[发明专利]用于玻璃纤维和可注塑的聚合物的非水上浆体系

说明书

本发明的技术领域和工业实用性

本发明涉及用于增强聚合物的注塑加工中的短切玻璃粒料的制造方法。尤其，本发明提供上浆组合物和用于制造具有增强的可加工性的玻璃纤维粒料的方法，而没有损失玻璃粒料的可分散性特性。

本发明的背景

上浆组合物为大家所熟知并广泛用于玻璃或碳纤维的制造中以改进它们的加工性能，如：纤维束内聚力、成束、铺展性、抗绒毛形成、纤维光滑度和柔软性、抗磨性以及沿筒管缠绕的纤维束的容易和非破坏性的退卷能力。上浆组合物还影响含有被处理纤维的复合材料的物理性能。

增强塑料工业已经使用各种形式的玻璃纤维来增强聚合物基质，生产多种产品。该玻璃纤维已经以连续或短切细丝、线材和粗纱、以及机织和无纺织物、网状物和纱布的形式用于增强聚合物。热塑性聚合物基质已经用各种不同形式的玻璃纤维增强，生产出一些产品如：片状成型料，整体模塑料，拉挤成型产品，板产品，喷射模制品等等。

聚合物增强市场中使用的玻璃纤维的生产包括，来自与含有熔化的可纤维化的玻璃材料的炉子相连的套管或类似器件的可纤维化的玻璃材料的熔体流的玻璃纤维的拉细。该玻璃纤维通过传统方法如绕线器或高压气流喷射来拉细。在生产玻璃纤维的过程中，在玻璃纤维作为玻璃的熔体流被拉细之后不久将化学组合物施涂于它们之上。在本发明以前，该化学组合物在传统上是含有成膜用聚合物材料、偶联剂或增粘剂、润滑剂和有时还有加工助剂的一种水溶液、泡沫组合物或凝胶组合物。这一化学组合物或上浆剂对减少玻璃纤维的单纤维之间磨损是必要的(当它们聚集成玻璃纤维束或线材时)。这也是为了让玻璃纤维与用它们增强的聚合物基质之间相容的需要。在上浆后，该纤维然后以卷装形式或以短切纤维形式加以干燥，然后将它们用于增强。

在本发明以前，在使用玻璃纤维作为模塑聚合物的增强材料的下一步骤涉及短纤维复合材料或长纤维复合材料的生产。一般而言，短纤维复合材料的生产涉及将纯聚合物粒料与短切玻璃纤维混合，以使得在挤出时使玻璃纤维分散在整个聚合物中。拉挤成型方法用于生产长纤维复合材料，其中热的热塑性聚合物被挤压通过玻璃粗纱，从而制造出该复合材料。制造玻璃聚合物复合材料的方法需要高成本并且非常缓慢，这主要归因于热塑性聚合物的高粘度。

正如以上的讨论，短切玻璃纤维一般被用作热塑性塑料制品中的增强材料。典型地，通过套管或孔板将熔化玻璃拉成细丝，将含有润滑剂、偶合剂和成膜用的粘结剂树脂的上浆组合物施涂到细丝上，将细丝聚集成丝束，将纤维丝束切成所需长度的段，然后干燥该上浆组合物，最终形成了该纤维。这些短切丝束段其后与可聚合的树脂混合，将混合物提供给压塑或注塑机以形成玻璃纤维增强塑料制品。典型地，该短切玻璃丝束与可聚合的热塑性树脂的粒料混合，将混合物提供给挤出机，在挤出机中该树脂熔化并与短切玻璃丝束混合，因此，玻璃纤维丝束的完整性被破坏，纤维分散在熔化树脂中，纤维长度减少，纤维/树脂分散体形成了粒料。然后将该粒料供给到模塑机中，形成了玻璃纤维基本上均质分散在其中的模制品。

然而，不幸的是，经过该方法制造的短切玻璃纤维典型地是松散的，不会很好地流动。因此，此类纤维有时候很难处理且偶尔在自动加工设备中遇到问题。

改进该工艺的主要尝试在于压缩该短切玻璃丝束。尝试的目的在于改进短切玻璃丝束的流动性，这大概能够利用自动化设备来称取和输送玻璃纤维以与热塑性树脂混合。

此类方法公开于US专利No.4,840,755中，其中湿的短切玻璃丝束优选被卷绕在振动载体上，来缠绕丝束并将其压缩成致密圆柱形粒料。然而，尽管所公开的方法往往提供可显示出更佳流动性的更致密、更显圆柱形的粒料，但是所公开的方法和装置在某些方面受限制。例如，粒料尺寸和纤维含量通常受短切丝束的尺寸和纤维数量的限制。虽然根据报道，分离的丝束或松散的细丝在卷绕过程中粘附于其它丝束，但是，该方法被设计来避免多个短切丝束段粘附在一起形成含有比单根短切丝束更多的纤维的粒料。因此，为了获得具有合适的堆积密度和足够的直径与长度之比率以显示出良好的流动性的粒料，丝束(从它切成段)通常必须由许多细丝形成。然而，增加成形和结合成单根丝束所需要的丝的数目将使成型操作变复杂。