制造纤维增强树脂模制品的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过将树脂与增强纤维捏合，然后将捏合的混合物放入或装入模塑装置中而制造纤维增强树脂模制品的方法。
【背景技术】
[0002]由于轻质和高强度，由混有增强纤维的树脂制造的纤维增强树脂模制品(纤维增强塑料(FRP))用于各种工业领域中，例如汽车工业、建筑工业和航空工业。
[0003]例如，在汽车工业中，纤维增强树脂模制品用于车辆框架结构元件如支柱、摇臂和下部地板，以及需要提供精细外观的车辆非结构元件如发动机罩面板。这可降低车辆重量，同时确保车辆具有足够的强度，由此有助于制造节约燃料且环境友好车辆的尝试。
[0004]存在多种多样的制造上述纤维增强树脂模制品的制造方法。在一种制造方法中，使用捏合机，例如双螺杆挤出机。根据该方法，首先将树脂粒料供入捏合机的树脂熔融区中，在其中树脂粒料熔融，然后将熔融的树脂从树脂熔融区中挤出。然后，将增强纤维束供入捏合机的捏合区域中，在其中将熔融的树脂与增强纤维捏合，从而制得捏合的混合物。然后，将捏合的混合物放入或装入模塑装置中。以此方式制得了纤维增强的树脂模制品。
[0005]供入捏合机中的增强纤维的实例包括碳纤维和玻璃纤维。就易于处理和生产效率的角度而言，将作为用粘合剂结合在一起的例如12K(12000)、24K(24000)或50Κ(50000)纤维(单丝)束的粗纱原样供入捏合机中，在捏合机中切断，然后与熔融的树脂捏合，从而制得捏合的混合物。
[0006]美国专利6，776，596描述了一种纤维增强树脂的制造装置，在其中将树脂(热塑性树脂)和增强纤维的粗纱供入双螺杆挤出机中，将增强纤维的粗纱与热塑性树脂捏合，同时增强纤维由于双螺杆挤出机的螺杆旋转而切断，由此制得捏合的混合物。
[0007]如上所述，通过将增强纤维束供入捏合机中而制造用于纤维增强树脂模制品的捏合混合物。以此方式，无需对该易于处理的增强纤维进行任何加工。其结果是提高了生产效率。然而，增强纤维结合在一起，从而形成束，因此在各束的内部和外部之间由捏合机施加至纤维束上的外部力显著变化。其结果是在捏合机中破碎后，增强纤维的纤维长度显示出宽分布(宽范围波动)。纤维长度分布很宽(在宽范围内变化)，例如从1mm或更短的长度至25_或更长的长度。由包含具有宽长度分布的增强纤维的捏合混合物制得的纤维增强树脂模制品具有物理性质波动，因此成为具有强度波动的质量较次的模制品。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种通过将树脂与增强纤维捏合，然后将捏合的混合物放入或装入模塑装置中而制造纤维增强树脂模制品的制造方法，所述制造方法能制造具有较窄物理性质波动的纤维增强树脂模制品。
[0009]本发明的一个方面涉及一种制造纤维增强树脂模制品的制造方法。所述制造方法包括:在捏合机中将熔融热塑性树脂与通过将增强纤维束开松获得的开松增强纤维捏合以制造捏合的混合物；和将捏合的混合物放入或装入模塑装置中以制造纤维增强树脂模制品Ο
[0010]在本发明的制造方法中，捏合的混合物通过将通过增强纤维束开松获得的开松增强纤维供入捏合机中而制造，而不是将增强纤维束，即增强纤维的粗纱供入捏合机中。由于将开松的增强纤维供入捏合机中，由捏合机施加至开松增强纤维上的外部力(切断力)变得尽可能均匀，从而使得增强纤维的纤维长度在切断后变得尽可能均匀。其结果是，获得了包含具有较窄纤维长度分布的增强纤维的捏合混合物。因此，可制得具有较窄物理性质波动的纤维增强树脂模制品。值得注意的是，“纤维开松”意指使增强纤维束变为连续且宽薄形式的步骤。由于存在于厚度方向上的纤维数量通过纤维开松而减少，因此纤维束容易且均匀地被树脂浸渍。
[0011]在这种情况下，可使用例如其中引入螺杆的双螺杆捏合机(捏合型挤出机)作为捏合机。
[0012]存在各种用于开松增强纤维束的方法。开松方法的实例包括用圆棒挤压纤维束的方法、通过将纤维暴露于水流或高压气流中而分开纤维的方法，和通过用超声振动法振动纤维而分开纤维的方法。然而，就生产效率以及开松宽度和开松厚度的高精度控制而言，优选使用装备有开松辊的开松装置。
[0013]所用热塑性树脂的实例包括结晶塑料如聚烯烃树脂，包括聚丙烯(ΡΡ)，和尼龙(ΡΑ)，以及无定形塑料如聚碳酸酯(PC)和热塑性环氧树脂。
[0014]所用增强纤维的实例包括由任一种下述纤维类型中构成的单一材料纤维和由两种或更多种下述纤维类型构成的混合材料纤维:无机纤维如玻璃纤维和碳纤维；陶瓷纤维；金属纤维；和有机纤维。
[0015]可使用包括压缩模塑、注射模塑、注射挤出模塑的各种模塑方法作为模塑捏合混合物的模塑方法。因此，就“将捏合的混合物放入或装入模塑装置中”而言，当对捏合的混合物进行压缩模塑时，将该捏合的混合物放入模塑装置中；而当对捏合的混合物进行注射模塑等时，将该捏合的混合物装入模塑装置中。
[0016]在根据本发明上述方面的制造方法中，可通过将开松的增强纤维切断而获得切段增强纤维，且可将切段增强纤维供入捏合机中以制造捏合的混合物。
[0017]通过将开松的增强纤维切断而获得切段增强纤维，并将切段增强纤维供入捏合机中。因此，可使得纤维长度分布变窄，由此制得包含具有较窄纤维长度分布的增强纤维的捏合混合物。
[0018]在根据本发明上述方面的制造方法中，捏合机可具有位于上游侧且热塑性树脂通过其供入捏合机的树脂进料口、位于树脂进料口的下游且增强纤维通过其供入捏合机的纤维进料口，和捏合的混合物通过其从捏合机挤出的挤出口。此外，捏合机可至少在树脂进料口和纤维进料口之间的位置具有放气口，其中由熔融热塑性树脂产生的挥发性气体通过放气口从捏合机中排出。
[0019]开松且切段的增强纤维(例如碳纤维)可为具有约6-7 μ m直径的显著细的纤维。因此，切段增强纤维供入纤维进料口可能受到由热塑性树脂产生的挥发性气流的阻碍。
[0020]为了防止该问题，在树脂进料口和纤维进料口之间的位置具有放气口，其中由熔融热塑性树脂产生的挥发性气体通过放气口从捏合机中排出。其结果是，切段增强纤维被高效供应至位于放气口下游的纤维进料口。
[0021]值得注意的是，“捏合机至少在树脂进料口和纤维进料口之间的位置具有放气口，其中由熔融热塑性树脂产生的挥发性气体通过放气口从捏合机中排出”不仅包括在树脂进料口和纤维进料口之间具有放气口的构造，而且包括其他设置，例如其中除上述放气口之夕卜，在纤维进料口下游具有另一放气口的构造。
[0022]在根据本发明上述方面的制造方法中，捏合机可具有进料辅助机构，其将切段增强纤维辅助进料至纤维进料口，增强纤维通过纤维进料口供入捏合机中。所述进料辅助机构可为抽吸单元或产生朝向纤维进料口的气流的气流发生器，所述气流发生器位于纤维进料口附近。
[0023]至少在纤维进料口的上游位置处具有放气口防止了如下问题:切段增强纤维进料至纤维进料口会受到由热塑性树脂产生的挥发性气流的阻碍。在上述构造中，进料辅助机构位于捏合机处或其附近，从而辅助切段增强纤维进料至纤维进料口中。
[0024]进料辅助机构可为位于捏合机纤维进料口附近的抽吸单元。在这种情况下，切段增强纤维被抽吸单元抽吸，从而引入纤维进料口中。或者，进料辅助机构可为气流发生器，例如鼓风机，其位于纤维进料口附近。在这种情况下，切段增强纤维被气流发生