酰胺樹脂將其浸漬，然后拉出，并且由造粒機切割以制造柱 狀小球并且使用它們進(jìn)行注射成形。第二方法為如下方法:憑借雙螺桿擠出機將聚丙烯和 玻璃纖維或碳纖維熔融捏合，在水冷浴中冷卻并且固化為繩股形，隨后切割以制造短切小 球，并且對其進(jìn)行注射成形。第三方法為如下方法:將聚丙烯和粗紗狀玻璃纖維供給至雙螺 桿擠出機并且熔融捏合，并且將所得產(chǎn)物供給至注射成形機以進(jìn)行成形。根據(jù)試驗結(jié)果顯 示，由于粒狀固體物的添加導(dǎo)致的潤滑效果，強化纖維不易折斷，并且在添加了粒狀固體物 的情況下，成形品的重量平均纖維長度為0.67~2.85mm。
[0008] 引用列表
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn) 1:JP-A-2012-214819
[0011] 專利文獻(xiàn) 2:JP-A-2012-172086
[0012] 專利文獻(xiàn) 3:JP-A-2013-23672
[0013] 專利文獻(xiàn) 4:JP-A-2009-242616

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 技術(shù)問題
[0015] 在纖維強化樹脂成形品的制造中，由于在擠出機中的熔融捏合期間或在注射成形 期間強化纖維折斷并且變短，所以在如在專利文獻(xiàn)3中描述的使用短纖維的方法中，不容易 制造含有重量平均長度為1_以上的強化纖維的成形品。因此，為了制造其中纖維長度長的 纖維強化樹脂成形品，如在專利文獻(xiàn)1、2或4中描述的，優(yōu)選使用通過如下獲得的小球進(jìn)行 注射成形的方法:將浸漬有熱塑性樹脂的強化纖維的粗紗切割為合適的長度。此外，該方法 具有可將強化纖維的纖維長度調(diào)整為合適長度的優(yōu)點，是因為強化纖維的長度等于小球的 長度。
[0016] 另一方面，作為在專利文獻(xiàn)4中描述的第三方法，對剛通過將熱塑性樹脂和玻璃纖 維的粗紗供給至雙螺桿擠出機并且將其熔融捏合而獲得的組合物進(jìn)行注射成形的方法具 有如下優(yōu)點：可以制造重量平均纖維長度為1mm以上的纖維強化樹脂成形品并且可以有效 地制造纖維強化樹脂成形品，是因為不需要如在專利文獻(xiàn)1、2或4(第一方法)描述的方法中 的用于制造纖維強化樹脂組合物的小球的步驟和努力。
[0017] 然而，在專利文獻(xiàn)4中描述的第三方法使用玻璃纖維的粗紗但是重量平均纖維長 度比在第一方法情況下的重量平均纖維長度更短。此外，專利文獻(xiàn)4沒有描述其中使用碳纖 維的粗紗的實施例。為了將纖維強化樹脂應(yīng)用至一般汽車部件，需要纖維強化樹脂成形品 的有效制造和經(jīng)濟(jì)效率，此外，需要能加長在成形品中的強化纖維的纖維長度并且能增加 含量的制造方法。此外，需要在沒有小球的制造步驟和特殊添加劑的情況下能夠?qū)娀w 維的纖維長度調(diào)整至合適長度的制造纖維強化樹脂組合物的方法。
[0018] 鑒于這種常規(guī)問題和需求，本發(fā)明的目的是提供制造纖維強化樹脂組合物的方 法，所述方法能夠加長成形品的強化纖維的纖維長度并且能夠通過向雙螺桿擠出機供給熱 塑性樹脂和強化纖維的粗紗來增加含量。
[0019] 技術(shù)方案
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的雙螺桿擠出機為如下的雙螺桿擠出機:其中通過投入口將強化纖維 投入到在樹脂進(jìn)料部中形成的熔融熱塑性樹脂中，并且所述強化纖維和熔融熱塑性樹脂經(jīng) 過捏合部從而制造出纖維強化樹脂組合物，其中：所述捏合部設(shè)置在雙螺桿擠出機的排出 側(cè)端部;在所述投入口和所述捏合部之間設(shè)置輸送部;并且構(gòu)造所述輸送部的螺桿元件的 外徑間隙（tip clearance)大于螺桿間隙。在此，外徑間隙是指在雙螺桿擠出機的圓筒的內(nèi) 周面和螺桿(螺桿元件)的外緣之間的最小間隙。螺桿間隙是指在雙螺桿擠出機的相對螺桿 (螺桿元件)之間的最小間隙。
[0021] 在以上發(fā)明中，輸送部的L/D可以為3以上并且捏合部的L/D可以為0.5~4.0。在 此，L/D是指所謂的L/D比，并且是指螺桿元件的外緣的直徑D對雙螺桿擠出機的長度L的比。
[0022] 此外，可以在捏合部的下游設(shè)置L/D為1以上的后輸送部。
[0023] 此外，在以上發(fā)明中，可以在輸送部和捏合部之間設(shè)置通過螺桿元件構(gòu)造的纖維 松弛部，構(gòu)造所述纖維松弛部的螺桿元件的最小外周長的值小于構(gòu)造所述輸送部的螺桿元 件的最小外周長的值。構(gòu)造纖維松弛部的螺桿元件可以為魚雷頭螺桿。
[0024] 此外，在捏合部的上游，銷(pin)可以從雙螺桿擠出機的圓筒向螺桿元件突出，所 述螺桿元件具有不與所述銷干涉的間隙。所述銷從圓筒的突出量可以為0.1D以上。
[0025] 此外，本發(fā)明的雙螺桿擠出機為如下的雙螺桿擠出機:其中通過投入口將粗紗狀 強化纖維投入到在樹脂進(jìn)料部中形成的熔融熱塑性樹脂中，并且所述強化纖維和所述熔融 熱塑性樹脂經(jīng)過捏合部從而制造出纖維強化樹脂組合物，其中：所述捏合部設(shè)置在雙螺桿 擠出機的排出側(cè)端部;在所述投入口和所述捏合部之間設(shè)置輸送部;并且構(gòu)造所述輸送部 的各個螺桿元件的外徑間隙大于螺桿間隙，使得粗紗狀強化纖維在所述輸送部中彼此嚙合 的所述螺桿元件的外周之上被拉伸的同時進(jìn)行輸送。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的制造纖維強化樹脂組合物的方法為使用雙螺桿擠出機制造纖維強 化樹脂組合物的方法，其中將粗紗狀強化纖維投入到在樹脂進(jìn)料部中形成的熔融熱塑性樹 脂中，所述強化纖維和所述熔融熱塑性樹脂依次經(jīng)過輸送部和捏合部從而制造出纖維強化 樹脂組合物，其中：在所述輸送部中以緊繃的狀態(tài)輸送所述粗紗狀強化纖維；以及在所述捏 合部中以松弛的狀態(tài)切斷并且捏合所述粗紗狀強化纖維。粗紗是指玻璃、碳纖維等的細(xì)絲 的纖維束，和連續(xù)的線狀或繩狀的纖維束。措辭粗紗狀是指這種纖維束的形態(tài)。
[0027] 在以上制造纖維強化樹脂組合物的方法中，可以在從輸送部導(dǎo)入至捏合部中的粗 紗狀強化纖維的流線的一部分中生成擾動。
[0028] 有益效果
[0029]根據(jù)本發(fā)明的雙螺桿擠出機，可以成形能夠加長成形品的強化纖維的纖維長度并 且能夠增加含量的纖維強化樹脂組合物。此外，使用該纖維強化樹脂組合物，可以有效地制 造其中對強化纖維的纖維長度進(jìn)行調(diào)整并且對含量進(jìn)行調(diào)整的纖維強化樹脂成形品。當(dāng)通 過本發(fā)明的雙螺桿擠出機成形的纖維強化樹脂組合物以維持在高溫的狀態(tài)供給至注射成 形機時，可以有效地制造纖維強化樹脂成形品。
【附圖說明】
[0030] [圖1]圖1(a)和圖1(b)為本發(fā)明的雙螺桿擠出機的示意圖。圖1(a)為螺桿軸向（縱 向）橫截面圖，圖1 (b)為樹脂進(jìn)料部(或捏合部)的橫向橫截面圖。
[0031] [圖2]圖2為在圖1中示出的雙螺桿擠出機的輸送部的橫向橫截面圖。
[0032] [圖3]圖3為示出從雙螺桿擠出機的圓筒向螺桿元件方向突出的銷的示意圖。
【具體實施方式】
[0033] 以下將基于附圖描述進(jìn)行本發(fā)明的方式。圖1(a)和圖1(b)為示出本發(fā)明的雙螺桿 擠出機的實施例的示意圖。如在圖1 (a)中所示，雙螺桿擠出機10在圓筒11中具有螺桿12，并 且從上游側(cè)朝向下游側(cè)包含樹脂進(jìn)料部13、輸送部14、捏合部15和后輸送部16。樹脂進(jìn)料部 13、輸送部14、捏合部15和后輸送部16分別具有螺桿12的螺桿元件12a、12b、12c和12d。在樹 脂進(jìn)料部13中形成熔融熱塑性樹脂，并且設(shè)置有用于向熔融熱塑性樹脂投入強化纖維的投 入口 18〇
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