TW202031745A - 玻璃纖維強化樹脂成形品 - Google Patents
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Abstract
本發明提供具備高機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生之玻璃纖維強化樹脂成形品。
本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品係於前述玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維具備短徑D1落於3.0μm以上10.5μm以下之範圍內,長徑D2落於11.0μm以上29.0 μm以下之範圍內之扁平剖面形狀,前述玻璃纖維強化樹脂成形品所含之玻璃纖維的數平均纖維長L(μm)落於195 μm以上且未達400μm之範圍內,前述玻璃纖維強化樹脂成形品中玻璃纖維含有率C(wt%)落於超過50.0wt%且80.0 wt%以下之範圍內,前述D1、D2、L及C滿足下述式(1),
Description
本發明有關玻璃纖維強化樹脂成形品。
以往,玻璃纖維用以提高樹脂成形品之性能而於各種用途中廣泛被使用。此處,作為藉由玻璃纖維而提高之主要性能之一,舉例為玻璃纖維強化樹脂成形品之拉伸強度或彎曲強度的機械強度。截至目前,已針對玻璃纖維之纖維徑(通常玻璃纖維係將複數根玻璃纖絲集束而構成,該玻璃纖絲之平均直徑稱為玻璃纖維之纖維徑)、玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維長度、玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃含量、玻璃纖絲之剖面形狀等之玻璃纖維諸特徵對玻璃纖維強化樹脂成形品之機械強度造成的影響進行檢討(例如參照專利文獻1)。
且,於下述專利文獻2中,記載一種玻璃纖維強化樹脂成形品,其特徵係前述玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維之纖維徑D(μm)於3.0~12.0μm範圍內,玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維之數平均纖維長L(μm)於160~350μm範圍內,玻璃纖維強化樹脂成形品之玻璃纖維體積含有率V(%)於3.0~50.0%之範圍內,前述D、L及V滿足下述式(6):。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-095066號公報
[專利文獻2]WO2018/159861
[發明欲解決之課題]
近幾年來,作為金屬之替代材料,於汽車領域中使用玻璃纖維強化樹脂成形品正在擴大。於汽車領域中,為了確保駕駛者之安全性或零件之耐久性,而對玻璃纖維強化樹脂成形品要求高的機械強度(例如拉伸強度及彎曲強度)。
以往,為了提高玻璃纖維強化樹脂成形品之機械強度,已針對加長玻璃纖維強化樹脂成形品中存在之玻璃纖維的纖維長進行檢討。例如於專利文獻1中,使用對連續纖維的玻璃纖維捲繞體含浸樹脂熔融物而獲得之長纖維強化樹脂顆粒,將玻璃纖維強化樹脂成形品中存在之玻璃纖維的重量平均纖維長作成1mm以上。
然而,使用長纖維強化樹脂顆粒時,玻璃纖維強化樹脂成形品中,一部分玻璃纖維(又玻璃纖維通常係將複數根玻璃纖絲集束而形成)並未分散至玻璃纖絲之狀態,而容易產生以玻璃線股(玻璃纖絲複數根集束成之形態)的狀態殘存之稱為未分散之狀態。發生未分散之情況下,玻璃纖維強化樹脂成形品中,有根據部位而發生強度不均之虞,尤其是汽車之外裝零件等大型玻璃纖維強化樹脂成形品中,強度不均導致應力集中,有使玻璃纖維強化樹脂成形品全體之安全性及耐久性降低之虞。
本發明係鑒於上述情況而完成者,目的在於提供具備機械強度高且抑制玻璃纖維之未分散發生之玻璃纖維強化樹脂成形品。
[用以解決課題之手段]
為了達成該目的,本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品之特徵係玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維具備短徑D1落於3.0μm以上10.5μm以下之範圍內,長徑D2落於11.0μm以上29.0μm以下之範圍內之扁平剖面形狀,玻璃纖維強化樹脂成形品所含之玻璃纖維的數平均纖維長L(μm)落於195μm以上且未達400μm之範圍內,玻璃纖維強化樹脂成形品中玻璃纖維含有率C(wt%)落於超過50.0 wt%且80.0wt%以下之範圍內,前述D1、D2、L及C滿足下述式(1),。
依據本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品,藉由使前述D1、D2、L及C落於上述範圍內,且滿足上述式(1)之條件,而使玻璃纖維強化樹脂成形品具備高的機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生。此處所謂具備高的機械強度意指玻璃纖維強化樹脂成形品之拉伸強度超過250 MPa且彎曲強度超過400MPa。
又,本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品,較佳前述D1落於3.5μm以上6.4μm以下之範圍內,前述D2落於14.0μm以上26.0μm以下之範圍內,前述L落於200μm以上350μm以下之範圍內,前述C落於52.0wt%以上75.0wt%以下之範圍內,前述D1、D2、L及C滿足下述式(2),。
依據本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品,藉由使前述D1、D2、L及C落於上述範圍內,且滿足上述式(2)之條件,而使玻璃纖維強化樹脂成形品具備更高的機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生。此處所謂具備更高的機械強度意指玻璃纖維強化樹脂成形品之拉伸強度為260MPa以上且彎曲強度超過400MPa。
又,本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品,較佳中前述D1落於4.0μm以上6.0μm以下之範圍內,前述D2落於16.0μm以上24.0μm以下之範圍內,前述L落於205μm以上300μm以下之範圍內,前述C落於53.0wt%以上70.0 wt%以下之範圍內,前述D1、D2、L及C滿足下述式(3),。
依據本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品,藉由使前述D1、D2、L及C落於上述範圍內,且滿足上述式(3)之條件,而使玻璃纖維強化樹脂成形品具備更高的機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生,進而具備優異流動性。
本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品中,較佳為玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之樹脂係選自包含聚醯胺樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚伸芳基硫醚樹脂、聚芳基酮樹脂及液晶聚合物(LCP)所成之群中之射出成形用熱塑性樹脂,更佳為聚醯胺樹脂。
藉由使用上述射出成形用熱塑性樹脂,可有效率地進行大型玻璃纖維強化樹脂成形品之製造。尤其,聚醯胺樹脂由於強度、耐熱性之均衡優異,故適於汽車車體之金屬替代材料,因使用本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品而提高製造效率之效果較大。
其次,針對本發明之實施形態進一步詳細說明。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品之特徵係玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維具備短徑D1落於3.0μm以上10.5μm以下之範圍內,長徑D2落於11.0 μm以上29.0μm以下之範圍內之扁平剖面形狀,玻璃纖維強化樹脂成形品所含之玻璃纖維的數平均纖維長L(μm)落於195μm以上且未達400μm之範圍內,玻璃纖維強化樹脂成形品中玻璃纖維含有率C(wt%)落於超過50.0wt%且80.0 wt%以下之範圍內,前述D1、D2、L及C滿足下述式(1),。
依據本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品,藉由使前述D1、D2、L及C落於上述範圍內,而使玻璃纖維強化樹脂成形品具備高的機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生。此處所謂具備高的機械強度意指玻璃纖維強化樹脂成形品之拉伸強度超過250MPa且彎曲強度超過400 MPa。
又,本發明中,拉伸強度及彎曲強度可分別藉下述方法測定。又,關於測定所使用之裝置,若為與下述記載之裝置同等性能者,則未特別限定。
[拉伸強度]
針對依據JIS K 7165:2008之A型啞鈴試驗片(厚度4 mm),於試驗溫度23℃之條件,使用精密萬能試驗機(島津製作所(股)製,商品名:AUTOGRAPH AG-5000B),進行依據JIS K 7165:2008之靜態拉伸試驗,測定拉伸強度。
[彎曲強度]
針對前述試驗片,於試驗溫度23℃之條件,使用精密萬能試驗機(島津製作所(股)製,商品名:AUTOGRAPH AG-5000B),進行依據JIS K 7171:2016之靜態拉伸試驗,測定彎曲強度。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維之短徑D1若未達3.0μm,則於玻璃纖維及玻璃纖維強化樹脂成形品之製造步驟中有對製造者之健康造成不良影響之顧慮。另一方面,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維之短徑D1若超過10.5μm,則無法獲得具備高的機械強度之玻璃纖維強化樹脂成形品。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,難以製造玻璃纖維之長徑D2未達11.0μm且具備扁平剖面形狀之玻璃纖維。另一方面,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維之長徑D2若超過29.0μm,則無法獲得具備高機械強度之玻璃纖維強化樹脂成形品。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,基於提高玻璃纖維強化樹脂成形品之表面平滑性,較佳玻璃纖維之短徑D1為3.5μm以上6.4μm以下,更佳為4.0 μm以上6.0μm以下,又更佳為4.5μm以上5.5μm以下。基於提高玻璃纖維強化樹脂成形品之表面平滑性,玻璃纖維之長徑D2較佳為14.0μm以上26.0μm以下,更佳為16.0μm以上24.0μm以下,又更佳為18.0μm以上22.0μm以下。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維的短徑及長徑可藉由如下算出,例如首先研磨玻璃纖維強化樹脂成形品之剖面,其次,使用電子顯微鏡,針對100根以上之玻璃纖絲,將通過玻璃纖絲剖面之大致中心之最長邊設為長徑,將與該長徑於玻璃纖絲剖面之大致中心正交之邊設為短徑,測定各長度,求出該等之平均值。
又,玻璃纖維通常係將複數根玻璃纖絲集束而形成,但玻璃纖維強化樹脂成形品中,因經過成形加工而使前述集束解開而以玻璃纖絲之狀態,分散存在於玻璃纖維強化樹脂成形品中。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維之長徑D2相對於短徑D1之比(D2/D1)落於例如1.2以上10.0以下之範圍內,較佳落於1.8以上8.0以下之範圍內,更佳落於2.0以上6.0以下之範圍內,又更佳落於2.5以上5.5以下之範圍內,特佳落於3.0以上5.0以下之範圍內,最佳落於3.3以上4.5以下之範圍內。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品,作為玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維具備之扁平剖面形狀可舉例為例如長圓形(長方形之短邊部分分別置換為以該短邊作為直徑之半圓後之形狀)、橢圓形、及長方形,基於有助於玻璃纖維強化樹脂成形品之流動性提高,較佳為長圓形。又,此處所謂玻璃纖維之剖面意指玻璃纖維之與纖維長方向垂直之橫剖面。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維的數平均纖維長L取為1μm以上10000μm以下之範圍內,但玻璃纖維的數平均纖維長L未達195μm時,難以獲得具備高機械強度之玻璃纖維強化樹脂成形品。另一方面,玻璃纖維的數平均纖維長L為400μm以上時,有於玻璃纖維強化樹脂成形品中發生玻璃纖維未分散之虞。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維的數平均纖維長L較佳為200μm以上350μm以下,更佳為205μm以上300μm以下,又更佳為210μm以上290μm以下,特佳為215μm以上285μm以下,尤其佳為220μm以上280μm以下,極佳為225μm以上275μm以下,最佳為230μm以上270μm以下。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維的數平均纖維長可藉由以下方法算出。首先,將玻璃纖維強化樹脂成形品於650℃之馬弗爐中加熱0.5~24小時,使有機物分解。其次,將殘存之玻璃纖維移至玻璃皿中,使用丙酮將玻璃纖維分散於皿表面上。其次,針對分散於皿表面之玻璃纖維1000根以上,使用實體顯微鏡測定纖維長,取其平均,算出玻璃纖維之數平均纖維長。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維含有率C若為50.0wt%下,則無法獲得具備高機械強度之玻璃纖維強化樹脂成形品。另一方面,本發明之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維含有率C若超過80.0wt%,則有於玻璃纖維強化樹脂成形品中發生玻璃纖維未分散之虞。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維含有率C較佳為52.0wt%以上75.0wt%以下,更佳為53.0wt%以上70.0wt%以下,又更佳為55.0wt%以上65.0wt%以下。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維含有率可依據JIS K 7052:1999算出。
玻璃纖維之短徑D1(μm)、玻璃纖維之長徑D2(μm)、玻璃纖維之纖維長L(μm)及玻璃纖維含有率C(wt%)未滿足前述式(1)時,亦即,C×L2
/(D1×D22
)未達1200或超過2550時,無法獲得高機械強度之玻璃纖維強化樹脂成形品或有於玻璃纖維強化樹脂成形品中發生玻璃纖維未分散之虞。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,前述D1、D2、L及C更佳滿足下述式(2)。藉由C×L2
/(D1×D22
)滿足下述式(2),使玻璃纖維強化樹脂成形品具備更高的機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生。。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,前述D1、D2、L及C更佳滿足下述式(3)。藉由C×L2
/(D1×D22
)滿足下述式(3),使玻璃纖維強化樹脂成形品具備更高的機械強度且抑制玻璃纖維之未分散發生。。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,形成玻璃纖維之玻璃的玻璃組成並未特別限定。本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,作為玻璃纖維可採用之玻璃組成,可舉例為最廣泛使用的E玻璃組成(相對於玻璃纖維總量,包含52.0~56.0wt%之範圍的SiO2
,12.0~16.0 wt%之範圍的Al2
O3
,合計為20.0~25.0wt%之範圍的MgO及CaO,及5.0~10.0wt%之範圍的B2
O3
之組成)、高強度高彈性模數玻璃組成(相對於玻璃纖維總量,以氧化物換算,包含64.0~66.0 wt%之範圍的SiO2
,24.0~26.0wt%之範圍的Al2
O3
,及9.0 ~11.0wt%之範圍的MgO之組成)、高彈性模數易製造性玻璃組成(相對於玻璃纖維總量,包含57.0~60.0wt%之範圍的SiO2
,17.5~20.0wt%之範圍的Al2
O3
,8.5~12.0wt%之範圍的MgO,10.0~13.0wt%之範圍的CaO,及0.5~1.5wt%之範圍的B2
O3
,且SiO2
、Al2
O3
、MgO及CaO之合計量為98.0 wt%以上之組成)、及低介電率低介電正切玻璃組成(相對於玻璃纖維總量,包含48.0~62.0wt%之範圍的SiO2
,B2
O3
為17.0~26.0wt%之範圍的B2
O3
,9.0~18.0wt%之範圍的Al2
O3
,0.1~9.0wt%之範圍的CaO,0~6.0wt%之範圍的MgO,合計0.05~0.5wt%之範圍的Na2
O・K2
O・Li2
O,0~ 5.0wt%之範圍的TiO2
,0~6.0wt%之範圍的SrO,合計0~ 3.0wt%之範圍的F2
・Cl2
,及0~6.0wt%之範圍的P2
O5
之組成)。基於提高玻璃纖維強化樹脂成形品之機械強度之觀點,玻璃纖維之玻璃組成較佳為前述高強度高彈性模數玻璃組成或高彈性模數易製造性玻璃組成。
又,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維中,前述各成分之含量測定,針對輕元素的Li係使用ICP發光分光分析裝置,其他元素可使用波長分散型螢光X射線分析裝置進行。
作為測定方法,首先將玻璃批料(將玻璃原料混合而調製者)或玻璃纖維(於玻璃纖維表面附著有機物時,或於有機物(樹脂)中主要包含玻璃纖維作為強化材之情況下,係以例如300~600℃之馬弗爐中加熱2~24小時等,去除有機物之後使用)放入白金坩堝中,於電爐中以1550℃之溫度保持6小時邊加以攪拌邊熔融,而獲得均質熔融玻璃。其次,將所得熔融玻璃流出至碳板上,製作碎玻璃後,予以粉碎粉末化。針對輕元素的Li,將玻璃粉末以酸加熱分解後,使用ICP發光分光分析裝置進行定量分析。其他元素係以加壓機將玻璃粉末成形為圓盤狀後,使用波長分散型螢光X射線分析裝置進行定量分析。該等定量分析結果以氧化物換算,計算各成分之含量及總量,自該等數值可求出前述各成分之含量(質量%)。
具備前述玻璃組成之玻璃纖維可如以下製造。首先,基於成為玻璃原料之礦石中所含之成分與各成分之含有率、及熔融過程中各成分之揮發量,以成為前述組成之方式調製之玻璃原料(玻璃批料)供給於熔融爐,於例如1450~1550℃範圍之溫度熔融。其次,將熔融之玻璃批料(熔融玻璃)控制於特定溫度,自絕緣套管之1~20000個噴嘴尖頭拉出,藉由急冷,形成玻璃纖絲。其次對形成之玻璃纖絲使用塗佈裝置的敷料機塗佈集束劑或黏合劑,使用集束靴,邊將玻璃纖絲1~20000根集束,邊使用捲取機,以高速捲取於管,獲得玻璃纖維。此處,前述噴嘴尖頭設為具有非圓形形狀,具有使熔融玻璃急冷之突起部或缺口部者,藉由控制溫度條件,獲得具有扁平剖面形狀之玻璃纖絲。又,藉由調整噴嘴尖頭之徑或捲取速度及溫度條件等,可調整玻璃纖維之短徑D1(μm)及長徑D2(μm)。例如藉由加速捲取速度,可減小短徑D1及長徑D2,藉由減慢捲取速度,可增大短徑D1及長徑D2。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,以提高玻璃纖維與樹脂之接著性、提高玻璃纖維與樹脂或無機材料中之混合物中玻璃纖維之均一分散性等為目的,玻璃纖維亦可於其表面以有機物被覆。作為此等有機物,可舉例為胺基甲酸酯樹脂、環氧樹脂、乙酸乙烯酯樹脂、丙烯酸樹脂、改質聚丙烯(尤其羧酸改質聚丙烯)、(聚)羧酸(尤其馬來酸)與不飽和單體之共聚物等。
且,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維除了該等樹脂以外,亦可藉包含矽烷偶合劑、潤滑劑、界面活性劑等之樹脂組成物被覆。此等樹脂組成物,以未被樹脂組成物被覆之狀態下之玻璃纖維質量為基準,以0.1~2.0wt%之比例被覆玻璃纖維。又,有機物對玻璃纖維之被覆可於例如玻璃纖維之製造步驟中,使用滾筒型敷料機等之習知方法,將包含前述樹脂溶液或前述樹脂組成物溶液之前述集束劑或黏合劑塗佈於玻璃纖維上,隨後,使塗佈樹脂溶液或樹脂組成物溶液之玻璃纖維乾燥而進行。
此處,作為矽烷偶合劑,可舉例為胺基矽烷(γ-胺基丙基三乙氧基矽烷、N-β-(胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、N-β-(胺基乙基)-N’-β-(胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷、γ-苯胺基丙基三甲氧基矽烷等)、氯矽烷(γ-縮水甘油基丙基三甲氧基矽烷等)、環氧基矽烷(β-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷等)、巰基矽烷(γ-氯丙基三甲氧基矽烷等之γ-巰基三甲氧基矽烷等)、乙烯基矽烷(乙烯基三甲氧基矽烷、N-β-(N-乙烯基苄基胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷等)、丙烯酸基矽烷(γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷等)、陽離子性矽烷(N-(乙烯基苄基)-2-胺基乙基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷鹽酸鹽、N-苯基-3-胺基丙基三甲氧基矽烷鹽酸鹽等)。前述矽烷偶合劑可將該等化合物單獨使用,或亦可併用2種以上。
作為潤滑劑舉例為改質矽氧油、動物油(牛脂等)及該等之氫化物、植物油(大豆油、椰子油、菜籽油、棕櫚油、蓖麻油等)及該等之氫化物、動物性蠟(蜜蠟、羊毛脂等)、植物性蠟(勘地里拉蠟、巴西棕櫚蠟等)、礦物系蠟(石蠟、褐煤蠟等)、高級飽和脂肪酸與高級飽和醇之縮合物(月桂基硬脂酸酯等之硬脂酸酯等)、聚伸乙亞胺、聚烷基聚胺烷基醯胺衍生物、脂肪酸醯胺(例如二伸乙基三胺、三伸乙基四胺、四伸乙基五胺等之聚伸烷基聚胺與月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸等之脂肪酸的脫水縮合物等)、四級銨鹽(氯化月桂基三甲基銨等之烷基三甲基銨鹽等)。前述潤滑劑可將該等單獨使用,或亦可併用2種以上。
作為界面活性劑,舉例為例如非離子系界面活性劑、陽離子系界面活性劑、陰離子系界面活性劑、兩性界面活性劑。前述界面活性劑可將該等單獨使用,或亦可併用2種以上。
作為非離子系界面活性劑舉例為環氧乙烷環氧丙烷烷基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯-嵌段共聚物、烷基聚氧乙烯-聚氧丙烯-嵌段共聚物醚、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯脂肪酸單酯、聚氧乙烯脂肪酸二酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、甘油脂肪酸酯環氧乙烷加成物、聚氧乙烯蓖麻油醚、硬化蓖麻油環氧乙烷加成物、烷基胺環氧乙烷加成物、脂肪酸醯胺環氧乙烷加成物、甘油脂肪酸酯、聚甘油脂肪酸酯、季戊四醇脂肪酸酯、山梨糖醇脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯、多元醇烷基醚、脂肪酸烷醇醯胺、乙炔二醇、乙炔醇、乙炔二醇之環氧乙烷加成物、乙炔醇之環氧乙烷加成物等。
作為陽離子系界面活性劑舉例為氯化烷基二甲基苄基銨、氯化烷基三甲基銨、烷基二甲基乙基銨乙基硫酸鹽、高級烷基胺鹽(乙酸鹽或鹽酸鹽等)、對高級烷基胺之環氧乙烷加成物、高級脂肪酸與聚伸烷基聚胺之縮合物、高級脂肪酸與烷醇胺之酯的鹽、高級脂肪酸醯胺之鹽、咪唑啉型陽離子性界面活性劑、烷基吡啶鎓鹽等。
作為陰離子系界面活性劑舉例為高級醇硫酸酯鹽、高級烷醚硫酸酯鹽、α-烯烴硫酸酯鹽、烷基苯磺酸鹽、α-烯烴磺酸鹽、脂肪酸鹵化物與N-甲基牛磺酸之反應產物、磺基琥珀酸二烷基酯鹽、高級醇磷酸酯鹽、高級醇環氧乙烷加成物之磷酸酯鹽等。
作為兩性界面活性劑舉例為烷基胺基丙酸鹼金屬鹽等之胺基酸型兩性界面活性劑、烷基二甲基甜菜鹼等之甜菜鹼型、咪唑啉型兩性界面活性劑等。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,除了前述玻璃纖維以外,亦包含熱塑性樹脂或熱硬化性樹脂及玻璃纖維以外之添加劑。本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,熱塑性樹脂或熱硬化性樹脂之含有率為例如20.0質量%以上且未達50.0wt%。且,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品中,玻璃纖維以外之添加劑含有率為例如0~25.0wt%。
此處,作為前述熱塑性樹脂,舉例為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、苯乙烯/馬來酸酐樹脂、苯乙烯/馬來醯亞胺樹脂、聚丙烯腈、丙烯腈/苯乙烯(AS)樹脂、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)樹脂、氯化聚乙烯/丙烯腈/苯乙烯(ACS)樹脂、丙烯腈/乙烯/苯乙烯(AES)樹脂、丙烯腈/苯乙烯/丙烯酸甲酯(ASA)樹脂、苯乙烯/丙烯腈(SAN)樹脂、甲基丙烯酸樹脂、聚氯化乙烯(PVC)、聚偏氯化乙烯(PVDC)、聚醯胺、聚縮醛、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚碳酸酯、聚伸芳基硫醚、聚醚碸(PES)、聚苯基碸(PPSU)、聚苯醚(PPE)、改質聚苯醚(m-PPE)、聚芳基酮、液晶聚合物(LCP)、氟樹脂、聚醚醯亞胺(PEI)、聚芳酯(PAR)、聚碸(PSF)、聚醯胺醯亞胺(PAI)、聚胺雙馬來醯亞胺(PABM)、熱塑性聚醯亞胺(TPI)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、乙烯/乙酸乙烯酯(EVA)樹脂、離子聚合物(IO)樹脂、聚丁二烯、苯乙烯/丁二烯樹脂、聚丁烯、聚甲基戊烯、烯烴/乙烯醇樹脂、環狀烯烴樹脂、纖維素樹脂、聚乳酸等。
具體而言,作為聚乙烯,舉例為高密度聚乙烯(HDPE)、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯(LDPE)、直鏈狀低密度聚乙烯(LLDPE)、超高分子量聚乙烯等。
作為聚丙烯舉例為等規聚丙烯(isotactic polypropylene)、無規聚丙烯(atactic polypropylene)、間規聚丙烯(syndiotactic polypropylene)及該等之混合物等。
作為聚苯乙烯舉例為具有無規構造之無規聚苯乙烯的廣泛使用聚苯乙烯(GPPS)、於GPPS中添加橡膠成分之耐衝擊性聚苯乙烯(HIPS)、具有間規構造之間規聚苯乙烯等。
作為甲基丙烯酸樹脂舉例為丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、脂肪酸乙烯酯中之一種均聚合之聚合體,或兩種以上共聚合之共聚物等。
作為聚氯乙烯可舉例為藉由以往習知之乳化聚合法、懸浮聚合法、微懸浮聚合法、塊狀聚合法等之方法聚合而成之氯化乙烯均聚物或氯化乙烯單體與可共聚合之單體的共聚物,或對聚合物接枝聚合氯化乙烯單體之接枝共聚物等。
作為聚醯胺可舉例為聚己醯胺(尼龍6)、聚六亞甲基己二醯胺(尼龍66)、聚四亞甲基己二醯胺(尼龍46)、聚四亞甲基癸二醯胺(尼龍410)、聚五亞甲基己二醯胺(尼龍56)、聚五亞甲基癸二醯胺(尼龍510)、聚六亞甲基癸二醯胺(尼龍610)、聚六亞甲基十二烷二醯胺(尼龍612)、聚十亞甲基己二醯胺(尼龍106)、聚十亞甲基癸二醯胺(尼龍1010)、聚十亞甲基十二烷二醯胺(尼龍1012)、聚十一烷醯胺(尼龍11)、聚十一亞甲基己二醯胺(尼龍116)、聚十二烷醯胺(尼龍12)、聚苯二甲基己二醯胺(尼龍XD6)、聚苯二甲基癸二醯胺(尼龍XD10)、聚間苯二甲基己二醯胺(尼龍MXD6)、聚對苯二甲基己二醯胺(尼龍PXD6)、聚四亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍4T)、聚五亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍5T)、聚六亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍6T)、聚六亞甲基間苯二甲醯胺(尼龍6I)、聚九亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍9T)、聚十亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍10T)、聚十一亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍11T)、聚十二亞甲基對苯二甲醯胺(尼龍12T)、聚四亞甲基間苯二甲醯胺(尼龍4I)、聚雙(3-甲基-4-胺基己基)甲烷對苯二甲醯胺(尼龍PACMT)、聚雙(3-甲基-4-胺基己基)甲烷間苯二甲醯胺(尼龍PACMI)、聚雙(3-甲基-4-胺基己基)甲烷十二烷醯胺(尼龍PACM12)、聚雙(3-甲基-4-胺基己基)甲烷對十四烷醯胺(尼龍PACM14)等之成分中之1種或組合2種以上之複數成分之共聚物或該等之混合物等。
作為聚縮醛可舉例為以氧亞甲基單位為主之重複單位而成之均聚物,及含有主要由氧亞甲基單位所成之於主鏈中含有具有2~8個鄰接之碳原子之氧伸烷基單位之共聚物等。
作為聚對苯二甲酸乙二酯可舉例為藉由對苯二甲酸或其衍生物與乙二醇聚縮合而得之聚合物等。
作為聚對苯二甲酸丁二酯舉例為藉由對苯二甲酸或其衍生物與1,4-丁二醇聚縮合而得之聚合物等。
作為聚對苯二甲酸丙二酯舉例為藉由對苯二甲酸或其衍生物與1,3-丙二醇聚縮合而得之聚合物等。
作為聚碳酸酯舉例為藉由使二羥基二芳基化合物與碳酸二苯酯等之碳酸酯以熔融狀態反應之酯交換法所得之聚合物,或藉由二羥基芳基化合物與光氣反應之光氣法所得之聚合物。
作為伸芳基硫醚舉例為於直鏈型聚伸苯基硫醚聚合後藉由進行硬化反應而高分子量化之交聯型聚伸苯基硫醚、聚伸苯基硫醚碸、聚伸苯基硫醚醚、聚伸苯基硫醚酮等。
作為改質聚苯醚舉例為聚(2,6-二甲基-1,4-伸苯基)醚與聚苯乙烯之聚合物合金、聚(2,6-二甲基-1,4-伸苯基)醚與苯乙烯/丁二烯共聚物之聚合物合金、聚(2,6-二甲基-1,4-伸苯基)醚與苯乙烯/馬來酸酐共聚物之聚合物合金、聚(2,6-二甲基-1,4-伸苯基)醚與聚醯胺之聚合物合金、聚(2,6-二甲基-1,4-伸苯基)醚與苯乙烯/丁二烯/丙烯腈共聚物之聚合物合金等。
作為聚芳基酮舉例為聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚醚酮酮(PEEKK)等。
作為液晶聚合物(LCP)舉例為由選自趨熱性液晶聚酯的芳香族羥基羰基單位、芳香族二羥基單位、芳香族二羰基單位、脂肪族二羥基單位、脂肪族二羰基單位等之1種以上構造單位所成之(共)聚合物等。
作為氟樹脂舉例為聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基樹脂(PFA)、氟化乙烯丙烯樹脂(FEP)、氟化乙烯四氟乙烯樹脂(ETFE)、聚氟化乙烯(PVF)、聚偏氟化乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、乙烯/氯三氟乙烯樹脂(ECTFE)等。
作為離子聚合物(IO)樹脂舉例為烯烴或苯乙烯與不飽和羧酸之共聚物且於羧基之一部分以金屬離子中和之聚合物等。
作為烯烴/乙烯醇樹脂舉例為乙烯/乙烯醇共聚物、丙烯/乙烯醇共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物皂化物、丙烯/乙酸乙烯酯共聚物皂化物等。
作為環狀烯烴樹脂舉例為環己烯等之單環體、四環戊二烯等之多環體、環狀烯烴單體之聚合物等。
作為聚乳酸舉例為L體之均聚物的聚L-乳酸、D體之均聚物的聚D-乳酸、或其混合物的立體錯合物型聚乳酸等。
作為纖維素樹脂舉例為甲基纖維素、乙基纖維素、羥基纖維素、羥甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、纖維素乙酸酯、纖維素丙酸酯、纖維素丁酸酯等。
又,作為前述熱硬化性樹脂舉例為不飽和聚酯樹脂、乙烯酯樹脂、環氧(EP)樹脂、三聚氰胺(MF)樹脂、酚樹脂(PF)、胺基甲酸酯樹脂(PU)、聚異氰酸酯、聚異氰脲酸酯、聚醯亞胺(PI)、脲(UF)樹脂、矽(SI)樹脂、呋喃(FR)樹脂、苯胍胺(BR)樹脂、醇酸樹脂、二甲苯樹脂、雙馬來醯亞胺三嗪(BT)樹脂、鄰苯二甲酸二烯丙酯樹脂(PDAP)等。
具體而言,作為不飽和聚酯舉例為脂肪族不飽和二羧酸與脂肪族二醇經酯化反應而得之樹脂。
作為乙烯酯樹脂舉例為雙系乙烯酯樹脂、酚醛清漆系乙烯酯樹脂。
作為環氧樹脂舉例為雙酚A型環氧樹脂、雙酚F型環氧樹脂、雙酚E型環氧樹脂、雙酚S型環氧樹脂、雙酚M型環氧樹脂(4,4’-(1,3-苯二亞丙基)雙酚型環氧樹脂)、雙酚P型環氧樹脂(4,4’-(1,4-苯二亞丙基)雙酚型環氧樹脂)、雙酚Z型環氧樹脂(4,4’-環亞己基雙酚型環氧樹脂)、酚酚醛清漆型環氧樹脂、甲酚酚醛清漆型環氧樹脂、四酚基乙烷酚醛清漆型環氧樹脂、具有縮合環芳香族烴構造之酚醛清漆型環氧樹脂、聯苯型環氧樹脂、二甲苯型環氧樹脂或苯基芳烷基型環氧樹脂等之芳烷基型環氧樹脂、萘醚型環氧樹脂、萘酚型環氧樹脂、萘二酚型環氧樹脂、2官能至4官能環氧型萘樹脂、聯萘基型環氧樹脂、萘芳烷基型環氧樹脂、蒽型環氧樹脂、苯氧基型環氧樹脂、二環戊二烯型環氧樹脂、降冰片烯型環氧樹脂、金剛烷型環氧樹脂、茀型環氧樹脂等。
作為三聚氰胺樹脂舉例為由三聚氰胺(2,4,6-三胺基-1,3,5-三嗪)與甲醛之聚縮合所成之聚合物。
作為酚樹脂舉例為酚酚醛清漆樹脂、甲酚酚醛清漆樹脂、雙酚A型酚醛清漆樹脂等之酚醛清漆型酚樹脂、羥甲基型甲階酚醛樹脂、二亞甲醚型甲階酚醛樹脂等之甲階酚醛型酚樹脂,或芳基伸烷基型酚樹脂等,舉例為該等中之一種或組合兩種以上者。
作為脲樹脂舉例為藉由尿素與甲醛之縮合而得之樹脂。
前述熱塑性樹脂或前述熱硬化性樹脂可單獨使用,亦可組合2種以上使用。
基於可有效率地進行大型玻璃纖維強化樹脂成形品之製造,本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品所用之樹脂較佳為熱塑性樹脂,更佳為射出成形用熱塑性樹脂,又更佳為選自包含聚醯胺樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚伸芳基硫醚樹脂、聚芳基酮樹脂及液晶聚合物(LCP)所成之群中之樹脂,特佳為聚醯胺樹脂。
作為前述玻璃纖維以外之添加劑舉例為玻璃纖維以外之強化纖維(例如碳纖維、金屬纖維等)、玻璃纖維以外之填充劑(例如玻璃粉、滑石、雲母等)、難燃劑、紫外線吸收劑、熱安定劑、抗氧化劑、抗靜電劑、流動性改良劑、抗黏連劑、潤滑劑、核劑、抗菌劑、顏料等。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品可藉由將由前述玻璃纖維、前述熱塑性樹脂或熱硬化性樹脂及前述玻璃纖維以外之添加劑所成之混合物,配合樹脂及添加劑之特性或玻璃纖維強化樹脂成形品之用途,自下述方法中適當選擇之成形法成形而獲得:射出成形法、射出壓縮成形法、雙色成形法、中空成形法、發泡成形法(包含超臨界流體發泡成形法)、嵌入成形法、模內塗佈成形法、擠出成形法、片材成形法、熱成形法、旋轉成形法、積層成形法、加壓成形法、吹塑成形法、模壓成形法、吹脹法、手作積層(hand layup)法、噴塗法、樹脂轉注模造法、片材模造混合法、塊體模造混合法、拉擠成形法、纖絲纏繞法等之習知成形法。
本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品較佳為藉由射出成形法獲得之玻璃纖維強化樹脂射出成形品。射出成形法與其他成形法相比,由於成形週期優異,故適於有效率地製造大型玻璃纖維強化樹脂成形品。
該等中,較佳採用使用含有玻璃纖維之熱塑性樹脂顆粒之射出成形法。該情況下,作為熱塑性樹脂顆粒中含有之玻璃纖維,較佳採用將構成玻璃纖維之玻璃纖絲之根數(集束根數)較佳為1~20000根,更佳為50~10000根,又更佳為1000~8000根玻璃纖維(亦稱為玻璃纖維束或玻璃線股)切斷為長度較佳為1.0~30.0mm,更佳2.0~15.0 mm,又更佳2.3~7.8mm之切粒線股。又,作為玻璃纖維之形態,除切粒線股以外,可舉例為例如將構成玻璃纖維之玻璃纖絲根數以10~30000根,不進行切斷而捲繞,或將構成玻璃纖維之玻璃纖絲根數以1~20000根,藉由球磨或亨歇爾混合機等之習知方法粉碎為長度0.001~0.900mm之短切纖維。
熱塑性樹脂顆粒之製造方法並未特別限定,但例如可藉由將如上述之切粒線股與熱塑性樹脂,以配合所使用之熱塑性樹脂之習知混鏈條件,使用雙軸混練機等,熔融混練並擠出成形而製造。而且,藉由使用該熱塑性樹脂顆粒,以配合所使用之熱塑性樹脂之習知射出成形條件,使用射出成形機射出成形,可獲得玻璃纖維強化樹脂成形品。
玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維之數平均纖維長L(μm)可藉由熱塑性樹脂顆粒中含有之切粒線股長度或自顆粒作成至射出成形為止之混鏈條件或射出成形條件而調整。例如玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維之數平均纖維長L(μm),於熱塑性樹脂顆粒製造步驟中,可於10~1000rpm之範圍,藉由減低雙軸混練時之螺桿旋轉數而拉長,藉由提高雙軸混練時之螺桿旋轉數而縮短。
作為本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品之用途,舉例為汽車之金屬替代材料,但不限定於此。本實施形態之玻璃纖維強化樹脂成形品可使用於例如車輛外裝構件(保險桿、擋泥板、機罩、風擋、輪蓋等)、車輛內裝零件(門邊、車頂材、組合開關等)、車輛引擎周邊構件(汽缸頭罩、油盤、引擎蓋、進氣歧管、空氣進氣導管、風管、冷卻風扇、導鏈器、張緊器、引擎架用孔口、葉輪、空氣流量計、點火線圈蓋、致動器外殼、快速連接器、排氣歧管等)、車輛電裝零件、車輛機構零件(踏板模組、變速器基體、滑輪、密封材、齒輪、軸承)、車輛消音器零件(消音零件等)、電子機器框體、其他電子零件(連接器、插座、LED、密封成形品)及高壓槽等。
接著顯示本發明之實施例及比較例。
[實施例]
[實施例1~3、比較例1~3]
首先,將玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維的玻璃纖維之剖面形狀、玻璃纖維之數平均纖維長及玻璃纖維含有率,以如表1所示之實施例1~2及比較例1~3般,將玻璃纖維短徑・長徑、玻璃纖維之剖面形狀、切斷長(通常1~5mm左右)及調配量(根據玻璃纖維之組成・短徑・長徑・剖面形狀・集束根數及玻璃纖維之切斷長度・根數而決定玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維重量)經調整之E玻璃組成的玻璃切粒線股與聚醯胺樹脂PA6(宇部興產(股)製,商品名:UBE尼龍1015B),以調整螺桿旋轉數之雙軸混練機(東芝機械(股)製,商品名:TEM-26SS)混練,製作樹脂顆粒。其次,使用所得樹脂顆粒,藉由射出成形機(日清樹脂工業(股)製,商品名:NEX80)進行射出成形,作成依據JIS K 7165:2008之A型啞鈴試驗片(厚度4mm),作為拉伸強度及彎曲強度測定用試驗片。
[比較例4~6]
將玻璃纖維強化樹脂成形品中之玻璃纖維的玻璃纖維之剖面形狀、玻璃纖維之數平均纖維長及玻璃纖維含有率,以如表1所示之比較例4~6般,將玻璃纖維短徑・長徑、玻璃纖維之剖面形狀及調配量經調整之E玻璃組成的玻璃捲繞體與聚醯胺樹脂PA6(宇部興產(股)製,商品名:UBE尼龍1010X),以LFT製造裝置(神戶製鋼(股)製)顆粒化,製作樹脂顆粒。其次,使用所得樹脂顆粒,藉由射出成形機(日清樹脂工業(股)製,商品名:NEX80)進行射出成形,作成依據JIS K 7165:2008之A型啞鈴試驗片(厚度4mm),作為拉伸強度及彎曲強度測定用試驗片。
針對所得試驗片,以前述方法,分別測定成形品中所含之玻璃纖維的數平均纖維長、成形品之拉伸強度及彎曲強度。且,藉下述方法評價未分散之有無。再者,針對實施例1~3,以下述方法進行流動性評價。
又,表1中,比較例2~4中,玻璃纖維之剖面形狀為圓形,無法區別短徑與長徑,但就方便起見,將纖維徑以短徑D1及長徑D2記入,計算C×L2
/(D1×D22
)。
[未分散之有無]
以軟X射線攝影裝置(SOFTEX(股)製,TYPE M-60),拍攝前述A型啞鈴試驗片之軟X射線照片。未分散至玻璃纖絲之狀態,以玻璃纖絲狀態殘存之塊狀玻璃纖維於照片上可觀察到之情況評價為「有」,無此情況時評價為「無」。
[流動性]
將用以獲得玻璃纖維強化樹脂成形品所調製之含玻璃纖維樹脂顆粒以小型電動射出成型機(住友重機械工業(股)製SE18-DUZ),以螺旋間距5mm、螺旋厚度3mm之尺寸的模具以速度50mm/s之條件射出,測定壓力成為150MPa之際的螺旋長。螺旋長為30mm以上時評價為「A」,未達30 mm時評價為「B」。
如表1所示,實施例1~3中表示之玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維係具備短徑D1落於3.0 μm以上10.5μm以下之範圍內,長徑D2落於11.0μm以上29.0μm以下之範圍內的扁平剖面形狀,前述玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維的數平均纖維長L(μm)落於195μm以上且未達400μm之範圍內,前述玻璃纖維強化樹脂成形品中玻璃纖維含有率C(wt%)落於超過50.0wt%且80.0wt%以下之範圍內,前述D1、D2、L及C滿足下述式(1)。而且,上述實施例1~3中表示之玻璃纖維強化樹脂成形品可謂具備拉伸強度超過250MPa,且彎曲強度超過400 MPa之高機械強度,玻璃纖維之未分散發生受到抑制。。
另一方面,比較例1~6之玻璃纖維強化樹脂成形品,由於玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之玻璃纖維未滿足上述要件,可說是未能實現高機械強度,或發生玻璃纖維之未分散。
Claims (11)
- 如請求項1之玻璃纖維強化樹脂成形品,其中前述玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之樹脂係選自包含聚醯胺樹脂、聚對苯二甲酸丁二酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚伸芳基硫醚樹脂、聚芳基酮樹脂及液晶聚合物(LCP)所成之群中之射出成形用熱塑性樹脂。
- 如請求項4之玻璃纖維強化樹脂成形品,其中前述玻璃纖維強化樹脂成形品中所含之樹脂係聚醯胺樹脂。
- 一種車輛外裝構件,其包含如請求項1至5中任一項之玻璃纖維強化樹脂成形品。
- 一種車輛內裝構件,其包含如請求項1至5中任一項之玻璃纖維強化樹脂成形品。
- 一種車輛引擎周邊構件,其包含如請求項1至5中任一項之玻璃纖維強化樹脂成形品。
- 一種車輛機構零件,其包含如請求項1至5中任一項之玻璃纖維強化樹脂成形品。
- 一種車輛消音器零件,其包含如請求項1至5中任一項之玻璃纖維強化樹脂成形品。
- 一種電子機器框體,其包含如請求項1至5中任一項之玻璃纖維強化樹脂成形品。
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