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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von Granulatteilchen eines mit synthetischer organischer Faser verstärkten Polyolefins,
insbesondere auf ein Verfahren desselben, das einen Formgegenstand
mit überlegener
Schlagzähigkeit
und Wiederverwertbarkeit zur Verfügung stellt, wenn es als Rohmaterial
für Spritzguß, Spritzdruckguß, Extrusion,
Blasformung und ein ähnliches
Formungsverfahren verwendet wird. Die durch das Verfahren der Erfindung
erhaltenen Granulatteilchen können
wirkungsvoll als Formmaterialien für Innen- und Außenfahrzeugteile
wie Stoßfänger, Seitenstoßleiste,
Batteriehalterung, Kühlerhaube,
Motorabdeckung, Armaturenbrett, Konsolengehäuse, Gangschaltungsbasis, Radabdeckung und
eine Luftfrontschürze;
Materialien für
Bauwesen und Konstruktion wie eine Betontafel und eine Schallschutzmauer;
Beförderungsmittel
wie eine Palette und ein Behälter;
und Möbelgegenstände wie
ein Stuhl oder ein Tisch verwendet werden.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Polyolefine,
die mit einem anorganischen Füller
wie Glasfaser oder Talk zur Verbesserung der Wärmebeständigkeit und Steifigkeit verstärkt werden,
besitzen eine schlechte Schlagzähigkeit,
speziell bei niedrigen Temperaturen. Um diese Nachteile zu überwinden
wurden eine Anzahl von Formmaterialien vorgeschlagen, in die eine
synthetische organische Faser eingebettet wurde, wie in der geprüften Japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 6-25288 und den ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichungen
Nr. 62-146945, 3-290453, 4-202545
und 6-306216 offenbart.
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In
dem Verfahren zur Herstellung solcher Formmaterialien, wurde die
Granulatteilchenbildung ausgeführt
durch Mischen der Rohmaterialien eines Matrixharzes und einer Verstärkungsfaser
während
des Erhitzens und maschinellen Rührens
unter Verwendung eines Mischers, oder Schmelzmischens, Vermischens oder
Knetens der Rohmaterialien unter Verwendung von Walzen, Extrudern
oder eines Kokneters. Der Nachteil dieses Verfahren ist, daß die Verstärkungsfasern
aufgrund des mechanischen Mischens zum Brechen neigen, was zu einer
schlechten Verstärkungswirkung
führt.
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Ein
anderer Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die als Verstärkungsfaser
verwendete synthetische organische Faser durch Wärme beeinträchtigt wird, wenn das mechanische
Schmelzmischen bei 200 °C
oder höher
durchgeführt
wird. Folglich zeigen die sich ergebenden geformten Produkte schlechte
Schlagzähigkeit, speziell
bei niedrigen Temperaturen.
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Es
ist erwünscht,
das Schmelzmischen bei relativ niedrigen Temperaturen durchzuführen, um
die Wärmebeeinträchtigung
zu vermeiden. Gemäß einem
Beispiel der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 3-290453 wurde
Schmelzmischen bei 190 °C
durchgeführt.
Ebenso beschrieb die ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. 62-146945, daß Schmelzmischen
bevorzugt bei 170 ° – 230 °C durchgeführt wird, insbesondere
bevorzugt bei 180 ° – 230 °C, und in
einem Beispiel hiervon wurde das Schmelzmischen bei 180 °C durchgeführt. Wenn
jedoch das Schmelzmischen bei einer solch niedrigen Temperatur durchgeführt wird,
besitzt das Matrixharz immer noch eine hohe Viskosität. Wegen
der hohen Viskosität
nimmt die Verstärkungsfaser
während
des Schmelzmischverfahrens eine größere Last auf und kann daher
unerwünscht
gedehnt oder in Faserstücke
mit kurzer Länge
gebrochen werden. Als ein Ergebnis kann die ausreichende Verstärkungswirkung
nicht erhalten werden.
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Die
ungeprüfte
Japanische Patentveröffentlichung
Nr. 4-202545 offenbart ein Verfahren, das Granulatteilchen eines
mit synthetischen organischen Fasern formulierten Formmaterials
zur Verfügung
stellt. In diesem Verfahren werden die kontinuierlichen Verstärkungsfasern
mit einem geschmolzenen Matrixharz beschichtet und herausgezogen.
Der sich ergebende Strang hiervon wird in Granulatteilchen geschnitten.
Die Veröffentlichung
beschreibt nicht die Verweilzeit der Beschichtung und beschreibt
nur die Temperatur des geschmolzenen Matrixharzes.
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Allgemein
muß die
Viskosität
eines Matrixharzes für
eine Verstärkungsfaser
niedriger sein, um ausreichend mit dem Matrixharz beschichtet zu
werden, und aus diesem Grund wird ein Verfahren des Aufheizens des
Matrixharzes auf eine beträchtlich
hohe Temperatur typischerweise angewendet, um seine Viskosität zu verringern.
Ein Kompositmaterial jedoch mit einem Masseverhältnis von organischer Faser
zu Glasfaser über 1,9
zeigt eine bemerkenswert schlechte Schlagzähigkeit. Wahrscheinlich ist
dies der Fall, weil die organische Faser einer solch hohen Temperatur
für eine
anhaltende Zeit ausgesetzt (d.h., die Verweilzeit in dem geschmolzenen
Matrixharz ist lang) und daher durch Wärme beeinträchtigt wird. Wenn die Temperatur
des geschmolzenen Matrixharzes erniedrigt wird, um eine solche Wärmebeeinträchtigung
zu vermeiden, steigt die Viskosität des geschmolzenen Harzes,
was zu einer verringerten Leistungsfähigkeit führt und eine ungenügende Beschichtung
der Fasern mit geschmolzenem Harz ergeben kann. Ferner können Fasern
leicht von einem auf diese Weise erhaltenen Granulatteilchen abfallen
und Fussel bilden, welche ein Überbrückungsproblem
an einem Trichter beim Spritzgießen verursachen können.
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Zusätzlich beschreiben
die ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichungen
Nr. 3-7307 und 50-67350 Verfahren, in denen ein Faservlies mit Verstärkungsfaser
mit einem Harz beschichtet wird, um ein Blatt herzustellen, das
zu Granulatteilchen geschnitten wird. Solche Verfahren sind ökonomisch
nachteilig, weil zahlreiche Schritte benötigt werden und auch beträchtlicher
Verlust in dem Schneidvorgang auftritt.
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Ebenso
ist ein Verfahren bekannt, die Schlagzähigkeit durch Verwendung einer
langen Glasfaser als Verstärkungsfaser
zu verbessern. Durch dieses Verfahren wird die Schlagzähigkeit
bei niedrigen Temperaturen etwas verbessert, zufriedenstellende
Verbesserungen können
nicht erhalten werden wie auch eine synthetische organische Faser.
Das ist so, weil eine Glasfaser eher zum Bruch neigt als eine synthetische
organische Faser. In dem Fall des Wiederverwertens des geformten
Produkts ist Brechen der Glasfaser in einem Rückformverfahren unvermeidbar,
da eine für
die ausreichende Verstärkung
genügende
Faserlänge
nicht aufrechterhalten werden kann. Folglich werden die sich ergebenden
wiederverwerteten Produkte eine schlechte Schlagzähigkeit
zeigen.
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Zusätzlich erfordert
das Wiederverwertungsverfahren Schneiden oder Brechen der geformten
Produkte in Granulatteilchen, und ein solches Schneid- oder Brechverfahren
bringt die Glasfaser zum Brechen und zum Verteilen in der Arbeitsatmosphäre, was
das Arbeitsumfeld verschlechtert, zum Beispiel fühlen sich die ausführenden
Arbeiter gestochen.
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Die
Erfindung wurde mit Blick auf die vorangehenden, im Stand der Technik
angesiedelten Probleme ausgeführt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung von
Granulatteilchen aus einem mit synthetischer organischer Faser verstärkten Polyolefin
gerichtet, das umfaßt:
Erhitzen
eines Polyolefins auf die Temperatur, die von 40 °C oder mehr über dessen
Schmelzpunkt bis niedriger als der Schmelzpunkt einer synthetischen
organischen Faser reicht, um ein geschmolzenes Polyolefin zu bilden;
kontinuierliches
Durchziehen einer die synthetische organische Faser umfassenden
Verstärkungsfaser
durch das geschmolzene Polyolefin innerhalb von sechs Sekunden,
um eine Polyolefin beschichtete Faser zu bilden; und
Schneiden
der mit Polyolefin beschichteten Faser zu Granulatteilchen, wobei
die synthetische organische Faser einen Schmelzpunkt in dem Bereich
von über
200 °C bis
265 °C besitzt.
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Die
vorangehenden und andere Ziele, Merkmale und begleitenden Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten
Beschreibung vollständig
gewürdigt
werden.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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In
der vorliegenden Erfindung werden über ein Ziehstrangpreßverfahren
Granulatteilchen aus einem mit synthetischer organischer Faser verstärkten Polyolefin
aus einer Verstärkungsfaser
hergestellt, die eine synthetische organische Faser und ein Polyolefin
als Matrixharz umfaßt.
In diesem Verfahren wird die Verstärkungsfaser mit dem geschmolzenen
Polyolefin beschichtet, während
die Verstärkungsfaser
kontinuierlich durch das geschmolzene Polyolefin gezogen wird und
dann die sich ergebende mit Polyolefin beschichtete Faser in Granulatteilchen
geschnitten wird.
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Zuerst
werden die in der Erfindung beschriebenen Rohmaterialien beschrieben.
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I. Verstärkungsfaser
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Die
Verstärkungsfaser
besitzt bevorzugt die Gestalt eines Faserstrangs (ein Bündel von
langen Fäden, bzw.
Filamenten). Es wird empfohlen, daß jeder Faden einen Durchmesser
im Bereich zwischen 0,5 μm
und 100 μm
haben sollte, bevorzugter zwischen 1,0 μm und 50 μm. Für Verbesserungen der Schlagzähigkeit
ist es wirkungsvoll, eine Faser mit einer Festigkeit von nicht weniger
als 3,55 cN/dtex (4 g/denier), bevorzugt nicht weniger als 5,33
cN/dtex (6 g/denier) zu verwenden.
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Die
Verstärkungsfaser
wird bevorzugt in einem Granulatteilchen in einer Menge von 10 Masse-%
bis 50 Masse-%, bevorzugt 15 Masse-% bis 40 Masse-% verwendet. Wenn
die Menge kleiner als 10 Masse-% ist, ist die sich ergebende Schlagzähigkeit
nicht ausreichend. Wenn die Menge größer als 50 Masse-% ist, wird die
Verstärkungsfaser
schlecht mit dem Polyolefin beschichtet, die Formbarkeit wird schlecht
und das sich ergebende geformte Produkt besitzt ein degradiertes
Oberflächenaussehen.
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Die
Verstärkungsfaser
umfaßt
eine synthetische organische Faser, deren Schmelzpunkt über 200 °C bis 265 °C liegt.
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Typischerweise
werden feste synthetische organische Fasern erfindungsgemäß verwendet.
Hohlfasern mit kreisförmigen
oder rechteckigen hohlen Bereichen darin können zur Verringerung eines
Gewichts der Faser wie benötigt
verwendet werden.
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Abhängig von
der erforderlichen Leistungsfähigkeit
ist es möglich,
eine wiederverwertete synthetische organische Faser zu verwenden,
die aus wiederverwerteten PET-Flaschen oder ähnlichem hergestellt wurde, oder
eine synthetische organische Faser des Kern-Schale-Typs oder Bikomponenten-Typs,
die viele Sorten von Polymeren umfassen. Ebenso kann die synthetische
organische Faser angemessene Mengen eines anorganischen Füllers wie
Talk oder Calciumcarbonat, ein Farbmittel wie ein Pigment, ein flammhemmendes
Mittel, einen Lichtstabilisator und dergleichen enthalten.
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Beispiele
von bevorzugten synthetischen organischen Fasern hinsichtlich Preis
und Ausgewogenheit von mechanischen Eigenschaften schließen Polyethylenterephthalatfasern
(Schmelzpunkt: etwa 255 °C),
Polybutylenterephthalatfaser (Schmelzpunkt: etwa 230 °C), Polyamid-6-Fasern
(Schmelzpunkt: etwa 215 °C)
und Polyamid-66-Fasern (Schmelzpunkt: etwa 260 °C) ein. Polyethylenterephthalatfasern,
Polyamid-6-Fasern und Polyamid-66-Fasern sind unter diesen insbesondere
bevorzugt, weil sie eine gute Wärmealterungsbeständigkeit
besitzen und dem sich daraus ergebenden geformten Produkt die Wärmebeständigkeit
hinsichtlich Wiederverwertung verleihen. Die synthetische organische
Faser kann allein oder in Kombination mit einer anderen Sorte der
Faser verwendet werden.
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Die
Verstärkungsfaser
kann ferner eine synthetische organische Faser enthalten, welche
mit einem Metall plattiert oder beschichtet ist, oder eine Metallfaser
wie auch die synthetische organische Faser für allgemeine Zwecke ohne jegliche
Oberflächenbehandlung,
wodurch das sich ergebenden Granulatteilchen bereitgestellt wird,
das die erweiterten mechanischen Eigenschaften durch die Metallbeschichtungsschicht
und überlegene
elektromagnetische, wellenabschirmende Eigenschaften zeigt. Beispiel
einer Metallfaser schließt eine
aus SUS, Nickel-Titan-Legierung oder Kupfer hergestellte Metallfaser
ein.
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II. Polyolefin
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Das
Polyolefin, das als Matrixkomponente verwendet wird, ist nicht in
seiner Art eingeschränkt.
Bevorzugte Beispiele des Polyolefins sind hinsichtlich seiner physikalischen
Eigenschaften und Preis ein Polypropylen (PP), ein hochdichtes Polyethylen
(HDPE), ein lineares geringdichtes Polyethylen (LLDPE), ein geringdichtes
Polyethylen (LDPE), ein Polymer oder Copolymer eines α-Olefins
wie Buten-1, Hexen-1 und Octen-1, ein modifiziertes Polyolefin,
das mit ungesättigten
Carbonsäuren
oder deren Derivaten modifiziert wurde, und Gemische von zwei oder
mehr von diesen. Beispiele der ungesättigten Carbonsäuren oder
deren Derivate zur Verwendung in der Modifizierung sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Maleinsäure, Itaconsäure, Fumarsäure oder
Ester dieser Säuren,
Maleinsäureanhydrid
und Itaconsäureanhydrid.
Maleinsäureanhydrid
und Glycidylmethacrylat sind besonders bevorzugt.
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Das
modifizierte Polyolefin besitzt Reaktivität gegenüber der synthetischen organischen
Faser und ebenso gute Haftung zu dem Polyolefin. Folglich wird das
modifizierte Polyolefin bevorzugt verwendet, um die Grenzflächenfestigkeit
zwischen der synthetischen organischen Faser und dem Polyolefin
zu verbessern, wobei folglich die sich ergebenden Granulatteilchen
die mechanischen Eigenschaften seines geformten Produkts erweitern.
Das abgewandelte Polyolefin wird bevorzugt in einer Menge von 0,1
Masse-% bis 15,0 Masse-%, beruhend auf der Menge des Polyolefins,
insbesondere bevorzugt 0,2 Masse-% bis 12,0 Masse-%, am besten 0,5
Masse-% bis 10,0 Masse-% zugegeben.
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Die
Auswahl des modifizierten Polyolefins ist abhängig vom Typ der synthetischen
organischen Faser. Die bevorzugten Auswahlen sind mit Maleinsäureanhydrid
modifizierte Polyolefine für
den Fall von Polyamidfasern und mit Oxazolin modifizierte Polyolefine,
mit Glycidylmethacrylat modifizierte Polyolefine und mit Maleinsäureanhydrid
modifizierte Polyolefine für
den Fall von Polyesterfasern.
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Das
Polyolefin kann mit einem anorganischen Füller verwendet werden. Es ist
möglich,
eine angemessene Menge eines anorganischen Füllers in dem geschmolzenen
Polyolefin zu dispergieren, so daß die synthetische organische
Faser mit dem Polyolefin gemeinsam mit dem anorganischen Füller beschichtet
wird. Der anorganische Füller
ist bevorzugt ein pulverförmiger
anorganischer Füller
und Beispiele des anorganischen Füllers sind Talk, Calciumcarbonat,
Calciumhydroxid, Bariumsulfat, Glimmer, Calciumsilikat, Ton, Kaolin,
Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Wollastonit, Magnesiumcarbonat, Magnesiumhydroxid,
Titanoxid, Zinkoxid und Zinksulfid. Der anorganische Füller kann
individuell oder als Mischung von zwei oder mehr verwendet werden.
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Talk,
Ton, Glimmer und Wollastonit werden unter diesen anorganischen Füllern hinsichtlich
Preis und physikalischen Eigenschaften, die die höhere Steifigkeit
ohne Herabsetzung der Schlagzähigkeit
bereitstellen, besonders bevorzugt. Unter diesen ist Talk am bevorzugtesten.
Der Talk besitzt bevorzugt einen mittleren Teilchendurchmesser im
Bereich von 0,5 μm
bis 15 μm,
insbesondere bevorzugt von 1,0 μm
bis 5,0 μm.
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Der
anorganische Füller
wird bevorzugt in einer Menge von 5,0 Masse-% bis 30 Masse-% in
Bezug auf das Polyolefin verwendet. Die Menge des anorganischen
Füllers ist
abhängig
von den physikalischen Eigenschaften, die durch ein beabsichtigtes
Produkt gefordert werden. Wenn die Menge des anorganischen Füllers kleiner
als 5,0 Masse-% ist, stellt der Füller unzureichende Verbesserungen
der Steifigkeit und Wärmebeständigkeit
zur Verfügung.
Wenn die Menge des Füllers
größer als
30 Masse-% ist, wird die Formbarkeit niedrig. Um eine ausreichende
Formbarkeit zu gewährleisten,
muß die
Menge der synthetischen organischen Faser verringert werden, wodurch
sich schlechte Schlagzähigkeit
ergibt.
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Das
Polyolefin kann ferner einen Dispergator, ein Schmiermittel, ein
flammhemmendes Mittel, ein Antioxidationsmittel, ein antistatisches
Mittel, einen Lichstabilisator, ein Absorptionsmittel für ultraviolettes
Licht, Ruß,
einen Kristallisationsbeschleuniger (Keimbildungsmittel), einen
Weichmacher und ein Farbmittel wie Farbstoff oder Pigment enthalten.
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III. Erhitzen und Schmelzen
des Polyolefins
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Gemäß der Erfindung
wird das Polyolefin erhitzt und in einem Bad geschmolzen bei der
Temperatur, die um 40 °C
oder mehr höher
als sein Schmelzpunkt bis niedriger als der Schmelzpunkt der synthetischen organischen
Faser ist, um ein geschmolzenes Polyolefin zu bilden.
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Wenn
das Polyolefin nicht auf die Temperatur, die um 40 °C oder mehr
höher als
sein Schmelzpunkt ist, erhitzt wird, kann die ausreichende Beschichtung
der synthetischen organischen Faser mit dem Polyolefin aufgrund
der hohen Viskosität
des geschmolzenen Polyolefins nicht erreicht werden. Dies kann zu
einem fehlerhaften Produkt führen.
Aus diesem Grund wird die Temperatur des geschmolzenen Polyolefins
bevorzugt in dem Bereich um 40 °C
oder mehr höher
als der Schmelzpunkt des Polyolefins, insbesondere bevorzugt um
60 °C oder
mehr festgesetzt. Wenn jedoch die Temperatur des geschmolzenen Polyolefins über den
Schmelzpunkt der synthetischen organischen Faser erhöht wird,
wird die synthetische organische Faser geschmolzen und dient daher
nicht als Verstärkungsfaser.
Folglich wird die Temperatur des geschmolzenen Polyolefins bevorzugt
niedriger als der Schmelzpunkt der synthetischen organischen Faser
festgesetzt. Um die Wärmebeeinträchtigung
der synthetischen organischen Faser während des Beschichtungsverfahrens
zu minimieren, ist es erwünscht,
daß die
Temperatur des geschmolzenen Polyolefins in dem Bereich um 5 °C oder mehr,
bevorzugt um 10 °C
oder mehr niedriger als der Schmelzpunkt der synthetischen organischen
Faser festgesetzt wird.
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Das
Polyolefin wird bevorzugt so ausgewählt, daß es eine Schmelzviskosität besitzt,
die geeignet ist, die ausreichende Beschichtung der Verstärkungsfaser
mit dem Polyolefinharz zu gewährleisten.
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Zum
Beispiel in dem Fall eines Polypropylens besitzt das Polypropylen
bevorzugt einen Schmelzdurchfluß (hiernach
als MFR bezeichnet) im Bereich zwischen 10 g / 10 min und 200 g
/ 10 min, insbesondere bevorzugt zwischen 30 g / 10 min und 150
g / 10 min, am besten zwischen 40 g / 10 min und 100 g / 10 min unter
der Bedingung von 230 °C
und 2,16 kgf.
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Wenn
MFR des Polypropylens kleiner als der obige Bereich ist, ist die
Leistungsfähigkeit
der lange Fasern enthaltenden Granulatteilchen eher niedrig. Selbst
wenn solche Granulatteilchen hergestellt werden können, kann
die Verstärkungsfaser
aufgrund der schlechten Beschichtung mit dem Polypropylen leicht
von den Granulatteilchen abfallen, was zu einem Handhabungsproblem
führt und
die mechanischen Eigenschaften des geformten Produkts variieren
aufgrund der ungenügenden
Dispergierung der Verstärkungsfaser.
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Wenn
MFR den obigen angemessenen Bereich übersteigt, werden Leistungsfähigkeit
des Polypropylens wie Festigkeit, Modul, Kriechbeständigkeit,
Ermüdungsbeständigkeit
und Wärmebeständigkeit
niedrig, was zu einer niedrigen Leistungsfähigkeit des geformten Produkts,
besonders zu einer niedrigeren Wärmebeständigkeit
führt.
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IV. Schmelzpunkte zwischen
Polyolefin und synthetischer organischer Faser
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Zusätzlich zum
Erhitzen des Polyolefins unter Bildung eines geschmolzenen Polyolefins,
ist die Beziehung der Schmelzpunkte der synthetischen organischen
Faser und des Polyolefins erfindungsgemäß auch wichtig.
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Die
synthetische organische Faser besitzt bevorzugt einen Schmelzpunkt über 200 °C, bevorzugt
höher als
210 °C bis
265 °C und
hat auch bevorzugt einen um 50 °C
oder mehr höheren
Schmelzpunkt als das Polyolefin. Wenn der Schmelzpunkt der synthetischen
organischen Faser (Tmf) nicht um 50 °C höher als
der des Polyolefins (Tmp) ist, nämlich Tmf – Tmp < 50 °C, ist es
schwierig, die synthetische organische Faser ohne Wärmebeeinträchtigung
ausreichend mit dem Polyolefin zu beschichten, da der Schmelzpunkt
des Polyolefins zu nahe an dem der synthetischen organischen Faser
liegt.
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In
dem Fall zu naher Schmelzpunkte ist die Schmelzviskosität des Polyolefins
zu hoch, um die synthetische organische Faser ausreichend zu beschichten.
Andererseits wird in dem Fall, daß das Polyolefin so erhitzt
wird, daß es
eine Schmelzviskosität
besitzt, die eine leichte Beschichtung der synthetischen organischen Faser
gestattet, die synthetische organische Faser durch Wärme beeinträchtigt,
was folglich zu einer schlechten Verstärkungswirkung führt.
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Wenn
die synthetische organische Faser, deren Schmelzpunkt nicht höher als
200 °C liegt,
verwendet wird, muß die
Temperatur des geschmolzenen Polyolefins niedriger als der Schmelzpunkt
der synthetischen organischen Faser festgesetzt werden und das geschmolzene
Polyolefin besitzt höhere
Viskosität,
was zu einer unzureichenden Beschichtung mit dem geschmolzenen Polyolefin
führt.
In den sich hieraus ergebenden Granulatteilchen fallen die synthetischen
organischen Fasern leicht heraus, was folglich zu Schwierigkeiten während der
Formung führt.
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Wenn
die synthetische organische Faser, deren Schmelzpunkt höher als
265 °C liegt,
verwendet wird, kann die Temperatur des geschmolzenen Polyolefins
erhöht
werden, um eine solch niedrige Viskosität zu besitzen, die die ausreichende
Beschichtung der synthetischen organischen Faser mit dem geschmolzenen
Polyolefin ohne Wärmebeeinträchtigung
gestattet. Folglich können
die Granulatteilchen mit exzellenter Leistungsfähigkeit erhalten werden, ohne
das Verfahren der Erfindung zu verwenden. Da die synthetischen organischen
Fasern, welche einen so hohen Schmelzpunkt (hohe Wärmebeständigkeit)
besitzen, zu teuer sind, sind diese ungeeignet für das Anwendungsgebiet der
Erfindung, in welchem ein Polyolefinharz für allgemeine Zwecke verwendet
wird.
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Demgemäß sollte
für die
ausreichende Beschichtung der synthetischen organischen Faser mit
dem Polyolefin ohne jede Wärmebeeinträchtigung
das Polyolefin so ausgewählt
werden, daß der
Schmelzpunkt einer synthetischen organischen Faser um 50 °C oder mehr,
bevorzugt um 60 °C
oder mehr als der des Polyolefins ist, nämlich Tmf – Tmp > 50 °C, bevorzugt
Tmf – Tmp > 60 °C.
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Wie
oben beschrieben wird die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die ausreichende
Beschichtung durch Auswahl des Polyolefins und der synthetischen
organischen Faser mit angemessenen Schmelzpunkten und Kontrolle
der Temperatur des geschmolzenen Polyolefins durchgeführt werden
kann, um die Wärmebeeinträchtigung
der synthetischen organischen Faser zu minimieren.
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V. Beschichtung der Verstärkungsfaser
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Die
die synthetische organische Faser umfassende Verstärkungsfaser
wird einem kontinuierlichen Durchziehen durch das geschmolzene Polyolefin
in einem Bad innerhalb von sechs Sekunden unterzogen, wobei sie
mit dem Polyolefin beschichtet wird, um eine mit Polyolefin beschichtete
Faser zu bilden. Konkret wird die Verstärkungsfaser wie ein Band gespreizt,
während
sie kontinuierlich durch das bei der angemessenen Temperatur erhitzte
geschmolzene Polyolefin gezogen wird, in dem geschmolzenen Polyolefin
zusammengefaßt
und dann aus dem geschmolzenen Polyolefin in dem Bad durch Düsen herausgezogen,
um eine mit Polyolefin beschichtete Faser zu formen. Die Ziehgeschwindigkeit
der Verstärkungsfaser
durch das geschmolzene Polyolefin in dem Bad wird bevorzugt so kontrolliert,
daß die
Wärmebeeinträchtigung
der Verstärkungsfaser
vermieden wird. Um die Wärmebeeinträchtigung
zu minimieren und die Verstärkungswirkung
aufrecht zu erhalten, wird die Verstärkungsfaser kontinuierlich
innerhalb von sechs Sekunden, bevorzugt vier Sekunden, insbesondere
bevorzugt drei Sekunden, durch das geschmolzene Polyolefin gezogen.
Mit anderen Worten sollte die Durchzugszeit, in der die Verstärkungsfaser
in dem geschmolzenen Polyolefin verbleibt, innerhalb sechs Sekunden
liegen. Wenn die Durchzugszeit sechs Sekunden übersteigt, schreitet die Wärmebeeinträchtigung
der Verstärkungsfaser
fort. Die Durchzugszeit jedoch ist bevorzugt mindestens 0,2 Sekunden, insbesondere
bevorzugt über
0,5 Sekunden, um die genügende
Beschichtung zu gewährleisten.
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Die
Verstärkungsfaser
wird bevorzugt während
des Durchziehens durch das geschmolzene Polyolefin in dem Bad verdrillt,
wie in dem in der ungeprüften
Japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 5-169445 beschriebenen Verfahren. Die Verstärkungsfaser wird bevorzugt
so verdrillt, um die Beschichtung der Verstärkungsfaser mit dem geschmolzenen
Polyolefin zu fördern,
wobei ein Granulatteilchen mit gutem Beschichtungszustand zur Verfügung gestellt
wird. Wenn die Verstärkungsfaser
teilweise gebrochen wurde, wird die gebrochene Faser während des
Verdrillens in die Verstärkungsfaser
gewickelt und mit der Verstärkungsfaser
herausgezogen wie in dem natürlichen
Faserverdrillungsverfahren, das diskontinuierliche natürliche Fasern
zu einem kontinuierlichen Faden verdrillt. Folglich wird die Herstellung
der Granulatteilchen stabil und effizient ohne eine Schwierigkeit,
daß die
Herstellung aufgrund des vollständigen
Bruchs der kontinuierlichen Faser zum Halten gezwungen wird. Zusätzlich macht
das Verdrillen die Verstärkungsfaser
in einem Granulatteilchen etwas länger als die Länge des
Granulatteilchens. Die größere Länge der
Verstärkungsfaser
in einem Granulatteilchen trägt
zur Erweiterung der mechanischen Eigenschaften des verstärkten Polyolefins
bei und ergibt ebenso einen Vorteil in der Handhabung der Granulatteilchen.
Weil die Granulatteilchen mit einer größeren Länge entsprechend einer längeren Faser
gewöhnlich
dazu neigen, ein Überbrückungsproblem
an einem Trichter in der Formung hervorzurufen.
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Wie
oben beschrieben wird die Verstärkungsfaser
mit dem geschmolzenen Polyolefin beschichtet, um eine mit Polyolefin
beschichtete Faser zu bilden. Die mit Polyolefin beschichtete Faser
wird abgekühlt
und in eine vorbestimmte Länge
geschnitten, um Granulatteilchen eines mit synthetischer organischer
Faser verstärkten
Polyolefins herzustellen.
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VI. Granulatteilchen
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Die
Granulatteilchen haben bevorzugt eine Länge in dem Bereich von 2,0
mm bis 24,0 mm. Ein Granulatteilchen mit einer Länge von weniger als 2,0 mm
stellt keine ausreichenden mechanischen Eigenschaften zur Verfügung, während ein
Granulatteilchen mit einer Länge
von mehr als 24,0 mm wahrscheinlich ein Überbrückungsproblem an einem Trichter
in der Formung hervorruft, wodurch eine problemlose Formung behindert wird.
Die Granulatteilchen besitzen insbesondere bevorzugt eine Länge in dem
Bereich von 3,0 mm bis 15,0 mm, am besten 3,0 mm bis 12,0 mm. Die
Granulatteilchen haben einen Durchmesser in dem Bereich von 1,0 mm
bis 4,0 mm, bevorzugt 2,0 mm bis 3,0 mm hinsichtlich Leistungsfähigkeit
und Handhabung. Die Granulatteilchen besitzen ein Verhältnis von
Länge (L)
zu Durchmesser (D) (hiernach L/D) in dem Bereich von 1 bis 6. Wenn
das Verhältnis
L/D kleiner als 1 ist, wird wahrscheinlich ein Riß in dem
Schneidvorgang auftreten und Fusseln der Verstärkungsfaser treten leicht auf,
wodurch die Handhabung verschlechtert wird. Andererseits werden,
wenn das Verhältnis
des L/D-Wertes mehr als 6 ist, die Granulatteilchen so lang, daß sie eine
niedrige Leistungsfähigkeit
hervorrufen. Zusätzlich
werden die langen Granulatteilchen leicht gebrochen und die Länge der
Verstärkungsfaser
wird klein, wenn zum Beispiel die langen Granulatteilchen im Spritzguß durch
Schnecken aufgenommen werden. Die ausreichenden mechanischen Eigenschaften
können
aufgrund der kurzen Verstärkungsfasern
nicht erhalten werden. Von einem solchen Standpunkt aus liegt ein
bevorzugter L/D-Wert in dem Bereich von 2 bis 4.
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Die
auf diese Weise erhaltenen Granulatteilchen werden zum Formen bei
der Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Polyolefins und bevorzugt
niedriger als 200 °C
geschmolzen. Das sich ergebende geformte Produkt mit exzellenter
Schlagzähigkeit
kann erhalten werden.
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BEISPIEL
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Die
vorliegende Erfindung wird mittels Beispielen und Vergleichsbeispielen
spezieller beschrieben. Die unten beschriebenen Beispiele sind für die Erfindung
nicht einschränkend
und Veränderungen
und Abwandlungen im Lichte der vorangegangenen und der folgenden
Beschreibungen sind im Umfang der Erfindung eingeschlossen.
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In
den folgenden Beispielen und den Ansprüchen als auch in der vorangegangenen
Beschreibung wird der Schmelzpunkt (Erweichungspunkt) von jedem
Rohmaterial als ein Scheitelwert einer Kurve bestimmt, die mit einem
Differentialrasterkalorimeter (DSC) gemäß JIS K7121 bestimmt wurde.
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I Herstellung eines mit
synthetischer organischer Faser verstärkten Polyolefins
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Rohmaterialien
für Beispiele
werden unten aufgelistet.
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Komponente
A ist ein Polyolefin in einer Granulatteilchenform.
A-1: Ein
Polypropylenpolymer mit einem MFR (230 °C, 2,16 kgf) von 60 g / 10 min
und einem Schmelzpunkt von 165 °C
und nur aus einer kristallinen Polypropylenkomponente mit einer
Dichte von 0,909 g/cm3 zusammengesetzt;
A-2:
Ein Propylen-Ethylen-Blockcopolymer mit einem gesamten MFR (230 °C, 2,16 kgf)
von 40 g / 10 min und einem Schmelzpunkt von 164 °C und aus
90 Masse-% einer kristallinen Polypropylenkomponente (X-Einheit) mit
einer Dichte von 0,909 g/cm3 90 Masse-%
und 10 Masse-% einer Propylen-Ethylen-Zufallscopolymerkomponente
(Y-Einheit), die 39 Masse-% Ethylen enthält, zusammengesetzt. Der Gehalt
der Y-Einheit wurde durch Rückrechnen
einer Masse bestimmt, die durch Eintauchen von 2 g einer Probe in
300 g siedendes Xylen für 20
Minuten zur Lösung
der Probe darin, Abkühlen
der Lösung
auf Raumtemperatur, Filtern der Lösung mit einem Glasfilter zum
Erhalten einer abgeschiedenen festen Phase und Trocknen der auf
diese Weise erhaltenen festen Phase gefunden wurde.
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Komponente
B ist ein modifiziertes Polyolefin in einer Granulatteilchenform
oder eine pulverisierten Form.
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Ein
mit Maleinsäureanhydrid
modifiziertes Propylenpolymer (Handelsname: YUMEX 101, ein Produkt von
Sanyo Kasei Kogyo Co.) mit Säurewert:
26 mg KOH/g, Dichte: 0,95 g/cm3, Molekulargewicht:
40.000 (massegemitteltes Molekulargewicht bestimmt durch GPC), Schmelzviskosität: 16 Pa·s (16.000
cps) (160 °C)
und Schmelzpunkt: 150 °C.
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Komponente
C ist eine Verstärkungsfaser,
die eine synthetische organische Faser in der Form eines Faserstrangs
umfaßt.
C-1:
eine Polyethylenterephthalatfaser (Schmelzpunkt: 255 °C), ein Faserstrang
von 300 Fäden,
von denen jeder einen Durchmesser von 15 μm (Festigkeit: 5,33 cN/dtex)
besitzt;
C-2: eine Polyamid-66-Faser (Schmelzpunkt: 250 °C), ein Faserstrang
von 50 Fäden,
von denen jeder einen Durchmesser von 20 μm (Festigkeit: 6,22 cN/dtex)
besitzt.
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Komponente
D ist ein Füller
in Pulverform.
Talk: feine Teilchen von Talk mit einem mittleren
Teilchendurchmesser von 1,8 μm
(Handelsname: HIGH FILLER #5000PJ, ein Produkt von Matsumura Sangyo
Co.)
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Ein
Polyolefin (Komponente A), ein modifiziertes Polyolefin (Komponente
B) und ein Füller
(Komponente D) wurden formuliert, geschmolzen und mit einem Extruder
stranggepreßt,
um ein Schmelzbad in Übereinstimmung
mit der Formulierung von Tabelle 1 zu bilden. Eine Verstärkungsfaser,
die eine synthetische organische Faser (Komponente C) umfaßt, wurde
kontinuierlich durch das geschmolzene Polyolefin gezogen, um eine
mit Polyolefin beschichtete Faser während des Verdrillens zu bilden.
Die Durchzugszeit wurde ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt. Die mit
Polyolefin beschichtete Faser wurde in Granulatteilchen mit einem
Durchmesser von 3 mm und einer Länge
von 8 mm geschnitten.
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Wie
in Tabelle 1 gezeigt, stellen Beispiele 1 bis 7, welche alle die
Anforderungen der Erfindung erfüllen, Granulatteilchen
zur Verfügung,
die homogen mit dem Polyolefin beschichtet und vollständig frei
von Faserbruch und Fusseln und exzellent in Formbarkeit sind. Bezüglich Vergleichsbeispiel
1, wurde die Verstärkungsfaser
nicht genug mit dem Polyolefin beschichtet, selbst wenn die Durchzugszeit
verlängert
wurde. In Vergleichsbeispiel 2 trat der Bruch der Verstärkungsfaser
aufgrund der höheren
Temperatur des geschmolzenen Polyolefins auf, selbst bei Durchziehen
durch das geschmolzene Polyolefin innerhalb weniger Sekunden.
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II Formung und Auswertung
der geformten Produkte
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1. Formung
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Die
oben erhaltenen Granulatteilchen wurden der Formung unterzogen.
Ein Spritzgußgerät (Handelsname:
JSW J200SA, hergestellt von Nippon Seikosho Co.) wurde verwendet
und die Formtemperatur auf 60 °C
zur Formung der Granulatteilchen festgesetzt. Die Granulatteilchen
wurden auf 200 °C
erhitzt und in Prüfstücke gemäß JIS geformt,
um die mechanischen Eigenschaften zu messen. Die Ergebnisse wurden
in Tabelle 2 gezeigt. Als ein Referenzbeispiel wurden die in Beispiel
1 erhaltenen und durch das Verfahren der Erfindung hergestellten
Granulatteilchen ebenfalls auf 230 °C erhitzt und geformt. Das Ergebnis
des Referenzbeispiels wurde ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt.
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2. Verfahren der Auswertung
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Biegefestigkeit
und Biegemodul wurden gemäß JIS K7203
(Temperatur: 23 °C)
gemessen.
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Izod-Schlagzähigkeit
(gekerbt) wurde gemäß JIS K7110
(Temperatur: 23 °C
und – 30 °C) gemessen.
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Wie
in Tabelle 2 gezeigt, zeigten alle die Beispiele 1 bis 7 exzellente
mechanische Eigenschaften. Die Vergleichsbeispiele 3 und 4 zeigten
schlechte Izod-Schlagzähigkeit
speziell bei niedrigen Temperaturen. Dies ist so, weil die synthetische
organische Faser durch Verlängerung
der Durchzugszeit von sechs Sekunden wärmebeeinträchtigt wird. Das Referenzbeispiel
zeigte schlechte mechanische Eigenschaften, speziell für Schlagzähigkeit
sowohl bei normaler als auch bei niedriger Temperatur, trotz der
durch das Verfahren der Erfindung hergestellten Granulatteilchen.
Dies ist so, weil die Wärmebeeinträchtigung
aufgrund der hohen Formungstemperatur von 230 °C eintrat. Folglich ist die
Formungstemperatur ebenso wichtig, um den besten Gebrauch von der
Leistungsfähigkeit
der durch die Erfindung erhaltenen Granulatteilchen zu machen. Daher
ist es gewünscht,
daß die
Temperatur für
Formung oder für
Wiederverwertung niedriger als der Schmelzpunkt der Verstärkungsfaser
sein sollte, bevorzugt um etwa 40 °C oder mehr, bevorzugter um
etwa 50 °C
oder mehr.
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Granulatteilchen
eines mit synthetischer organischer Faser verstärkten Polyolefins und offenbart
das Verfahren, in dem die Verstärkungsfaser
mit dem geschmolzenen Polyolefin beschichtet wird. Die Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
ausreichende Beschichtung durch Auswahl des Polyolefins und der
synthetischen organischen Faser mit zweckmäßigen Schmelzpunkten und Kontrolle
der Temperatur des geschmolzenen Polyolefins durchgeführt werden kann,
um die Wärmebeeinträchtigung
der synthetischen organischen Faser zu minimieren. Die durch das
Verfahren der Erfindung erhaltenen Granulatteilchen stellen ein
geformtes Produkt mit überlegener
Schlagzähigkeit
und Wiederverwertbarkeit zur Verfügung, wenn sie als Rohmaterialien
für Spritzguß, Spritzdruckguß, Strangpressen,
Blasformung und ähnliche
Formungsverfahren verwendet werden.
