用纖維增強樹脂制成的連續長度產品及其制造方法

專利名稱：用纖維增強樹脂制成的連續長度產品及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種由纖維增強劑增強的樹脂作成的連續長度產品，它的制備方法以及用途。更具體地說，本發明涉及一種具有特定形狀和優異抗張強度的纖維增強連續長度產品，它由增強樹脂組合物構成，該組合物含有熱塑性樹脂基質(例如，結晶聚烯烴樹脂、聚酰胺樹脂(尼龍)或這兩種樹脂的特定組合物)或熱固性樹脂，做為基礎樹脂，以及纖維增強劑，尤其是玻璃纖維增強劑。本發明還涉及一種制備此連續長度產品的方法。
同時，本發明還涉及一種連續長度的定距桿，當裝在混凝土模板的內部時能使彼此面對的混凝土模板保持規定的距離而且還能在灌入模板間的混凝土凝固過程中承受很大外加張力的情況下保持該規定的距離。
背景技術：
為了用水泥灰漿、水泥、混凝土等(本文以下有時稱之為“混凝土之類”)制成規定形狀的構造，一般地采用這樣的方法，圍繞著與此構造的構架相對應的形狀空間搭起一個混凝土模(殼)。然后將混凝土之類灌入此空間內。當采用這種技術時，使用由鋼、輕質金屬、木材或塑料(樹脂)制成的板(模板)來構筑這種模殼。
在由模板構筑的模殼內，為了將互相間隔一定空間以便在其中澆灌混凝土的相面對的板保持規定的距離，不但要求把相鄰模板沿其邊、角或凸棱處加以固定，而且要用定距桿將此面對模板沿多個位置加以固定。之所以要這樣做的原因在于，由灌注在此空間里的混凝土之類產生的將模板朝外推的作用力不能只靠將模板沿其邊、角、棱處固定加以約束。混凝土之類在凝固之前是很重的流體，而且當凝固時它還會發生膨脹。故而，此種混凝土將模殼朝外推的力是非常之大的。要承受住這種強大的朝外的力，定距桿需要有高抗張強度，然而其自身的重量還必須輕。
因此，本發明的一個目的是提供一種連續長度產品，它是用纖維料增強從而表現出高抗張強度的，尤其是提供一種定距桿，它可用于混凝土模殼并滿足如下兩方面的要求此定距桿能足以經受住朝外的強大拉伸應力同時定距桿自身的重量要盡量地輕且此定距桿的材料用量要盡量少。
發明的分開按照本發明的連續長度產品的特征在于，此連續長度產品是用一種包含纖維增強劑和樹脂基質的纖維增強樹脂做成的，且其形狀比[斷面周邊總長(Lmm)斷面的實際面積(Smm2)]為0.5～2.5/mm，較好為0.55～2.2/mm，其厚度為1～4mm，較好為1.5～3.5mm。
本發明的連續長度產品可以是任何滿足上面定義的形狀比的形狀，而且其斷面形狀，例如，可以是X形(十形)、H形、 形、 形、圓環形或多邊環形。
在本發明的連續長度產品中，纖維增強劑較好按如下的方式分散并含于樹脂基質當中纖維增強劑基本上沿平行于連續長度產品的主軸方向排列，至少在連續長度產品的表面部分(層)中是這樣。
用于本發明的纖維增強劑的平均纖維長度較好是0.3～30mm，更好是3～30mm。纖維增強劑在連續長度產品中的含量希望是15～50％(重量)，較好是20～40％(重量)。
用于本發明的纖維增強劑可以是任何無機纖維、有機纖維或碳纖維，而特別好的是一種硬質玻璃纖維，其平均纖維直徑為3～21μm，抗張強度不低于20.5MPa以及抗張模量不低于725MPa。
用于本發明的樹脂基質可以是任何一種熱塑性樹脂或熱固性樹脂，此樹脂基質較好是結晶熱塑性樹脂。此結晶熱塑性樹脂的例子有結晶聚烯烴樹脂、聚酰胺樹脂和這兩種樹脂的組合物。當樹脂基質是一種非摻混結晶聚烯烴樹脂或所說結晶聚烯烴樹脂同其他熱塑性樹脂的組合物時，此結晶聚烯烴樹脂較好是至少部分地用馬來酐改性過的，而且其含量，以樹脂基質為基準，較好為10～30％(重量)。
當結晶聚烯烴樹脂是結晶的丙烯均聚物、結晶的丙烯-α-烯烴共聚物，如結晶乙烯-丙烯共聚物，或者上述聚合物的混合物時，它較好具有不小于10g/10min的MFR(230℃，2.16kgf)(即熔流速率)和160～170℃的晶體熔點(Tm)。
在本發明中用作熱塑性樹脂的聚酰胺樹脂的例子包括開環加成聚合尼龍，如尼龍6、尼龍7、尼龍11和尼龍12；縮聚尼龍，如尼龍66、尼龍67、尼龍610和尼龍612；以及對苯二胺-低級脂族二羧酸共縮聚尼龍。
而且，用于本發明的樹脂基質尤其希望是一種樹脂組合物，它包含50～75％(重量)，較好53～71％(重量)的聚酰胺樹脂和50～25％(重量)，較好47～29％(重量)結晶聚烯烴樹脂(總量100％(重量))，而且具有結晶平衡時間300～550秒，較好350～420秒。
用于按照本發明的連續長度產品的注塑成形方法的特點在于，該方法包括將含有85～50％(重量)的基質樹脂和15～50％(重量)長度為0.3～30mm的纖維增強劑(總量100％(重量))的熔融纖維增強樹脂，以令此熔融纖維增強樹脂沿模具的主軸方向喂入的方式加入到連續長度模具中。
按照本發明的連續長度產品可有利地用于各種目的，尤其作為混凝土模殼的定距桿。本發明的定距桿有一個長而窄的體和桿體兩端備有螺栓孔。該定距桿滿足前面定義的本發明連續長度產品的形狀比和厚度。而且，定距桿內，纖維增強劑在樹脂基質內是這樣分散和存在的，即纖維增強劑基本上沿平行于定距桿的主軸線排列，至少在定距桿的表面部分里是這樣。
附圖簡述

圖1A是按照本發明用于混凝土模殼的較好定距桿的實施例的示意性側視圖。
圖1B是沿圖1A中B-B線箭頭方向截取的剖面視圖。
圖1C是沿圖1A中C-C線箭頭方向截取的剖面視圖。
圖2A是按本發明的另一個用于混凝土模殼定距桿的實施例的示意性側視圖。
圖2B是沿圖2A中B-B線箭頭方向截取的剖面視圖。
圖2C是沿圖2A中C-C線箭頭方向截取的剖面視圖。
圖3是關聯曲線圖，表示用于本發明連續長度產品(例如定距桿)成形的作為纖維增強樹脂的有用基質的聚合物合金樹脂組合物的成分比例與該組合物結晶平衡時間之間的關系。在圖3中，將聚酰胺樹脂與特定的改性結晶聚烯烴樹脂間的成分比作為橫軸，而將結晶平衡時間作為縱軸作圖。
圖4是采用定距桿搭成的混凝土模殼的主要部分的放大斷面視圖。
實施本發明的最佳方式按照本發明的連續長度產品是用纖維增強樹脂做成的，其特點是具有特定的形狀。
(連續長度產品的形狀)本發明的纖維增強樹脂連續長度產品包括若干個組合在垂直于主軸的斷面(橫斷面)上的薄構件。一個薄但只是呈扁平的連續長度產品是不能滿足各種用途要求的。因此，本發明人一直在探索按照本發明的連續長度產品斷面形狀的綜合概念，而且獲得了下述的概念。
即，如果連續長度產品具備能滿足下述條件的斷面形狀，則該產品將表現出預期的抗張性能。
連續長度產品的斷面周邊總長(Lmm)除以該連續長度產品的斷面實際面積(Smm2)所獲得的數值，即L/S(單位mm-1)，在0.5～2.5mm-1范圍，較好在0.55～2.2mm-1范圍內。
在連續長度產品為比較狹長形的約束條件下，平均地說，滿足上述條件的形狀將得出寬的表面。譬如，可以舉出管形。還可以采用一種由多個連續長度的扁平部分和連接部分所組成的扁平板組合形狀，其中每個連接部分沿著每個扁平部分的長度方向延伸而且起著將一個扁平部分同至少一個其他扁平部分結合起來的作用，扁平部分與其他被組合的一個或多個(扁平)部分在斷面上交成一個角度。具有上述形狀的連續長度產品斷面形狀的例子包括圓環形、多邊環形(例如，三邊環形、四邊環形、菱形環形)、H形、X形(十形)、 形和 形。本發明的連續長度產品的斷面形狀不限于上述的例子，而且可以有一定程度的變化，只要改變后的形狀滿足上述的條件。例如，可以將 形”變成“I-I-I”形(橫豎線互相緊密相連接)。此外，還包括那些沿“X形”或“ ”形的中心軸線處直徑加大的形狀，即“帶角的輪子形”或“帶尖的齒輪形”。
除去對形狀的限制外，從實際角度出發，本發明還進一步受到厚度(上、下限)的限制。在本發明的連續長度產品中，厚度的下限一般是1mm。較好1.5mm，而上限一般是4mm，較好3.5mm。當該含纖維增強的樹脂被模塑的情況下，此下限是一個實際應用的限制，而且被這樣的原因所決定，即厚度小于上述下限時很難在現有條件下生產出此種產品。如果將來在模塑技術、模塑材料、模塑設備等方面有了改進，則此下限可能被重新修改。
上限的確定系基于本發明人在研究中發現的出乎意料的事實。就是說，本發明人已探索出當用于混凝土模殼中時要賦予連續長度產品以經受住大張力的足夠高的抗張強度的必要條件。
作為對試樣抗張強度與厚度間關系的充分研究的結果，從表1所示數據中發現了存在著一個定距桿厚度的上限。通常以為隨著厚度的增加抗張強度會變得更高。然而，表1的數據卻顯示出一個出人意料的結果，最高抗張強度出現在當厚度為大約1mm時，然后隨厚度變得更厚該值則逐漸降低。
可是，不能說，若將厚度作得愈來愈小則抗張強度會無限提高。在纖維增強樹脂連續長度產品中，纖維增強劑往往主要是在表面層(部分)里基本上沿著平行于連續長度產品的主軸線排列的，且這種纖維取向對連續長度產品的抗張強度有很大的貢獻。因此，提高抗張強度的最有效的方法是，把連續長度產品做成某種形狀，特別是有盡可能大的表面層(部分)的斷面形狀。
本發明的滿足上述形狀及厚度條件的連續長度產品適合于各種各樣對產品施加高張力的場合。按照用途不同，可以對本發明的連續長度產品在其結構上進行修改。本發明較好被用作混凝土模殼用定距桿(分隔件)。本發明的定距桿包括一個狹長的桿體和位于該桿體兩端的圓柱形部分，而且總體來看呈棒形。在圓柱形部分有口朝外的螺栓孔。本發明的定距桿是用纖維增強樹脂做成的，而且在定距桿的至少表面層(部分)里，纖維增強劑沿定距桿的主軸線幾乎平行地排列，以增強定距桿。因而，此定距桿雖薄但具有高抗張強度。
下面，結合圖4詳細說明這種模板分隔件。圖4畫出了一個采用模板分隔件的模殼實例。如圖4所示，模殼50包括模板51和51，2個51彼此面對，以及其間構成的放混凝土的空間S。2個模板51中的每一個由垂直布置的豎向管55和水平布置的橫管56從外部支撐著。豎管55和橫管56通過夾緊手段同模板51、51相固定，夾緊手段由分隔件1、模板連接螺栓52、帶棱墊片57和螺母59組成。
這個作為夾緊手段一部分的模板分隔件1是連續長度產品并且被布置在模板51、51之間。在模板分隔件1中，向分隔件兩端加工成螺栓孔(未表示)內從模板51外側旋入在模板連接螺栓52每端備有的陽螺紋53。模板連接螺栓52，在外螺紋53的根部帶有一個法蘭52a。模板51、51的每一個均被夾在法蘭52a和模板分隔件1一端之間，從而二者被固定在分隔件的兩頭。這樣一來，模板51、51便構成了一個具有規定寬度，即和分隔件1長度相同的寬度，的空間S。
模板連接螺栓52在另一頭帶有一陽螺紋54。此模板螺栓插入布置在模板51外側的帶棱墊片57中。帶棱墊片57有一對凹槽部分57a、57a，每個具有與橫管56互補的形狀。當擰緊外螺紋53和螺帽59時，橫管56和布置在橫管56內側的豎管55通過帶棱墊片被向內壓緊，從而將它們固定同時支撐著模板51。
在具有上面所說的這樣構造的模殼50當中，混凝土被灌入模板51、51之間形成的空間S里，所說板之間的距離由分隔件1保持著。
如上所說，混凝土被灌入模殼50的空間里，隨后固化和成形。這種混凝土不限于波特蘭水泥(普通所說的“水泥”)或普通的混凝土(含有，主要成分，水泥、碎石和砂子的混合物)，而且這種混凝土還可以包括其他建筑材料，象非摻混水泥、塑性混凝土(普通水泥加上作為強度改進劑的特殊塑料)、水泥砂漿(也叫做“砂漿、水泥和砂子的混合物”)以及水泥石膏。
下面，將結合圖1A～1C詳細說明較好地用于上述模殼的本發明混凝土模板定距桿。
圖1A是按照本發明的定距桿的較好實施例的示意性側視圖。沿圖1A的B-B線所取的剖面視圖示于圖1B。沿圖1A的C-C線所取的剖視圖示于圖1C。如同這些圖所示，該實施例的定距桿1是一個具有斷面接近十字(×)形狀的桿體11的連續長度產品。桿體的每個端部區12包括圓柱部分12r、翅片(葉片或凸棱)12a(垂直方向)和翅片12b(水平方向)，二者均自圓柱部分12r的圓周徑向地伸出。在圓柱部分12r的正中心或附近有一螺栓孔12c，用以容納準備從板的外側插入其中的固定螺栓(例如模板連接螺栓的陽螺紋)。就是說，圓柱部12c是由圓周壁12e構成的圓柱體，而定距桿1的每個端面呈圓環狀。
在這個實施例中，桿體11具有十字形的斷面。在圖1C中，由構成十字形的水平臂11a和豎直臂11b，二者所形成的角度為90°。但是，在本發明中，由具有十字形斷面的桿體的臂11a和11b形成的角不必須是90°。例如，由桿體的臂11a和11b形成的角可以是任何值，譬如60°，只要求這個值是為使用的目的所要求的。本實施例的定距桿1被設計成具有直角交叉的臂11a和11b，這樣，定距桿便能均勻地承受來自各個方向的外力。
在圖1A中，從圓柱部分12a的圓周外伸的垂直翅片12b是構成桿體11的臂11a的一部分，而水平翅片12b是構成桿體11的臂11b的一部分。螺栓孔12c的直徑占據了圓柱部分12r的較大部分，因而每個側端面12e看上去是一個圓環形。
在本實施例中，圖1A中，中心雙曲線兩側的各部形狀被畫成彼此相同的，但是它們可以彼此不同。
上面，結合圖1A～1C對本發明的一個較好實施例作了說明，但是本發明的定距桿并不限于這個實施例。例如，本發明定距桿1的斷面形狀不局限于十字形，而且其他形狀，象帶有多個臂的形狀，也是可以用的。進而，斷面形狀可以是管(環)形，圓環形、三邊環形、四邊環形或六邊環形。臂11a、11b可以帶有幾乎重量穿過臂11a、11b(構成桿體11)的排氣孔，以便防止當灌入混凝土時二臂之間的空氣的滯留。
按本發明的定距桿的另一個實施例將結合圖2A～2C予以詳細地說明。
圖2A是按本發明的定距桿的另一個實施例的示意性側視圖。圖2B是取自圖2A B-B線的剖面視圖。圖2C是取自圖2A C-C線的剖面視圖。
如同這些圖所示，該實施例的定距桿2具有近似工字的形狀或側著放的H字形。每個端部區22包括由側端面22e構成的圓柱部分22r、頂板22a和底板22b，該頂板和底板將該圓柱部分22r夾在中間。
特別是如同圖2B所示，頂板22a和圓柱部22r相交成U字形的平緩曲線，而且同樣，底板22b和圓柱部22r相交成U字形平緩曲線。在這幅圖中，位于中心的螺栓孔22c是一個為了接納準備從板外側插入其中的固定螺栓(例如模板連接螺栓)的凹進部分，類似于圖1中的12c。側端面22e看上去是呈圓環形，因為凹進部的直徑占據了圓柱部22r直徑的較大部分。
如同圖2C所示，在具有工字形或側放的H字形斷面的桿體21的背面一側，可以看出圓柱部分22r的背面表面。如同這幅圖所清楚地表示的，頂板22a與圓柱部分22r連接構成U字形平緩曲線，而且同樣，底板22b與圓柱部分22r連接構成U字形平緩曲線。
在圖2A中，畫在位于中心部的雙曲線兩側的各部分的形狀彼此相同，但是它們也可以彼此不同。
桿體21可以備有幾乎垂直地穿透桿體21的排氣孔以抑制當灌混凝土時空氣的滯留。
上面，結合著圖1A～1C以及圖2A～2C對按照本發明的定距桿兩個較好實施例作了說明。定距桿1或2的全長幾乎等于與該定距桿相裝配的模板之間的距離，因而此全長的絕對數值根據模殼的寬度來確定。一般地，定距桿長度選自根據日本傳統尺寸系統，即150mm(5sun)和150mm的倍數，例如300mm(1 Shaku)和450mm(1shaku 5sun)等所確定的數值。
上面實施例的定距桿1或2的斷面尺寸也選自根據日本傳統尺寸系統所確定的數值。例如，當斷面為圓形的時，其直徑(包括內徑和外徑)選自約15mm(5bu)、13mm(6bu)、21mm(7bu)、24mm(8bu)、27mm(9bu)和30mm(1sun)。當斷面為方形或矩形時，其縱向及橫向尺寸(有些情況下為對角線長)也選自上述的數值。
上面實施例的定距桿1或2的側端區12或22，一般為圓柱體。在側端區端面12e或22e中心附近做成的螺栓孔12c或22c，帶有陰螺紋。該螺栓孔12c或22c起著接納和固定穿過模板孔從外側插進來的夾緊螺栓的陽螺紋的作用(例如，模板連接螺栓的陽螺紋)。圓柱部分12r或22r的端面12e或22e是被設計用來同模板壁的內表面接觸，而且要具有足以承受從模殼外側施加的夾緊壓力的面積。
(連續長度產品的材料)在具有上述形狀的本發明連續長度產品，尤其是定距桿，當中，用硬質玻璃纖維做成的纖維增強劑以下述的方式被均勻分散和存在于樹脂基質之中即纖維增強劑沿基本上平行于定距桿主軸線排列，至少在其表面部分(層)中是這樣。
構成基質的樹脂可以是熱塑性樹脂也可以是熱固性樹脂。熱塑性樹脂的例子包括結晶聚烯烴樹脂、此樹脂的改性產品，例如含馬來酐(改性劑)數量一般在0.01～1％(重量)，較好0.05～0.5％(重量)的馬來酐接枝的上述樹脂、聚酰胺樹脂(尼龍)、丙烯酸樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚氯乙烯樹脂、聚砜樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯乙烯樹脂和ABS樹脂。這些樹脂可以單獨或兩種或更多種聯合使用。所有上述中，可以舉出由結晶聚丙烯樹脂(典型結晶聚丙烯樹脂)和聚酰胺組成的聚合物合金樹脂組合物作為一個較好組合的例子。
在聚合物合金的制備中，較好加入一種接枝改性粘合劑聚丙烯樹脂或粘合劑乙烯-丙烯彈性體，作為聚合物介體，以彌補聚丙烯與聚酰胺樹脂之間或者聚丙烯樹脂與纖維增強劑之間的親合力，從而可以得到特別實際地有用、作為基質的樹脂組合物。在非摻混聚丙烯樹脂的情況下，這一點也是重要的。
單獨或與其他樹脂組合用作基質的聚丙烯樹脂是結晶聚丙烯均聚物或結晶丙烯-α烯烴共聚物(尤其是結晶丙烯-乙烯共聚物、結晶丙烯-1-丁烯共聚物或結晶丙烯-乙烯-1-丁烯共聚物)，每種具有不小于10g/10min的MFR(230℃，2.16kgf)，較好30-100g/10min，以及160～170℃，較好163～168℃的熔點(Tm)。根據需要，這些聚合物或單獨或混合使用。
聚酰胺樹脂的例子包括開環加成聚合尼龍、象尼龍6、尼龍7、尼龍11和尼龍12；共縮聚尼龍，象尼龍66、尼龍67、尼龍610和尼龍612；以及對苯二甲胺-低級脂族二羧酸共縮聚尼龍。
當用于制作本發明連續長度產品，尤其是用于混凝土模殼的定距桿，的增強組合物樹脂基質是聚合物合金時，此聚合物合金是通過將聚酰胺樹脂(尼龍)和結晶聚烯烴一般按(75/25～50/50的重量比，較好71/29～53/47(聚酰胺樹脂/結晶聚烯烴)，摻混，然后在加熱的同時捏合來制備的。該聚合物合金具有下述的結晶平衡時間。
圖3表示用作基質的聚合物合金的組成與結晶平衡時間的關系。如圖3所示，由于上面規定的混合比，作為樹脂基質可以獲得結晶平衡時間(達到100％結晶度所需時間)為300～550秒，較好350～420秒的樹脂組合物。但是，根據環境的不同，用于把結晶平衡時間設定在上述范圍內的條件需要比樹脂的混合比更優先的考慮。
連同基質一起使用的纖維增強劑至少是無機纖維、有機纖維和碳纖維之一。這些纖維希望的話，可以兩種或更多種聯合使用。雖然可以把碳纖維包括在無機纖維或者有機纖維之中，但是它在這里劃做第三種纖維，不屬于前二者中任何一種。
增強無機纖維的例子包括玻璃纖維(玻璃棉)、金屬纖維和巖石纖維(巖棉)。所有無機纖維當中最廣泛實際使用的是硬玻璃(通常說“E玻璃”)纖維，而且從成本來看，這種硬玻璃纖維也是有利的。但是，在把絕對值重量大視為不利的用途上，極少有人把硬玻璃纖維考慮作最具主導地位的增強纖維。即，從比強度來說，它是較差的。
由于所有的芳族聚酯樹脂纖維和所有的芳族聚酰胺樹脂纖維都具有重量輕和強度大的性能，故這類纖維已被廣泛用作增強有機纖維。這些樹脂纖維從市場可以買到，而且前者的一個例子是“Kevler”(商品名)而后者的一個例子是“Chelimide”(商品名)。
用各種方法制備的增強碳纖維在市場上有售，其中的一例是“Thoren 1-40”(商品名，可從Union Carbide公司購得)。碳纖維就其極高的比強度(強度/重力)，90kgf/mm2·g，而言是有利的。碳纖維因其絕對重量數值小而評為比重量強度最佳。而且碳纖維具有適度的導電性。另一方面，金屬纖維顯示出高導電性，且加之它具有寬范圍內的彈性(變形回復)和高彈性模量。
用于制成金屬纖維的金屬的例子是鐵、鐵合金，尤其是鋼、象普遍鋼和特殊鋼(例如高抗張強度鋼、不銹鋼)，銅及銅合金，象黃銅(炮銅、銅鋅合金)、青銅(銅錫合金)、錳青銅和磷青銅。
下面，將更詳細地討論使用玻璃纖維作為纖維增強劑的情況。玻璃纖維增強劑通常是以纖維束，象粗紗或經紗的形式提供的。纖維束中的纖維數目一般在500～4,000范圍，且單根絲的平均直徑介于3～21μm。較好對玻璃纖維增強劑的表面進行處理以改善對基質聚合物的親合力，例如氨基硅烷處理、羧基硅烷處理或者用含氨基和羧基兩種基團的硅烷化合物處理。
玻璃纖維增強劑的纖維平均長度通常為0.3mm(短纖維)～30mm(長纖維)，較好3～30mm，更好5～25mm。玻璃纖維增強劑的抗張強度不小于20.5MPa，且其抗張模量不小于725MPa。
在用于制作本發明的連續長度產品的增強組合物中，含有作為基質的樹脂組合物的數量為90～60％(重量)，較好80～70％(重量)，而且還含有玻璃纖維增強劑，其數量為10～40％(重量)，較好20～30％(重量)，(2成分的總數量100％(重量))。重要的是，玻璃纖維增強劑要分散在基質當中而且增強劑的纖維要基本上互相平行。
當使用重量輕的纖維增強劑，象碳纖維，纖維對基質的混合比介于14/86～46/54(碳纖維/基質(重量))，且此纖維增強劑的數量少于其他種纖維的情況。然而，既使碳纖維的使用數量較少，但這樣的數量足夠表現出必要的強度。所以應該想到，由于碳纖維重量輕，所以它具有較高的強度(較高的比強度)。
當本發明的基質樹脂組合物含有結晶聚烯烴時，加入的用馬來酐之類改性的結晶聚烯烴數量，以結晶聚烯烴為70～90％(重量)，較好75～85％(重量)為基準，為30～10％(重量)，較好25～15％(重量)。改性結晶聚烯烴不僅起著改善纖維增強劑與該結晶聚烯烴(作為樹脂基質的一種成分)之間的粘合力，而且改善此結晶聚烯烴與含極性基團的樹脂(即樹脂基質的另一種成分)之間的粘合力。
圖3表示出被用來制作本發明的連續長度產品的基質樹脂的聚合物合金的結晶平衡傾向(畫作為縱軸)與該基質的組成(畫作為橫軸)的關系。在這個例子中，當聚酰胺與改性聚烯烴的比例介于70/30～80/20范圍內時觀察到突然的變化，據此可以想到，聚合物合金形成了。
(制備連續長度產品的方法)如上所述，按照本發明的連續長度產品是一種復合物，其中纖維增強劑以下述的方式被包含在包括熱塑性或熱固性樹脂(較好是熱塑性樹脂)中即增強劑的松散的纖維被樹脂包覆著。雖然有若干種將復合物模塑成連續長度產品的方法，但是較好采用一種能生產出連續長度產品的方法，它使其中的纖維增強劑按規定的方向排列，一般幾乎與產品的主軸線相同的方向，至少在產品的表面部分(層)里是如此。
為生產本發明的連續長度產品，優選采用注塑方法。之所以傾向于采用注塑方法做為將含纖維增強劑的樹脂或者其粒子(初級模塑產品)模塑成作為最終制品的連續長度產品的手段的理由在于，纖維增強劑是以這樣的方式被含于制成的連續長度產品中的即增強劑是按給定的方向排列的，通常幾乎與產品的主軸線相同的方向，至少在產品的表面部分里是如此。但是在其他模塑方法中(例如T模擠出模塑方法)，象上述的排列狀態幾乎得不到，而且難以成形具有復雜形狀斷面的產品，尤其是具有環狀斷面的產品。
在本發明的連續長度產品中，尤其好的是，纖維增強劑至少在產品的表面部分里基本上沿著平行于產品主軸線(同)方向排列。能賦予產品以上述排列狀態的最有效模塑方法就是“注塑方法”。因此，最希望的就是采用這種“注塑方法”，以便制備出本發明的連續長度產品。而且，將模塑材料引入模具的澆口較好開在模具的端部或者其附近、模具主軸線的延長線上。這一點不同于傳統的生產連續長度產品的注塑方法。在傳統的注塑方法中，澆口一般是開在模具的中心點附近。若澆口開在模具主軸線的端點，則正當樹脂從澆口流向另一端時它已被冷卻，從而使樹脂難以流動。為了避免出現這種狀態，澆口通常部開在模具的中心附近。
下面，將結合實例進一步說明本發明，但是應該認真地理解，本發明絕不局限于這些例子。
在下面的實例中采用了如下的用以測量性能的條件和標準。
(1)熔流速率溶流速率(g/10min)是按照JIS K7210(1976)中測試條件14(230℃，2.16kgf)測定的。
(2)晶體熔點(Tm)在氮氣氛中以20℃/min的速率將10mg的試樣從室溫(23℃)加熱，借助示差掃描量熱法(DSC)測定因晶體熔融產生的吸熱曲線。取吸熱曲線的峰值處的溫度(℃)作為晶體的熔點。當觀察到多個峰時，取面積最大的峰確定晶體熔點。
(3)抗張強度抗張強度(kgf/mm2)按照JIS K7113測定。
(4)抗張模量抗張模量(kgf/mm2)按照JIS K7203測定。
實施例1～3，對比例1通過樹脂喂入口以規定的加料速率向擠塑機加入包括結晶改性丙烯均聚物樹脂(馬來酐單元含量0.3％(重量)，MFR(230℃，2.16kgf)30g/10min，晶體熔點(Tm)163℃)和結晶未改性丙烯均聚物樹脂(MFR(230℃，2.16kgf)30g/10min，晶體熔點(Tm)163℃)的結晶聚烯烴基質樹脂，并且通過粗紗喂入口以規定的加料速率加入硬玻璃粗紗(平均纖維直徑17μm，單絲根數4,000，由Nippon Electric Glass Co.Ltd提供)，獲得了玻璃纖維增強線料。將線料切成規定的長度，得到玻璃長纖維增強樹脂切粒，含有60％(重量)基質樹脂和40％(重量)玻璃長纖維增強劑。
將切粒喂入注塑機(螺桿直徑40mm)螺桿壓縮比1.7，L/D＝16.9)并且熔融。然后將生成的熔融組合物(250℃)喂入安裝在注塑機出料口處的模具中制成斷面如表1所示的連續長度產品。物理測試所得結果載于表1。
作為對比例1，采用與實施例1相同的玻璃長纖維增強樹脂切粒制備了斷面如表1所示的連續長度試樣。該試樣的平均厚度被改變為6mm，越出了本發明權利要求的范圍。物理性能試驗的結果載于表1。
實例4～6，對比例2使用了一臺有2個進料口的擠塑機，其中一個(第一進料口)位于機筒的上游端，而另一個(第二進料口)位于第一進料口的下游側，通過第一進料口加入70％(重量，以增強組合物為基準)與實例1～3相同的結晶聚烯烴基質樹脂，通過第二進料口加入30％(重量，以增強組合物為基準)硬玻璃短纖維增強劑(平均纖維長度0.5mm)，然后進行熔體捏合，獲得玻璃短纖維增強切粒。采用與實例1～3相同的注塑機對切粒進行了與實例1～3相同的操作，制成了斷面如表1所示的連續長度試樣。物理性能測試所得結果載于表1。
采用與實例4～6相同的玻璃短纖維增強樹脂切粒制成了斷面如表1所示的連續長度試樣，作為對比例2。此試樣的厚度被變成6mm，越出了本發明權利要求的范圍。物理性能測試所得結果載于表1。
實例7和8，對比例3通過樹脂加入口向擠塑機內加入規定數量的與實例1～3相同的結晶聚烯烴基質樹脂并進行熔體捏合，同時通過粗紗加入口向擠塑機內加入規定數量的與實例1～3相同的玻璃粗紗，得到玻璃纖維增強線料。將線料切成規定的長度得到玻璃纖維長纖維增強樹脂切粒，含有60％(重量)基質樹脂和40％(重量)玻璃長纖維增強劑。
采用與實例1～3相同的注塑機對切粒進行了與實例1～3相同的操作，制成了斷面如表1所示的連續長度試樣。物理性能測試所得結果載于表1。
采用與實例1～3相同的玻璃短纖維增強樹脂切粒制備了斷面如表1所示的連續長度試樣，作為對比例3。此試樣的厚度被改變為6mm越出了本發明權利要求的范圍，物理性能測試的結果載于表1。
實例9使用與實例1～3相同的擠塑機，對與實例1～3相同的結晶聚烯烴的基質樹脂和與實例1～3相同的玻璃粗紗進行了如實例1～3的相同的操作，得到長纖維增強樹脂切粒，含有80％(重量)結晶聚烯烴基質樹脂和20％(重量)玻璃長纖維增強劑。使用與實例1～3相同的注塑機對切粒進行了與實例1～3相同的操作，制成了斷面形狀如表1所示的連續長度產品試樣。物理性能測試所得的結果載于表1。
實例10及11，對比例4及5以尼龍66(商品名CM3001N，Toray Industries公司提供)(實例10)或尼龍6樹脂(商品名CM1017，Toray Industries公司提供)(實例11)，作為樹脂基質的聚酰胺樹脂，將其與結晶改性丙烯均聚物樹脂(馬來酐單元含量0.3％(重量)，MFR(230℃，2.16kgf)30g/10min，晶體熔點(Tm)163℃)和結晶未改性均聚丙烯(MFR(230℃，2.16kgf)30g/10min，晶體熔點(Tm)163℃)按表1所示的混合比摻混。將所得共混物通過樹脂加入口加入到擠塑機中并熔融捏合制成聚合物合金。采用與實例4～6相同的擠塑機(備有2個進料口)對聚合物合金和短纖維增強劑進行與實例4～6相同的操作，制成纖維增強試樣(其斷面形狀示于表1)，含有作為樹脂基質的聚合物合金，其所含的聚合物合金樹脂基質和短纖維增強劑的比例示于表1。通過粗紗加入口向擠塑機內加入規定數量的玻璃粗紗(平均纖維直徑17μm，單絲根數4,000，由Nippon Electric Glass公司提供)，獲得玻璃纖維增強線料。將線料切成規定的長度得到玻璃長纖維增強樹脂切粒，其中聚合物合金被用作樹脂基質。
將切粒加入到注塑機(螺桿直徑40mm)螺桿壓縮比1.7，L/D＝16.9)中并使之熔融。然后把生成的熔融組合物(250℃)加入到安裝在注塑機出料咀處的模具里，制成斷面形狀如表1所示的連續長度試樣。表1中，“厚度”一詞指的是模塑制品的厚度，不是模塑制品切下部分的厚度。換句話說，此厚度是環狀部分的寬度，其數值由該中空模塑制品斷面的外周長和內周長決定。
在對比例5和6中，所定的試樣厚度超出了本發明的權利要求的范圍。采用了一種增強組合物，其中在樹脂基質中含有一種普通的短纖維增強劑(平均纖維長度0.5mm)，其數量與本發明實例中相同。物理性能測試所得結果載于表1。
表1(I)

PA聚酰胺6(尼龍6)，除非另行指明，PA66聚酰胺66(尼龍66)。該改性結晶聚烯烴樹脂含有0.3％(重量)馬來酐單元。
表1(II)

PA聚酰胺6(尼龍6)，除非另行指明，PA66聚酰胺66(尼龍66)，該改性結晶聚烯烴樹脂含有0.3％(重量)馬來酐單元。
表1(III

PA聚酰胺6(尼龍6)，除非另行指明，PA66聚酰胺66(尼龍66)，該改性結晶聚烯烴樹脂含有0.3％(重量)馬來酐單元。
本發明的效果如前所述，本發明的連續長度產品是用纖維增強樹脂制成的并且被設計成具有形狀比(斷面外邊緣總長度(Lmm/斷面的實際面積(Smm2)，0.5～2.5/mm以及厚度1～4mm。這樣，該連續長度產品在抗張強度方面是優異的。
本發明的定距桿是兩端帶有螺栓孔的上述連續長度產品。該定距桿是用包括樹脂基質和纖維增強劑的纖維增強樹脂制成的，而且在定距桿內部纖維增強劑是這樣分散和存在的，即纖維增強劑至少在定距桿的表面部分沿基本上平行于定距桿的主軸線排列。這樣，該定距桿在抗張強度方面是優異的而且能夠足以承受由混凝土模殼內放置的混凝上產生的朝外的高張應力。而且，定距桿的重量及制備定距桿所用的材料數量可以做得盡可能地小。
在制備按照本發明的連續長度產品的過程中，向連續長度模具內加入由85～50％(重量)基質樹脂和15～50％(重量)平均纖維長度0.3～30mm的纖維增強劑(總量100％(重量)構成的熔融纖維增強樹脂，其加入方式使得熔融纖維增強樹脂基本上平行于模具的主軸線。這樣，便可以生產出一種連續長度產品，其中纖維增強劑是這樣分散和存在于樹脂基質內的，即纖維增強劑至少在產品的表面層內沿基本上平行于產品主軸線排列。如此獲得的連續長度產品在輕量化和抗張強度方面是優異的。
權利要求
1.用包括纖維增強劑和樹脂基質的纖維增強樹脂制成的連續長度產品，所說連續長度產品具有0.5～2.5/mm的形狀比(斷面輪廓總長度(Lmm)/斷面實際面積(Smm2))及1～4mm的厚度。
2.如權利要求1所要求的連續長度產品，其中形狀比(斷面輪廓總長度(Lmm)/斷面實際面積(Smm2))介于0.55～2.2/mm范圍內。
3.如權利要求1或2所要求的連續長度產品，其中斷面形狀選自X形(十形)、H形 形、 形、圓環形和多邊環形。
4.如權利要求1～3中任何一項所要求的連續長度產品，其中纖維增強劑是這樣分散和存在于樹脂基質中的，即纖維增強劑，至少在連續長度產品的表面部分里，沿基本上平行于連續長度產品的主軸線排列。
5.如權利要求1～4中任何一項所要求的連續長度產品，其中所說的連續長度產品是用纖維增強樹脂制成的，此樹脂含有平均纖維長度為0.3～30mm的纖維增強劑，且其平均厚度為1.5～3.5mm。
6.如權利要求1～5中任何一項所要求的連續長度產品，其中所說的連續長度產品是用纖維增強樹脂制成的，此樹脂含有平均纖維長度為3～30mm的纖維增強劑，且其平均厚度為1.5～3.5mm。
7.如權利要求1～6中任何一項所要求的連續長度產品，其中被含于連續長度產品中的纖維增強劑的數量為15～50％(重量)。
8.如權利要求1～7中任何一項所要求的連續長度產品，其中被含于連續長度產品中的纖維增強劑的數量為20～40％(重量)。
9.如權利要求1～3任何一項所要求的連續長度產品，其中纖維增強劑至少是一種選自無機纖維、有機纖維和碳纖維的纖維。
10.如權利要求1～9中任何一項所要求的連續長度產品，其中纖維增強劑是硬玻璃纖維，具有3～21μm的平均纖維直徑，不小于20.5MPa的抗張強度和725MPa的拉伸模量。
11.如權利要求1～10中任何一項所要求的連續長度產品，其中樹脂基質至少是一種選自熱塑性樹脂和熱固性樹脂的樹脂。
12.如權利要求1～11中任何一項所要求的連續長度產品，其中樹脂基質至少是一種選自結晶熱塑性樹脂的樹脂。
13.如權利要求1～12中任何一項所要求的連續長度產品，其中被用作樹脂基質的熱塑性樹脂是結晶聚烯烴樹脂、聚酰胺樹脂或這兩種樹脂的組合物。
14.如權利要求1～13中任何一項所要求的連續長度產品，其中樹脂基質是結晶聚烯烴樹脂或者所說結晶聚烯烴樹脂與熱塑性樹脂的組合物，所說結晶聚烯烴樹脂是用馬來酐至少部分地改性的聚烯烴樹脂，而且其含量，以樹脂基質為基準，為10～30％(重量)。
15.如權利要求1～14中任何一項所要求的連續長度產品，其中結晶聚烯烴樹脂至少是一種選自結晶丙烯均聚物和結晶丙烯-α烯烴共聚物的聚合物，它具有不小于10g/10min的MFR(230℃，2.16kgf)和160～170℃的晶體熔點(Tm)。
16.如權利要求15要求的連續長度產品，其中丙烯-α烯烴共聚物中的α烯烴是乙烯。
17.如權利要求11～14中任何一項所要求的連續長度產品，其中聚酰胺樹脂至少是一種選自開環加成聚合尼龍，如尼龍6、尼龍7、尼龍11和尼龍12；共縮聚尼龍，如尼龍66、尼龍67、尼龍610、和尼龍612；以及對苯二胺-低級脂族二羧酸共縮聚尼龍。
18.如權利要求1～13中任何一項所要求的連續長度產品，其中樹脂基質是一種樹脂組合物，其中包含50～75％(重量)聚酰胺樹脂和50～25％(重量)結晶聚烯烴樹脂(總數量100％(重量))，而且其結晶平衡時間為300～550秒。
19.如權利要求1～13中任何一項所要求的連續長度產品，其中樹脂基質是一種樹脂組合物，其中包含53～71％(重量)聚酰胺樹脂和47～29％(重量)結晶聚烯烴樹脂(總數量100％(重量))，而且其結晶平衡時間為350～420秒。
20.用于連續長度產品成形的注塑方法，包括向連續長度模具里注入含有85～50％(重量)基質樹脂和15～50％(重量)平均長度為0.3～30mm的纖維增強劑(總數量100％(重量))，其注入方式為，熔融纖維增強樹脂幾乎沿著模具的主軸線注入。
21.如權利要求20所要求的用于連續長度產品成形的注塑方法，其中纖維增強樹脂含有平均纖維長度為3～30mm的纖維增強劑。
22.一種樹脂定距桿，系用于混凝土模殼的狹長定距桿，它包括狹長的桿體和桿體兩端面上的螺栓孔，其中定距桿的形狀比(斷面輪廓線的全長Lmm/斷面的實際面積(Smm2))為0.45～2.5/mm，且其平均厚度為1～4mm，纖維增強劑是這樣分散和被含于樹脂基質當中的，即纖維增強劑至少在定距桿的表面層內沿著基本上平行于定距桿主軸線排列。
23.如權利要求22所要求的定距桿，其中形狀比(斷面輪廓線的全長(Lmm)/斷面的實際面積(Smm2))介于0.5～2.2/mm。
24.如權利要求22或23所要求的定距桿，其中定距桿是用纖維增強樹脂制作的，它包含平均纖維長度為0.3～30mm的纖維增強劑，而且其平均厚度為1.5～3.5mm。
25.如權利要求22～24中任何一項所要求的定距桿，其中定距桿是用纖維增強復合物制作的，它包含平均纖維長度為3～30mm的纖維增強劑，而且其平均厚度為1.5～3.5mm。
26.如權利要求22～25中任何一項所要求的定距桿，其中被含于定距桿中的纖維增強劑的數量為15～50％(重量)。
27.如權利要求22～26中任何一項所要求的定距桿，其中被含于定距桿中的纖維增強劑的數量為20～40％(重量)。
28.如權利要求22～27中任何一項所要求的定距桿，其中纖維增強劑至少為一種選自無機纖維、有機纖維和碳纖維的纖維。
29.如權利要求22～28中任何一項所要求的定距桿，其中纖維增強劑是硬玻璃纖維，其平均纖維長度為0.3～30mm，平均纖維直徑為3～21μm，抗張強度不低于20.5MPa以及拉伸模量不低于725MPa。
30.如權利要求22～25中任何一項所要求的定距桿，其中基質是一種樹脂組合物，其中包含50～75％(重量)聚酰胺樹脂和50～25％(重量)結晶聚烯烴樹脂(總數量100％(重量))，而且其結晶平衡時間為300～550秒。
31.如權利要求22～30中任何一項所要求的定距桿，其中基質是一種樹脂組合物，其中包含53～71％(重量)聚酰胺樹脂和47～29％(重量)結晶聚烯烴樹脂(總數量100％(重量))，而且其結晶平衡時間為350～420秒。
32.如權利要求30～31中任何一項所要求的定距桿，其中聚酰胺樹脂至少是一種選自開環加成聚合尼龍，如尼龍6、尼龍7、尼龍11和尼龍12；共縮聚尼龍，如尼龍66、尼龍67、尼龍610、和尼龍612；以及對苯二胺-低級脂族二羧酸共縮聚尼龍。
33.如權利要求22～32中任何一項所要求的定距桿，其中結晶聚烯烴樹脂至少是一種選自結晶丙烯均聚物和結晶丙烯-α烯烴共聚物的聚合物，而且其MFR(230℃，2.16kgf)不小于10g/10min以及晶體熔點(Tm)為160～170℃。
34.如權利要求30～33中任何一項所要求的定距桿，其中結晶丙烯-α烯烴共聚物中的α烯烴是乙烯。
全文摘要
披露了一種連續長度產品，用纖維增強樹脂制成，其形狀比(斷面輪廓的全長(Lmm)/斷面的實際面積(Smm
文檔編號E04G17/065GK1131925SQ9519073
公開日1996年9月25日 申請日期1995年6月13日 優先權日1994年6月17日
發明者吉光稔, 米內山力男, 渥美信和 申請人:智索股份有限公司