JP2002533296A - ガラス繊維と射出成形性ポリマー用の非水性サイジング系 - Google Patents

ガラス繊維と射出成形性ポリマー用の非水性サイジング系

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Abstract

(57)【要約】 ポリマーの強化に有用なガラス繊維用の非水性サイジング。このサイジング組成物は、強化されるポリマーと混和性の１種又はそれより多くの膜形成要素、１種又はそれより多くのカップリング剤及び１種又はそれより多くの粉末を含有する。本発明のサイジング組成物は、ガラスペレットの分散能特性を何ら損なうことなく、加工性及びノッチ付きアイゾッドが改良されたガラス繊維を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の技術分野及び産業上の利用性 本発明は、強化ポリマーの射出成形用チョップトガラスペレットの製造に関す
る。詳細には、本発明は、ガラスペレットの分散能特性を何ら損なうことなく、
加工性が向上したガラス繊維ペレット製造のためのサイジング組成物及び方法を
提供する。
【０００２】 発明の背景 サイジング組成物は周知であり、ガラス繊維又は炭素繊維の製造において、そ
れらの以下のような加工特性を改良するために広く使用されている：繊維束の凝
集、バンドリング、拡散能、けば立ち形成に対する抵抗性、繊維のなめらかさ及
び軟らかさ、耐摩耗性及びボビンに巻かれた繊維束の容易かつ非破壊的な巻出性
能。サイジング組成物は、処理された繊維を含有する複合材料の物理的性質にも
影響する。 強化プラスチック業界は、ポリマー材料を強化して種々の製品を製造するため
に種々の形態のガラス繊維を使用している。ガラス繊維は、連続的又はチョップ
トフィラメント、ストランド及びロービング、並びに織布及び不織布、メッシュ
及びスクリムの形態で使用されてポリマーを強化している。熱可塑性ポリマー材
料は、種々の異なった形態のガラス繊維で強化され、その結果以下のような製品
を生産する：シート成形コンパウンド、バルク成形コンパウンド、引抜成形製品
、パネル製品、スプレーアップ成形品など。
【０００３】 ポリマー強化市場用のガラス繊維の製造は、溶融繊維性ガラス材料を含有する
加熱炉に連結されたブッシング又は同様の装置によって繊維性ガラス材料の溶融
ストリームからガラス繊維を細くすること含む。ガラス繊維は、ワインダー又は
高圧エアジェットのような従来の手段によって細くされる。ガラス繊維の製造プ
ロセスでは、ガラスの溶融ストリームとして細くされた直後に、それらに化学組
成物が施される。本発明以前、この化学組成物は伝統的に水性溶液、膜形成ポリ
マー材料を含有する泡又はゲル組成物、カップリング剤又はキーイング剤、潤滑
剤及び時には加工助剤であった。この化学組成物又はサイジングは、ガラス繊維
がガラス繊維の束又はストランドに集められるとき、ガラス繊維の内部フィラメ
ント摩耗を抑制するために必要である。それは、強化するために用いるポリマー
材料とガラス繊維を適合させるためにも必要である。サイジング処理の後、繊維
は、強化用に使用される前に、パッケージ形態又はチョップトストランド形態の
いずれかで乾燥される。
【０００４】 本発明以前は、溶融ポリマーの強化材としてガラス繊維を使用する次工程は、
短繊維複合材料又は長繊維複合材料のいずれかの製造を含んだ。一般に、短繊維
複合材料の製造は、純粋なポリマーペレットをチョップトガラス繊維と混合して
、ポリマーが押し出されるときにその全体にガラス繊維が分散されるようにする
ことを含んだ。引抜成形は長繊維複合材料を製造するのに使用され、熱い熱可塑
性ポリマーがガラスロービングを通じて進められて複合材料を生成する。ガラス
ポリマー複合材料を製造するこのプロセス法は、高価かつ主に熱可塑性ポリマー
の高い粘度のため非常に遅い。
【０００５】 上述したように、チョップトガラス繊維は、通常熱可塑性樹脂製品の強化材と
して使用される。典型的には、このような繊維は、溶融ガラスをブッシング又は
オリフィスプレートを介して引いてフィラメントにし、そのフィラメントに、潤
滑剤、カップリング剤及び膜形成バインダー樹脂を含有するサイジング組成物を
塗布し、フィラメントを集めてストランドにし、その繊維ストランドを所望長さ
の断片に切り刻み、かつサイジング組成物を乾燥することによって形成される。
これらチョップトストランド断片は、その後重合可能な樹脂と混合され、その混
合物が圧縮又は射出成形機に供給されて、ガラス繊維強化プラスチック製品が形
成される。典型的には、このチョップトストランドは、重合可能な熱可塑性樹脂
のペレットと混合され、混合物は押出機に供給され、そこで樹脂が溶融され、チ
ョップトストランドと混合され、ガラス繊維ストランドの統合性が破壊されて、
繊維が溶融樹脂全体に分散され、繊維長が減じかつ繊維／樹脂分散系が形成され
てペレットが生成される。そして、これらペレットは成形機に供給されて、全体
にガラス繊維の実質的に均一な分散系を有する成形品が製造される。
【０００６】 しかし、不運なことに、このようなプロセスで作られるチョップトガラス繊維
は、一般に嵩高く、流れない。従って、このような繊維は、時には取り扱いにく
く、しばしば自動化加工設備で問題になる。 このプロセスを改良するための多くの試みは、チョップトストランドをコンパ
クトにすることに向けられてきた。研究は、おそらく熱可塑性樹脂と混合するた
めのガラス繊維を秤量かつ輸送するための自動化設備の使用を可能にするであろ
うチョップトストランドの流動性を高めることを目的とした。 このような方法は、米国特許第4,840,755号に開示されており、湿ったチョッ
プトストランドが、好ましくは振動キャリヤー上に巻かれ、ストランドを丸くか
つコンパクトにして高密度の円筒形ペレットが生成される。しかし、この開示さ
れた方法は、良い流動性を示す高密度な円筒形ペレットを提供するが、開示され
た方法及び装置は、ある点では望ましくなく制限される。例えば、ペレットの大
きさ及び繊維含量は、通常チョップトストランド内の繊維の大きさ及び数によっ
て制限される。拡散されたストランド又は自由なフィラメントは、ローリングプ
ロセスの際に他のストランドに付着すると言われているが、この方法は、複数の
チョップトストランド断片が相互に付着して、単一チョップトストランド内に存
在するより多くの繊維を含有するペレットを形成することを回避するように設計
されている。従って、適切な嵩密度及び長さに対する直径の十分な比率を有して
良い流動性を示すペレットを得るために、断片が切り刻まれるストランドは、通
常多数のフィラメントから形成されなければならない。しかし、望ましくないこ
とに、単一ストランドに形成かつ結合するのに必要なフィラメントの数を増やす
ことは製造操作を複雑にする。
【０００７】 開示されたペレットは、このような多種多様の混合法で作ることができるが、
このような方法の多くは、商業的に使用するにはあまりに非能率的であり、又は
ペレット化されていないチョップトストランド繊維で作られた複合材料製品に匹
敵する強度特性を有する複合材料製品を提供する均一なペレット製品の製造を十
分にコントロールできないということがわかった。例えば、米国特許第4,840,75
5号に開示されている改変ディスクペレタイザーの使用は、ミキサー内における
形成ペレットの過剰な滞留時間をもたらし、相互に擦り合うガラス繊維ペレット
の摩耗性のためペレットが分解してしまう。このようなペレットの分解は、究極
的に、それらによって製造される成形品の強度特性を低減する。
【０００８】 これら欠点を克服する試みにおいて、米国特許第5,578,535号は、ガラス繊維
ペレットが作られる個々のガラスストランドより約２０〜３０％高密度、かつ直
径が約５〜１５倍大きいガラス繊維ペレットを開示している。これらペレットは
、フィラメント化を阻止するには十分であるが、そのストランド断片を凝集塊に
アグロメレートするには不十分なレベルに、カットストランド断片を水和させ、
かつその水和されたストランド断片をペレット形成に十分な時間ミキシングする
ことによって調製される。好適なミキシングは、繊維が一面にかつ相互の回りを
動き続け、かつタンブリング、かきまぜる、ブレンディング、混ざり合い(commi
ngling)、撹拌する及び混ぜ合い(intermingling)として記載されるプロセスを含
むいずれの方法をも包含する。しかし、この開示されたペレットは、このような
多種多様なミキシング法で製造できるが、このような方法の多くが、商業的使用
にはあまりに非能率的であり、又はペレット化されていないチョップトストラン
ド繊維で作られた複合材料製品に匹敵する強度特性を有する複合材料製品を提供
する均一なペレット製品の製造を十分にコントロールできないということがわか
った。例えば、前記特許に記載されているような改変ディスクペレタイザーの使
用は、ミキサー内における形成ペレットの過剰な滞留時間をもたらし、相互に擦
り合うガラス繊維ペレットの摩耗性のためペレットが分解してしまう。このよう
なペレットの分解は、究極的に、それらによって製造される成形品の強度特性を
低減する。
【０００９】 要するに、チョップトガラス繊維ストランド技法を改良する従来の試みは、主
に短い繊維長（約６nm）と低いガラス含量（約３０％）；射出成形部品内のガラ
ス繊維の分散を保持するための努力に向けられていた。これは、加工性と交換す
ることになってしまった。加工性と分散性要求に加え、業界は、繊維の物理的性
質を維持しながらＶＯＣのレベルを最小化する方法を見つけることによって環境
問題を軽減することも試みている。これにより、ＮＥＡＴ（非水性高温処理）サ
イジングの使用が生じた。ＮＥＡＴサイジングでは、樹脂は溶媒と乳化又は混合
されず、それゆえＶＯＣがかなり減少する。さらに、本発明では、カップリング
剤、或いはさらに具体的にはシラン類が水に混合されず；これは、時として加水
分解を減少して、生産環境中へのＶＯＣの放出を減少させうる。これは、Owens-
Corning Fiberglas Technology,Inc.の米国特許出願番号08/885,882に示されて
いる。
【００１０】 従って、成形品内における優れた分散性を保持しながら、ＮＥＡＴサイズガラ
ス繊維に加工性を加えるサイジング組成物で繊維を加工する方法が要望されてい
る。以下の本発明の方法及び組成物によって、このような要求が満たされるばか
りでなく、本発明は、成形部品のノッチ付アイゾッド強さを高めながら、より高
いガラス含量をも許容するとういうさらなる局面を有する。
【００１１】 発明の概要 本発明は、そのペレットで強化された射出成形製品のノッチ付アイゾッド値を
増加する高い加工性のチョップトガラス繊維をコントロールして生産する非水性
サイジング組成物及び方法を提供する。その結果のガラスペレットは、高い特性
が必要ないずれの長繊維製品の製造にも使用できる。例えば、本発明の製品は、
加工性が高くありながら、物理的性質を何ら損なうことなく、自動車の内装部品
のような自動車業界で有用な射出及び圧縮成形部品に使用しうる。 本発明のサイジング組成物の発見前は、抗力を少なくするためにサイジングの
分子量を低く保つ必要があった。これは、ペレットの統合性維持という問題をも
たらした。しかし、本発明は、より高温の使用を許容するより高分子量材料の添
加を許容する。この結果、ワイヤコートペレットにのみ通常見られる物理的性質
及び加工性に匹敵或いはより優れたチョップトガラスペレットをもたらす。 本発明の非水性サイジングの一実施形態は、強化されるポリマーと混和性の１
種又はそれより多くの膜形成要素と、１種又はそれより多くのカップリング剤と
、１種又はそれより多くの高分子量粉末とを含む。このサイジングは、水を含ま
ず、かつ高温で施用される。
【００１２】 発明の好ましい実施形態の詳細な説明 本発明の方法では、溶融ガラスを加熱ブッシング経由で引き出して多数の実質
的に連続性のガラス繊維を形成し、かつその繊維を集めてストランドにするよう
な従来の技法によって、実質的に連続性のガラス繊維のストランドが形成される
。本発明では、このような繊維を製造し、それを集めてストランドにするための
技術的に公知のいずれの装置も使用することができる。好適な繊維は約１０〜３
０ミクロンの直径を有する繊維であり、かつ好適なストランドは約50〜45,000の
繊維を含む。好ましくは、本発明の方法で形成されるストランドは、約１７〜２
５ミクロンの直径を有する約4,000〜5,000の繊維を含む。 本発明の非水性サイジング組成物は、１種又はそれより多くの膜形成要素；１
種又はそれより多くのカップリング剤；及び１種又はそれより多くの高分子量粉
末で構成される。
【００１３】 好ましい高分子量粉末は極性であり、かつオーブン硬化工程でガラス繊維に結
合する。好適な粉末は、該非水性サイジング組成物の粘度を実質的に増加せずに
、サイジングに分子量と靱性を付加する。好適な極性の高分子量粉末は、Orgaso
l 2001 EXD NAT1ポリアミド；Orgasol 2001 UD NAT1ポリアミド；及びOrgasol 2
001 UD NAT2ポリアミドのようなナイロン粉末を含み、かつ約12,000〜約65,000
の範囲の分子量を有する。好ましい実施形態では、分子量は約18,000〜約50,000
の範囲である。好ましい粉末は、５ミクロンのオルガソール(orgasol)ポリアミ
ド12である（Elf Atochem North Americaから入手）。好ましくは、粉末は約１
％〜約２０％、最も好ましくは５％〜約１５％の量で添加される。好ましい膜形
成要素は室温で固体であり、100℃で50〜400cpsの粘度を有し、かつ本質的に不
揮発性であるのに十分な分子量を有する。
【００１４】 好ましくは、繊維上の過剰な抗力及び張力を回避するために形成するのに塗布
される場合、塗膜粘度は500cps未満である。一実施形態では、これは低分子量の
（通常8,000未満）の膜形成要素及び許容可能な形成温度（通常安全及び製造理
由のため150℃(300゜F)以下）によって達成される。さらに粉末は、粉末が凝集ボ
ールを形成してサイズ粘度が増加するのを回避するため、アプリケーターで融解
又は溶解できない。 好ましいカップリング剤は、室温で液体であるべきだ。好適なカップリング剤
としては、有機官能性シラン、３-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン及
び３-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランが挙げられる。本発明での
使用に好ましいカップリング剤は、OSi Specialities of Witcoから商標名A-110
0で商業的に入手可能な３-アミノプロピルトリエトキシシランである。好ましく
は、有機官能性シランは、サイジング組成物の約0.5％〜約４％、最も好ましく
は２％の量で使用される。
【００１５】 本発明で有用な膜形成要素は、強化されるポリマーと混和性の膜形成要素を含
む。好ましい実施形態では、膜形成要素は8000未満の分子量を有する。例えば、
ナイロンについては、好適な膜形成要素は、Union Carbideから得られるTone 03
10及び0260のようなポリカプロラクトンが挙げられる。ポリプロピレンを強化す
るために好適な膜形成要素は、Petroliteから得られるVybar 260及び825のよう
な非晶質ワックスが挙げられる。 本発明の調製に必要な必須成分に加え、ガラス又は炭素繊維サイジング組成物
に通常添加される他の成分も存在することができる。例えば、本発明のサイジン
グ組成物は、帯電防止剤、架橋剤又は硬化剤、酸化防止剤、けば立ち又はフィラ
メント破壊を減少させるためのカチオン性潤滑剤、非イオン性潤滑剤、核剤、又
は少量の顔料などを含んでよい。架橋剤の例は、ビス-シランである。
【００１６】 本発明の方法では、溶融ガラスを加熱ブッシングで引き出して多数の実質的に
連続性のガラス繊維を形成し、その繊維を集めてストランドにするというような
従来の技法で、実質的に連続性のガラス繊維のストランドが形成される。このよ
うな繊維を製造し、集めてストランドにするための技術的に公知のいずれの装置
も本発明で好適に使用できる。好適な繊維は、約１０〜３０ミクロンの直径を有
する繊維であり、かつ好適なストランドは約50〜45000の繊維を含む。好ましく
は、本発明の方法で形成されるストランドは、約１７〜２５ミクロンの直径を有
する約4000〜5000の繊維を含む。特に好ましい実施形態では、ストランドは約２
０〜約２３ミクロンの直径を有する。
【００１７】 非水性サイジング組成物は、ガラス繊維の形成時又は非水性サイジング組成物
の塗布を可能にするのに十分にガラス繊維を冷却した後のように、当業者に公知
のいすれの方法によってもガラス又は炭素繊維に塗布することができる。非水性
サイジング組成物は、ベルト、ローラー、スプレー、及びホットメルトアプリケ
ーターによってガラス繊維に塗布することができる。 好ましくは、サイジング組成物は、連続性のガラスストランドに均一に少量の
サイジングを塗布又は計測可能な加熱アプリケーターによって塗布される。静止
した二重のロールアプリケーターを使用してよいが、好ましいアプリケーターは
、0.75インチ(19.05mm)ロール−スロットサイズアプリケーター、0.375インチ(9
.5mm)ロール−スロットサイズアプリケーター、二重ロールアプリケーター及び
複数スリットスロットアプリケーターである。最も好ましくは、0.75インチ(19.
5mm)ロール−スロットアプリケーターである。
【００１８】 0.75インチ(19.05mm)ロール−スロットアプリケーターは、通常0.75インチ(19
.05mm)直径でグラファイト又はスチールロールを有し；底部ブロックが加熱され
る。このアプリケーターは、技術的に通常使用されるようなストランドアプリケ
ーターに比べて抗力が減少された単一の通過サイズ流を与える。このアプリケー
ターによれば、ロール速度をギヤーつながり及びインバーター駆動によって調整
できるという利点もある。さらに、それは50〜400cpsの粘度範囲で好適であり、
かつ0.5％〜８％範囲又はそれ以上の追加速度に対処する。 0.375インチ(9.5mm)ロール−スロットアプリケーターは、ロール直径が0.375
インチ(9.5mm)である点が異なり、底部ブロックが加熱される。このアプリケー
ターも、0.75インチ(19.05mm)ロール−スロットに比べてわずかに低い抗力を有
する単一の通過サイズ流を与える。0.75インチ(19.05mm)アプリケーター同様に
、ロール速度は、ギヤーつながり及びインバーター駆動によって調整できる。さ
らに、このアプリケーターは、約0.3％〜３％又はそれ以上の追加速度に対処し
ながら、50〜400cpsの範囲の粘度用に有用であることがわかった。
【００１９】 サイズ化ガラス繊維製造用装置が提供される。この装置は以下を含む：連続性
繊維に引き出される溶融ガラスのストリームを供給するための加熱ブッシング；
そのストリームを繊維に引き出すための装置；及びサイジングアプリケーター。
サイジングアプリケーターは、ハウジングと、このハウジングに回転可能に連結
されたロールアプリケーターを含む。ハウジングは、加圧下サイジング供給源か
らサイジング組成物を受けるように適合された供給ポートと、出口スロットと、
供給ポートから出口スロットに伸長する通路とを有する。この通路は、供給ポー
トからサイジング組成物を受け、そのサイジング組成物を出口スロットに送達し
、該サイジング組成物はハウジングを出て、ロールアプリケーターの外面で受け
取られる。ロールアプリケーターは、ハウジングが実質的に接触せず、かつロー
ルアプリケーター上で受け取られるサイジング組成物のサイジング組成物厚を変
えないように、ハウジングから間隔をあけられている。
【００２０】 ロールアプリケーターは、好ましくは通常水平面にある中心軸の回りを回転す
る。出口スロットは、水平面より上方に配置して、サイジング組成物がハウジン
グを出て、水平面より上方でロールアプリケーターの外面上で受け取られるよう
にしてよい。 さらに、ロールアプリケーターは、第１及び第２端部を含む。一実施形態では
、第１端部は、第１の螺旋体又は糸を有し、第２端部は、第２の螺旋体又は糸を
有する。第１及び第２の螺旋体は、ロールアプリケーターが回転するとき、内向
きに第１及び第２端部と接触するサイジング組成物を方向転換するように対向し
ている。好ましくは、通路は、通常供給ポートから出口スロットまで一定の横断
面積を有する。
【００２１】 さらに、装置はロールアプリケーターを回転させるための駆動装置を含む。こ
の駆動装置は、モーターアセンブリとクラッチアセンブリを含む。モーターアセ
ンブリは、出力シャフトを有するモーターと、この出力シャフトと共に回転する
ように出力シャフトに結合された駆動プーリーとを含む。クラッチアセンブリは
以下を含む：クラッチハウジング；このハウジングに回転可能に取り付けられ、
かつ内部穴を含んでなる第１シャフト；この穴内に配置され、かつロールアプリ
ケーターを従事させるように適合された環状肩と遠心端部を含んでなる第２シャ
フト、この第２シャフトの回転がロールアプリケーターを回転させる；前記穴内
に配置され、かつ第２シャフトの環状肩に従事させるスプリング；第１シャフト
と共に回転して穴内でスプリングを従事させかつ保持するように第１シャフトに
固定されたスプリング保持体；及び駆動プーリーの回転が第１シャフトを回転さ
せるように駆動プーリーと第１シャフトの一部の回りに配置されたベルト。スプ
リングは、第１シャフトの回転に基づいて第２シャフトを回転させる。第１シャ
フトの一部は、第１シャフトに取り付けられた駆動プーリーを含んでよい。 第２シャフトの遠心端部は、好ましくは通常第２シャフトの中心軸に対して横
に伸長するピンを含む。このピンは、ロールアプリケーター内に備えられたピン
受けノッチを従事させるように適合される。
【００２２】 好ましい装置の第２局面により、ガラス繊維にサイジング組成物の被膜を施す
ためのサイジングアプリケーターが提供される。このアプリケーターは、ハウジ
ングと、このハウジングに回転可能に連結されたロールアプリケーターを含む。
ハウジングは、サイジング組成物をサイジング供給源から受けるように適合され
た供給ポート、出口スロット及び供給ポートから出口スロットへ伸長する通路を
有する。通路は供給ポートからサイジング組成物を受け、そのサイジング組成物
を出口スロットに送達し、サイジング組成物はハウジングを出てロールアプリケ
ーターの外面上で受け取られる。ロールアプリケーターは、ハウジングがロール
アプリケーター上で受け取られるサイジング組成物の厚さを実質的に変えないよ
うに、ハウジングから間隔をあけられている。
【００２３】 好ましい装置の第３局面により、ガラス繊維にサイジング組成物の被膜を施す
ためのサイジングアプリケーターが提供される。このアプリケーターは、ハウジ
ングと、このハウジングに回転可能に連結されたロールアプリケーターを含む。
ハウジングは、サイジング組成物をサイジング供給源から受けるように適合され
た供給ポート、出口スロット及び供給ポートから出口スロットへ伸長する通路を
有する。通路は供給ポートからサイジング組成物を受け、そのサイジング組成物
を出口スロットに送達し、サイジング組成物はハウジングを出てロールアプリケ
ーターの外面上で受け取られる。ロールアプリケーターは、一端サイジング組成
物がロールアプリケーター上で受け取られたら、ハウジングがそのサイジング組
成物に実質的に接触しないように、ハウジングから間隔をあけられている。
【００２４】 １％〜１５％範囲の追加速度を必要としながら、１〜200cps範囲の粘度を有す
るサイズを取り扱うときは、二重ロールアプリケーターが有用である。このタイ
プのアプリケーターは、膜厚の正確なコントロールを考慮する。 サイジングは、ガラスストランドに均一に分散された３〜225gm／分の少量の
サイジングを塗布又は計測可能な加熱アプリケーターを利用して塗布される。好
ましくは、アプリケーターシステムは、0.25インチ(6.35mm)〜１インチ(25.4mm)
の直径を有し、かつＨシリーズZenithポンプを介して供給される。
【００２５】 本発明の非水性サイジングは、30℃〜150℃(86゜F〜302゜F)の温度範囲で塗布さ
れる。好ましくは、サイジングは149℃(300゜F)と同様の温度で塗布される。特に
好ましい実施形態では、サイジング組成物は100℃(212゜F)で塗布される。 サイジングは、75〜500cpsの範囲の濃度で塗布することができる。好ましくは
、サイジングは100〜250の範囲で塗布される。特に好ましい実施形態では、非水
性サイジングは約200cpsの粘度で塗布される。
【００２６】 別の重要な変数はガラスに塗布されるサイジングの量である。伝統的にチョッ
プトストランドでは、ガラス又は炭素繊維についてのサイジングのＬＯＩ質量％
は１％以下であり、短繊維成分は通常約0.5〜１％サイジングである。従って、
マトリックスついての該サイズの影響は比較的小さい。対照的に、本発明のサイ
ジングは、２％〜１０％の範囲のサイズ量を有する。結果として、保護を与えな
がら良い接着と良い加工特性を提供するばかりでなく、マトリックスの重要な成
分にもなるというように、サイジングの機能が広くなっている。特に、本発明に
ついては、ガラス上の大量のサイズが、成形プロセスの際熱可塑性ポリマー全体
に一様にワイヤーコートガラス繊維が分散するのを可能にする。
【００２７】 使用すべきＬＯＩを決定するための１つの方法は、ガラスストランドの隙間を
本質的に満たすのに十分な量でサイジングを塗布することである。これは、隙間
の決定及び測定を必要とする。計算はガラスフィラメントの密度とサイジングの
密度を使う。式は以下のとおりである。 半径ｒの円に外接する六角形の面積＝ｎ＊ｒ＊ｒ＊tan(π/6) ｒ＝１cmとすると 六角形の面積（ガラスプラスサイズ）＝3.4641 cm2 円の面積（ガラス）＝πcm2 サイズの面積＝3.4641＝π＝0.3225 cm2 各体積（高さ＝１cmと仮定） サイズ＝0.3225cm3 ガラス＝πcm3 サイズの質量＝（１gm/cm3）（0.3225cm3）＝0.3225gm ガラスの質量＝（2.53gm/cm3）（πcm3）＝7.948gm サイズとガラスの総質量＝8.2707gm サイズの質量％＝3.9％
【００２８】 サイジングは、２％〜１０％の範囲の量で塗布することができる。好ましくは
、サイジングは２〜５の範囲で塗布される。特に好ましい実施形態では、3.0％
〜4.0％のＬＯＩ、最も好ましくは3.5％のＬＯＩでナイロン強化用ガラス繊維に
サイジングが塗布される。特に好ましい実施形態では、２〜５％のＬＯＩ、最も
好ましくは3.5％のＬＯＩで連結ポリプロピレン強化用ガラス繊維にサイジング
が塗布される。しかし、上述の議論及び式からわかるように、好ましいＬＯＩは
ガラスフィラメント密度とサイジング密度で変わる。例えば、２３ミクロンのフ
ィラメントは、約3.5％の好ましいＬＯＩを有し；これに対して２０ミクロンの
フィラメントは約4.1％の好ましいＬＯＩを有し；１６ミクロンのフィラメント
は約5.0％の好ましいＬＯＩを有し；かつ１３ミクロンのフィラメントは約6.2％
の好ましいＬＯＩを有する。このように、ガラスのグラム数毎の面積増加に伴い
、より多くのサイジングが必要とされる。
【００２９】 従って、一実施形態では、ガラス繊維の処理用サイジング組成物は、以下を含
んで提供される：強化されるポリマーに混和性の１種又はそれより多くの膜形成
要素；１種又はそれより多くのカップリング剤；及び１種又はそれより多くの高
分子量粉末。膜形成要素は、本質的に不揮発性であるのに十分な分子量のもので
、100℃(212゜F)で50〜400cpsの粘度範囲を有し、かつ熱可塑性マトリックスと適
合性であるいずれの膜形成要素でもよい。例えば、ナイロン６６のような成形コ
ンパウンドと混和性であるように、ポリカプロラクトンのような膜形成要素を使
用する。カップリング剤は、選択された膜形成要素と適合するいずれのカップリ
ング剤でもよい。例えば、ポリカプロラクトン膜形成要素と適合性のカップリン
グ剤は、種々のアミン官能性シランである。さらに、膜形成要素は、繊維上の過
剰な抗力及び張力を回避するように塗布される場合、該組成物の被膜粘度が500c
ps未満であるのに十分な低分子量であるというさらなる特徴を有する上述のいず
れの膜形成要素でもよい。好適な膜形成要素は、強化されるポリマーと混和性で
、好ましくは8,000未満の分子量を有するポリマーである。
【００３０】 好適な高分子量粉末は、12,000〜65,000の範囲、好ましくは18,000〜50,000の
範囲の分子量を有する。さらに、好ましい粉末は極性であり、かつアプリケータ
ー上で融解又は溶解しない。さらに、粉末の粒径は、サイズを塗布するのに使用
する計量型ポンプの中を通過するのに十分小さくなければならない。粒径は繊維
径より小さいくなるように選択されるべきだ。好ましい実施形態では、粒径は約
0.25インチ(6.35mm)〜約0.75インチ(19.05mm)繊維径の範囲である。特に好まし
い粉末は、18,000程度の分子量と５ミクロンの粒径を有するOrgasol 2001 NAT U
Dである。他の好適な粉末は、酸性繊維表面に付着するのに必要な塩基性基を十
分に持つ傾向がある非常に微細なナイロン粒子を生成するいずれの方法によって
得られたものをも包含する。
【００３１】 非水性サイジング組成物用に好適なカップリング剤は、メトキシ基を有するも
のは通常加水分解時に危険な物質を放出するので、一般にエトキシ加水分解性基
又はシリコンを有する。さらに、カップリング剤は、いずれの重要な化学的副反
応も避けるように選択される。
【００３２】 本発明の方法は以下の工程を必要とする：（ａ）強化されるポリマーと混和性
の１種又はそれより多くの膜形成要素；１種又はそれより多くのカップリング剤
；及び１種又はそれより多くの高分子量粉末を含んでなるサイジング組成物でガ
ラスフィラメントを被膜する工程；（ｂ）そのガラス繊維ストランドを切断して
チョップトストランド断片を形成する工程；及び（ｃ）そのペレットを流動床又
はCratecオーブンのような振動オーブン内で硬化する工程。ペレットは、ストラ
ンド間を流れることができるように該粉末の融点よりわずかに高い温度に加熱さ
れる。この結果、通常固体円筒ペレットになる。
【００３３】 形成されるとすぐに、ストランドは約3.175mm〜6.35mm(1/8インチ〜1/4インチ
)の長さに切り刻まれる。本方法では、このような長さにガラス繊維ポリマース
トランドを切り刻む技術的に公知のいずれの好適な手段も使用できる。好適な繊
維チョッピング装置としてはConair-Jetroモデル＃204T 90060，Bay City，ミシ
ガンが挙げられる。 乾燥は、技術的に公知のいずれのやり方でも行うことができる。しかし、商業
的な大量生産に許容できるレベルに乾燥時間を低減するため、繊維は、Cratecオ
ーブンのような流動床オーブン内で約121℃〜293℃(250゜Fから560゜F)の高温で乾
燥される。
【００３４】 （実施例１） 高分子量粉末を含有する非水性サイジング この実施例用のサイジング製剤は、「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」と命名され、以
下に示される：AC1702及びTrilene4038液体コポリマーは、Uniroyalから入手し
、膜形成要素又はワックス、Vybar260は、Petroliteから入手した。 ポリエステルアルキド「Ｃ」は、以下のように調製した。
【００３５】 表１「Ｃ」−ポリエステルアルキド特徴づけ
【００３６】 TONE0260（ポリカプロラクトン）は、Union Carbideから得、下記式を有する
。 Ｈ{Ｏ(ＣＨ2)5Ｃ(=Ｏ)}m-Ｏ-Ｒ-Ｏ-{Ｃ(=Ｏ)(ＣＨ2)5Ｏ}mＨ TONE0260、化学式 表２は、TONE0260の特徴を示す。 表２ A-1100シランは、Osi Specialtiesから得、以下の式及び特徴を有する。
【００３７】 サイジング製剤は、成形実験の日に混合かつ調製した。各製剤はトータルで約
2,800グラムだった。A1100（Osi Specialties of Witcoから入手）を除くすべて
の成分を135℃〜163℃(275゜F〜325゜F)の温度で融かして完全にブレンドした。混
合物を121℃(250゜F)未満に冷却し、A1100シランを添加して完全にブレンドした
。 成形操作は、ＡとＣ製剤については124℃〜132℃(255゜F〜270゜F)、Ｂ製剤につ
いては143℃〜152℃(290゜F〜305゜F)のアプリケーター温度でＴ−フィラメントを
調製することだった。第１パッケージを実験した後、所望濃度まで粉末を添加し
、混合し、それから成形プロセスで実験した。添加した粉末は、Orgasol 2001 U
D NAT2だった（Elf Atochemから入手）(５ミクロン径；pa 12ナイロン；186℃(3
66゜F)融点)。製剤ＡとＣは、０％、５％、１０％及び１５％の粉末濃度で実験し
た。製剤Ｂは０％、５％、及び１０％のみで実験した。
【００３８】 種々の製剤で処理したパッケージを一通過の間オーブンを通して実験した。粉
末なしの製剤は、193℃(380゜F)でオーブンを通し、粉末含有製剤は232℃(450゜F)
でオーブンを通した。 ３０質量％のガラスと７０質量％のポリマーを有する乾燥ブレンド試料を調製
した。そして、0.5インチ(12.7mm)長さのガラスの繊維片を、「１０秒Littlefor
d Blend」検定で試験して、ガラスがその束を保持しているかどうかを測定し：
該試験は、低いけば立ちをも求めた。
【００３９】１０秒Littleford Blend評点 尺度 １＝最低 ５＝最高 -３最小限要求
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 ５％粉末の添加が粘度に無視できる影響しか及ぼさず、かつ２０％の添加はそ
れを単に２倍にしただけであることを示す。
【図２】 ５％粉末の添加が粘度に無視できる影響しか及ぼさず、かつ２０％の添加はそ
れを単に２倍にしただけであることを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 101/00 Ｃ０４Ｂ 14/42 Ｃ // Ｃ０４Ｂ 14/42 Ｚ 20/10 20/10 Ｃ０３Ｃ 25/02 Ｎ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ウェイマー デイヴィッド ジェイ アメリカ合衆国 オハイオ州 43783 サ マセット サミット ストリート 124 Ｆターム(参考） 4F072 AA02 AB09 AB22 AC05 AD03 AD04 AD11 AD44 AE11 AF21 AG05 4G012 LA13 LA22 4G060 BA04 BC01 CB12 CB32 4J002 AA00W AA01X BB03X BB11W BB11X BB12W CB00X CF07X CK02X CL00W CL00X CL00Y CL01X CL03X CN01X DL006 EX017 EX067 EX077 FA046 FA08Y FD016

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 以下を含んでなる、ガラス強化繊維に適用するための非水性
    サイジング組成物： （ａ）１種又はそれより多くの膜形成要素； （ｂ）１種又はそれより多くのカップリング剤；及び （ｃ）１種又はそれより多くのポリアミド粉末。
  2. 【請求項２】 前記カップリング剤が、３-グリシドキシプロピルトリメト
    キシシラン、３-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン及び３-アミノプ
    ロピルトリエトキシシランからなる群より選択される、請求項１に記載の非水性
    サイジング組成物。
  3. 【請求項３】 前記膜形成要素が、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブチル
    、テラタレート、ナイロン６、ナイロン６６、化学的に結合されたポリプロピレ
    ン、ポリカーボネート、ポリフェナレンスルフィド、熱可塑性ポリウレタン、ア
    セタール、ＨＤＰＥからなる群より選択されるポリマーと混和性である、請求項
    １に記載の非水性サイジング組成物。
  4. 【請求項４】 前記膜形成要素が、高分子量ワックス、低分子量ワックス、
    低分子量ポリエステルアルキド、ポリカプロラクトン、低分子量マレイン酸エス
    テル化ポリプロピレンからなる群より選択される、請求項１に記載の非水性サイ
    ジング組成物。
  5. 【請求項５】 前記粉末が、高分子量粉末である、請求項１に記載の非水性
    サイジング組成物。
  6. 【請求項６】 前記粉末が、約12,000〜約65,000の分子量を有する、請求項
    １に記載の非水性サイジング組成物。
  7. 【請求項７】 前記粉末が、ナイロン粉末である、請求項１に記載の非水性
    サイジング組成物。
  8. 【請求項８】 以下を含んでなる、ナイロンを強化するためのガラス繊維に
    適用するための非水性サイジング組成物： （ａ）ナイロンと混和性である１種又はそれより多くの膜形成要素； （ｂ）１種又はそれより多くのカップリング剤；及び （ｃ）１種又はそれより多くのナイロン粉末。
  9. 【請求項９】 前記膜形成要素が、低分子量ポリウレタン、ポリカプロラク
    トン、ポリエステル、不飽和ポリエステルからなる群より選択される、請求項８
    に記載の非水性サイジング組成物。
  10. 【請求項１０】 前記膜形成要素がポリカプロラクトンであり；前記カップ
    リング剤がアミノシランであり；かつ前記粉末がポリアミドである、請求項８に
    記載の非水性サイジング組成物。
  11. 【請求項１１】 以下を含んでなる、ポリプロピレンを強化するためのガラ
    ス繊維に適用するための非水性サイジング組成物： （ａ）ポリプロピレンと混和性である１種又はそれより多くの膜形成要素； （ｂ）１種又はそれより多くのカップリング剤；及び （ｃ）１種又はそれより多くの粉末。
  12. 【請求項１２】 前記膜形成要素が、非晶質ワックス、微結晶性ワックス、
    マレイン酸エステル化低分子量ポリプロピレン、炭化水素樹脂からなる群より選
    択される、請求項１１に記載の非水性サイジング組成物。
  13. 【請求項１３】 前記膜形成要素が非晶質ワックスであり；前記カップリン
    グ剤がアミノシランであり；かつ前記粉末がナイロンを含む、請求項１１に記載
    の非水性サイジング組成物。
  14. 【請求項１４】 請求項１に記載の組成物を含有する非水性サイジング組成
    物の乾燥残留物で、その表面の少なくとも一部分が覆われているガラス繊維。
  15. 【請求項１５】 前記非水性サイジング組成物が、請求項１０に定義されて
    いる組成物である、請求項１１に記載のガラス繊維。
  16. 【請求項１６】 前記非水性サイジング組成物が、請求項１３に定義されて
    いる組成物である、請求項１４に記載のガラス繊維。
  17. 【請求項１７】 改良された加工性及びノッチ付きアイゾッドを有するガラ
    ス繊維の製造方法であって、以下の工程を含んでなる方法： （ａ）ガラス繊維ストランドを形成する工程；及び （ｂ）請求項１に記載の非水性サイジング組成物で、前記ガラス繊維ストラン
    ドを被膜する工程。
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