TWI810816B - 具等向低收縮率尼龍複合材料及其加工製品 - Google Patents
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Abstract
一種具等向低收縮率尼龍複合材料，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維，該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測有一長度尺寸及一厚度尺寸，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值至少50以上；且本發明提供一種具等向低收縮率加工製品，係由前述尼龍複合材料所製成，其中該具等向低收縮率加工製品的水平方向具有一第一收縮率，該具等向低收縮率加工製品的垂直方向具有一第二收縮率，該第一收縮率與該第二收縮率的比例介於1：1.15~1：1.3；藉此，本發明該加工製品具有等向低收縮率的特性，提供高精度尺寸的效果。
Description
本發明係與工程塑料有關；特別是指一種具等向低收縮率尼龍複合材料及其加工製品。
現有的尼龍工程材料具有高強度、耐磨潤滑及耐候性，廣泛應用在多種產業的輕量化部件，但尼龍工程材料存在著強度不足的缺點，因而在加工製程上通常會將尼龍工程材料與玻璃纖維混煉成尼龍複合材料，藉以增強尼龍工程材料的剛性及強度。
然而，傳統玻璃纖維在射出或押出加工過程中易受加工剪切力的影響，使得該玻璃纖維會沿著射出或押出成型加工的流動方向而配向排列，造成傳統玻璃纖維補強尼龍複合材料在射出與押出成型加工時，該玻璃纖維在射出或押出成型的垂直流動方向產生界面結晶(trans-crystallization)，反而大幅提升射出或押出成型的垂直流動方向之收縮率，使得成型的水平方向之收縮率與垂直方向之收縮率的比例相差太大，因而降低加工製品的尺寸精度，影響加工製品的品質。
因此，如何降低傳統尼龍複合材料在射出或押出加工產生水平方向收縮率與垂直方向收縮率的比例，以提高加工製品的尺寸精度，實為許多相關產業目前專注之技術課題。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種具等向低收縮率尼龍複合材料，將玻璃纖維替換成雲母礦石纖維，該雲母礦石纖維具有特定長度尺寸與厚度尺寸的比值條件，使其加工製品在成型具有等向低收縮率的效果，進而提高該加工製品的尺寸精度。
緣以達成上述目的，本發明提供的具等向低收縮率尼龍複合材料，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維，其中該具等向低收縮率尼龍複合材料並不包含有玻璃纖維，該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測有一長度尺寸及一厚度尺寸，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值至少50以上。
本發明另一實施例提供的具等向低收縮率加工製品，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維，其中該具等向低收縮率加工製品並不包含有玻璃纖維，該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡有一長度尺寸及一厚度尺寸，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值至少50以上，其中該具等向低收縮率加工製品的水平方向具有一第一收縮率，該具等向低收縮率加工製品的垂直方向具有一第二收縮率，該第一收縮率與該第二收縮率的比例介於1：1.15~1：1.3。
本發明之效果在於，該具等向低收縮率尼龍複合材料將玻璃纖維替換成雲母礦石纖維，該雲母礦石纖維具有特定長度尺寸與厚度尺寸的比值條件，其中具等向低收縮率加工製品係由前述尼龍複合材料所製成，明顯改善該具等向低收縮率加工製品之水平方向的第一收縮率與垂直方向的第二收縮率之比例，使得該加工製品在成型具有等向低收縮率的效果，進而提高該加工製品的尺寸精度，相應達到提升該加工製品之品質效果的目的。
〔本發明〕
無
圖1係為本發明一較佳實施例之具等向低收縮率加工製品的掃描電子影像圖。
本發明一較佳實施例提供一種具等向低收縮率尼龍複合材料，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維。
該尼龍基料具有熱塑特性，可作為射出或押出加工製程的原料，在本實施例中，該尼龍基料包含尼龍6、尼龍66、尼龍MXD、尼龍4T、尼龍6T、尼龍8T、尼龍11T、尼龍12T、尼龍610、尼龍612、尼龍11、尼龍12之一種或是一種以上的組合，其中該尼龍基料所選用的尼龍種類均具有優良機械性能，又以尼龍6、尼龍66及尼龍6T更有高密度的特性；另外，該尼龍基料的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的50wt%~70wt%。
該雲母礦石纖維與該尼龍基料混煉能強化該尼龍基料的機械性能，其中該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測有一長度尺寸及一厚度尺寸，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值至少50以上，在本實施例中，該雲母礦石纖維的長度尺寸藉由掃描電子顯微鏡量測至少5微米以上，該厚度尺寸藉由掃描電子顯微鏡量測介於0.1~1微米，在一較佳實施例中，該長度尺寸介於5~50微米，在另一較佳實施例中，該長度尺寸介於20~30微米，其中該雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%~50wt%；特別說明地，習知針狀的補強材料如玻璃纖維在射出過程容易配向，造成垂直射出流動方向的高度收縮，
導致水平方向與垂直方向的收縮率差異較大，相較於該雲母礦石纖維係為片狀，在射出加工過程不會發生如玻璃纖維的配向，可維持等向性的低收縮率，但若該雲母礦石纖維的長度尺寸小於5微米時，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值太低，使得該雲母礦石纖維的尺寸安定性效果差，相對該雲母礦石纖維與該尼龍基料混煉射出的過程容易產生收縮而變形。
本發明另一實施例提供的具等向低收縮率加工製品，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維，本實施例中該尼龍基料與該雲母礦石纖維的特性及選用種類與上述具等向低收縮率尼龍複合材料實施例所描述者相同。
該尼龍基料的含量佔該具等向低收縮率加工製品總含量的50wt%~70wt%，該雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率加工製品總含量的30wt%~50wt%。
在本實施例中，該具等向低收縮率加工製品的製程係將該雲母礦石纖維與該尼龍基料均勻混合後投入雙螺桿押出機熔融在一起，接著再將混煉後的產物進行射出或押出成型，其中加工過程剪切力會破壞該雲母礦石纖維的結構，進而縮減該雲母礦石纖維的尺寸，如圖1所示，該加工製品藉由掃描電子顯微鏡中顯示電子影像獲得該雲母礦石纖維的長度尺寸介於6~20微米。
此外，該具等向低收縮率加工製品的水平方向具有一第一收縮率，該具等向低收縮率加工製品的垂直方向具有一第二收縮率，該第一收縮率與該第二收縮率的比例介於1：1.15~1：1.3，在本實施例中，該第一收縮率不大於0.6%，該第二收縮率不大於0.6%，在一較佳實施例中，該第一收縮率介於0.2%~0.35%，該第二熱收縮率介於0.25%~0.4%。
藉此，該具等向低收縮率尼龍複合材料將傳統玻璃纖維替換成雲母礦石纖維，該雲母礦石纖維具有特定長度尺寸與厚度尺寸的比值條件，其中具等向低收縮率加工製品係由前述尼龍複合材料所製成，明顯改善該具等向低收縮率加工製品之水平方向的第一收縮率與垂直方向的第二收縮率之比例，且該第一收縮率與該第二收縮率均不大於0.6%，使得該加工製品在成型具有等向低收縮率的效果，進而提高該加工製品的尺寸精度，相應達到提升該加工製品之品質效果的目的。
另外，該具等向低收縮率加工製品進一步檢測機械性能包含拉力強度、抗折強度及凹口衝擊強度等項目，其中該拉力強度至少900kgf/cm2，該抗折強度至少為1500kgf/cm2以上，該凹口衝擊強度至少為8kgf-cm/cm以上，在本實施例中，該拉力強度介於950~1500kgf/cm2，該抗折強度介於1600~2000kgf/cm2，該凹口衝擊強度介於8.5~9kgf-cm/cm，藉以該具等向低收縮率加工製品具有高剛性及高機械強度的特性。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，本實施例提供對照組1~3及實驗組1~4說明尼龍複合材料的組成及含量配比，且將該對照組1~3與該實驗組1~4分別射出加工獲得該加工製品，接著再對該對照組1~3與該實驗組1~4的加工製品分別進行機械性能的測試。
一、實驗材料：
本實驗材料主要包含該尼龍基料與該雲母礦石纖維，其中該尼龍基料係選用尼龍6、尼龍66及尼龍6T，該雲母礦石纖維係選用玻璃纖維、雲母礦石纖維及黏土。
二、組成及含量配方：
實驗組1：尼龍6的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料
總含量的70wt%，雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%，其中該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測長度尺寸為27微米，厚度尺寸為0.3微米，且該長度尺寸與該厚度尺寸的比值為90。
實驗組2：尼龍6的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的50wt%，雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的50wt%，其中該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測長度尺寸為27微米，厚度尺寸為0.3微米，且該長度尺寸與該厚度尺寸的比值為90。
實驗組3：尼龍66的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的70wt%，雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%，其中該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測長度尺寸為27微米，厚度尺寸為0.3微米，且該長度尺寸與該厚度尺寸的比值為90。
實驗組4：尼龍6T的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的70wt%，雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%，其中該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測長度尺寸為27微米，厚度尺寸為0.3微米，且該長度尺寸與該厚度尺寸的比值為90。
對照組1：尼龍6的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的70wt%，玻璃纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%，其中該玻璃纖維量測長度尺寸為8毫米，直徑尺寸為9微米。
對照組2：尼龍6的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料
總含量的70wt%，雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%，其中該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測長度尺寸為3微米，厚度尺寸為0.3微米，且該長度尺寸與該厚度尺寸的比值為10。
對照組3：尼龍6的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的70wt%，黏土的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%。
實驗組1~4及對照組1~3的組成及含量配比如下表一、二所示。
機械性能測試及結果：
將該對照組1~3與該實驗組1~4的加工製品分別進行拉力強度、抗折強度、凹口衝擊強度，以及垂直方向與水平方向的收縮率等各項的機械性能測試，其中拉力強度係依ASTM D638規範測試；抗折強度與抗折模數係依ASTM D790規範測試；凹口衝擊強度係依ASTM
D256規範測試，各項機械性能測試結果如下述表三、四所示。
由上述表三、四的結果可知，該實驗組1~4的平行方向之第一收縮率及垂直方向之第二收縮率均介於0.2~0.4%，其中該實驗組1的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：1.23；該實驗組2的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：1.19；該實驗組3的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：1.17；該實驗組4的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：1.16，藉以該實驗組1~4所測得第一收縮率與第二收縮率的比例均滿足1：1.15~1：1.3的範圍，達到等向低收縮率的效果，進而提供高尺寸精度之目的。
反觀對照組1~3的平行方向之第一收縮率介於0.7%~0.8%，垂直方向之第二收縮率介於0.8%~2.5%，其中對照組1的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：2.49，對照組2的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：1.18，對照組3的第一收縮率與第二收縮率的比例為1：2.41，由上述內容可見，對照組1、3的第一收縮率與第二收縮率有明顯差異，相應成型加工製品的垂直尺寸相較於水平尺寸產生落差，而對照組2的第一收縮率與第二收縮率的比例相較於實驗組1~4沒有明顯差異，但對照組2的第一收縮率與第二收縮率均大於0.7%以上，相對實驗組1~4的第一收縮率及第二收縮率均介於0.2~0.4%，使得該實驗組1~4相較於對照組2更具有低收縮的效果。
另外，該實驗組1~4的拉力強度均至少為900kgf/cm2以上，且抗折強度至少為1500kgf/cm2以上，其中以該實驗組4當中1520kgf/cm2的拉力強度及2050kgf/cm2的抗折強度為最佳，其次該實驗組3的拉力強度為1370kgf/cm2，該抗折強度為1920kgf/cm2；然而，對照組2的拉力強度為865kgf/cm2，該抗折強度為1270kgf/cm2，可見該對照組2的拉力強度及抗折強度明顯低於該實驗組1~4，且該實驗組1~4的機械性能相當於對照組1使用玻璃纖維與尼龍6之組合，甚至實驗組3、4的拉力強度及抗折強度均優於對照組1；因此，實驗組1~4均能滿足高剛性及高強度的性能。
藉由本發明之設計，該具等向低收縮率尼龍複合材料將玻璃纖維替換成雲母礦石纖維，該雲母礦石纖維具有特定長度尺寸與厚度尺寸的比值條件，其中具等向低收縮率加工製品係由前述尼龍複合材料所製成，明顯改善該具等向低收縮率加工製品之水平方向的第一收縮率與垂直方向的第二收縮率之比例，且該第一收縮率與該第二收縮率均不大於0.6%，使得該加工製品在成型具有等向低收縮率的效果，進而提高該加工製品的尺寸精度，相應達到提升該加工製品之品質效果的目的。
此外，該具等向低收縮率加工製品的拉力強度至少為900kgf/cm2以上，且抗折強度至少為1500kgf/cm2以上，藉以該具等向低收縮率加工製品相較於傳統尼龍製品具備優良剛性及強度的性能。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
Claims (20)
- 一種具等向低收縮率尼龍複合材料，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維，其中該具等向低收縮率尼龍複合材料並不包含有玻璃纖維，該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡量測有一長度尺寸及一厚度尺寸，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值至少50以上。
- 如請求項1所述之具等向低收縮率尼龍複合材料，其中該長度尺寸至少為5微米以上，該厚度尺寸介於0.1~1微米。
- 如請求項2所述之具等向低收縮率尼龍複合材料，其中該長度尺寸介於5~50微米。
- 如請求項3所述之具等向低收縮率尼龍複合材料，其中該長度尺寸介於20~30微米。
- 如請求項1所述之具等向低收縮率尼龍複合材料，其中該尼龍基料的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的50wt%~70wt%，該雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率尼龍複合材料總含量的30wt%~50wt%。
- 如請求項1所述之具等向低收縮率尼龍複合材料，其中該尼龍基料包含尼龍6、尼龍66、尼龍MXD、尼龍4T、尼龍6T、尼龍8T、尼龍11T、尼龍12T、尼龍610、尼龍612、尼龍11、尼龍12之一種或是一種以上的組合。
- 一種具等向低收縮率加工製品，包含熔融在一起的一尼龍基料及一雲母礦石纖維，其中該具等向低收縮率加工製品並不包含有玻璃纖維，該雲母礦石纖維藉由掃描電子顯微鏡有一長度尺寸及一厚度尺寸，該長度尺寸與該厚度尺寸的比值至少50以上，其中該具等向低收縮率加工製品的水平方向具有一第一收縮率，該具等向低收縮率加工製 品的垂直方向具有一第二收縮率，該第一收縮率與該第二收縮率的比例介於1：1.15~1：1.3。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該第一收縮率不大於0.6%，該第二收縮率不大於0.6%。
- 如請求項8所述之具等向低收縮率加工製品，其中該第一收縮率介於0.2%~0.35%，該第二收縮率介於0.25%~0.4%。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該長度尺寸至少為5微米以上，該厚度尺寸介於0.1~1微米。
- 如請求項10所述之具等向低收縮率加工製品，其中該長度尺寸介於5~50微米。
- 如請求項11所述之具等向低收縮率加工製品，其中該長度尺寸介於6~20微米。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該尼龍基料的含量佔該具等向低收縮率加工製品總含量的50wt%~70wt%，該雲母礦石纖維的含量佔該具等向低收縮率加工製品總含量的30wt%~50wt%。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該尼龍基料包含尼龍6、尼龍66、尼龍MXD、尼龍4T、尼龍6T、尼龍8T、尼龍11T、尼龍12T、尼龍610、尼龍612、尼龍11、尼龍12之一種或是一種以上的組合。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該具等向低收縮率加工製品的拉力強度至少為900kgf/cm2以上。
- 如請求項15所述之具等向低收縮率加工製品，其中該具等向低收縮率加工製品的拉力強度介於950~1500kgf/cm2。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該具等向低收縮率加工製品的凹口衝擊強度至少為8kgf-cm/cm以上。
- 如請求項17所述之具等向低收縮率加工製品，其中該具等向低收縮率加工製品的凹口衝擊強度介於8.5~9kgf-cm/cm。
- 如請求項7所述之具等向低收縮率加工製品，其中該具等向低收縮率加工製品的抗折強度至少為1500kgf/cm2以上。
- 如請求項19所述之具等向低收縮率加工製品，其中該具等向低收縮率加工製品的抗折強度介於1600~2000kgf/cm2。
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