[发明专利]纤维增强热塑性树脂片及其制造方法

说明书

本发明涉及使用天然不连续纤维作为增强纤维的纤维增强热塑性树脂片及其制造方法。另外，本发明还涉及用该片制作的汽车零件。

近来，用植物纤维如木浆、大麻和棕榈作为增强纤维的纤维增强树脂活跃地发展起来。现在，人们提高了废物污染的意识。其原因将在下面说明。天然纤维即使埋入土壤也不会造成废物污染因为其是一种环境友好材料。另外，当天然纤维燃烧时，其产生大量的允许高能量回收的燃烧能而不造成二次污染如残灰或烟气污染。

但是，天然纤维是不连续纤维，这有别于通常在纤维增强树脂中用作增强纤维的连续纤维如玻璃纤维，碳纤维，金属纤维和各种合成纤维。因此，需要一种与天然纤维混合生产成型树脂片使之具有长纤维特征的特殊技术。例如，连续的纤维股线连续地浸渍在熔融的树脂浴中并挤出、冷却以使树脂固化，然后切成任意长度的片。该方法广泛地用于高产率地连续生产纤维增强树脂片中。但是，即使不连续的天然纤维捻结成细纱，细纱的强度也不足以在熔融的树脂浴中加工，当细纱在熔融的树脂浴中浸渍并挤出时常常由于不连续纤维在树脂浴中的脱落而致使不连续纤维的细纱断开。这使得连续稳定的操作变得困难。

例如，下面提到一些用不连续天然纤维作为增强纤维来生产纤维增强树脂片的方法，但是，这些方法有优点也有缺点。

(1)一种方法是用滚筒捏合机将天然纤维捏合以使之均匀地混合在熔融的热塑性树脂中，然后将该混合物冷却以固化，将该产品挤压成树脂片(J-P-A108160/1982)。使用这种方法可以得到不连续纤维均匀分散在基质树脂中的成型材料。但是，该成型材料的缺点在于处理过程，包括成型过程困难，并且由于树脂片大小的不规则性，这种成型产品的质量稳定性差。

(2)一种方法是将不连续纤维纺成细纱，把细纱加工成织品或纺织IN01171物，无纺布或垫，加工后的产品浸渍在熔融的树脂浴中，然后冷却以固化，将冷却后的产品切成合适形状和大小的产品以形成树脂片(J-P-A28307/1983,7307/1991,30916/1991和41280/1997)。这种方法适用于其产品用作二次成型材料如树脂浸渍薄片的领域，但是，当该产品以片状使用时，要将冷却和固化的产品切成合适形状和大小的片，切的过程需要大量的劳动并且生产率低。另外，切的过程涉及大量损失问题，并且切的过程中产生的粉尘将造成工作环境的污染。

(3)一种方法是用捏合机或捏合挤压机将熔融树脂和不连续纤维捏合，然后将熔融的混合物挤出，冷却，固化，形成棒状产品，随后将该棒状产品切成任意长度的片(J-P-A146945/1987,146947/1987和290453/1991)。这种方法的缺点在于难以将棉花状纤维送入捏合挤压机，当加热树脂使其熔融捏合时增强纤维将受到热损坏，并且由于捏合压力，增强纤维将受到机械损坏。结果，增强效果差。具体来说，当使用植物纤维如木浆和亚麻时，由于通常在150-180℃开始热分解，因此，必须根据纤维类型和捏合时间选择用于复合成型不会造成这种问题的热塑性树脂。因此，选择基质树脂的自由度就受到限制。另外，由于这种低熔点树脂通常强度不大，因此，这种纤维增强树脂成型产品的应用当然受到限制。

(4)一种方法是形成包含增强细纱和热塑性树脂纤维的复合纤维股线，加热该复合纤维股线以熔化热塑性树脂纤维，使之冷却和固化，然后将该固化产品切成合适长度的片(J-P-A163002/1992)。使用这种方法时，要先生产热塑性树脂纤维或生产包含增强纤维和热塑性树脂纤维的混合纱线，这种生产方法需要大量的劳动，并且这种方法麻烦。另外，浸渍不充分将造成孔隙缺陷，这取决于熔化热塑性树脂纤维时的热熔融条件。

(5)一种方法是用熔融的热塑性树脂浸渍增强纤维股线，冷却，固化，然后切成合适长度的片(如：J-P-B37694/1988,57407/1994和J-P-A178411/1989,119807/1992)。该文献公开了用黄麻(亚麻纤维)作为增强纤维的情况，但是，他们主要公开了连续纤维用作增强纤维的情况。该文献没有披露当不连续纤维用作增强纤维和热塑性树脂混合形成复合IN01171材料时出现的任何细节问题。

本发明的发明人对在上述已知情况下作为增强纤维已吸引了很多注意力的天然不连续纤维有兴趣，并且发展了一种生产不连续纤维增强热塑性树脂片的技术，该技术解决了由在热塑性树脂中包含增强纤维的复合材料所组成的成型热塑性树脂片的生产过程中出现的如上所述的传统树脂片的问题。具体来说，解决了所有连续生产过程中的问题，质量稳定问题(均匀浸渍，防止增强纤维受损)和成型产品的强度特征问题。