复合形成材料、射出成形品及复合形成材料的制造方法

摘要

本发明提供一种可维持射出成形品本身的强度且提升射出成形品的微细部的强度的复合形成材料。本发明涉及一种复合形成材料，包含热可塑性树脂、平均纤维径为1μm至7μm且混练前的纤维长为300μm至1000μm的玻璃短纤维、以及平均纤维径为7μm至20μm的纤维状的补强材，如此可维持射出成形品本身的强度且提升射出成形品的微细部的强度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合形成材料、射出成形品及复合形成材料的 制造方法，特别是涉及一种在射出成形时在模具的微细部也能填充 补强材的复合形成材料、由该复合形成材料经射出成形的射出成形 品、及复合形成材料的制造方法。

背景技术

虽然塑胶由于轻量而能用于各种用途，然而因弹性率低不适 合作为构造用材料。因此，与如玻璃纤维般弹性率高的材料形成 的复合形成材料，可作为轻量且强度高的材料使用。作为用以形 成复合形成材料的补强材，除了玻璃纤维以外，已知有碳纤维、 强度高的树脂纤维、克维拉(Kevlar)、大力马(Dyneema)等纤维状 的补强材。

此种复合形成材料可利用于机械机构组件、电器组件、飞机组 件、船舶组件、汽车组件、事务用组件、建筑材料、纤维制品、杂 货等广泛的领域，然而，当树脂中的补强材的分散不均时，在制品 使用中发生弯曲等不良产生，因而补强材于树脂中均匀分散相当重 要。

于树脂中混入/分散补强材的方法大体上区分为2种类。其一 为一于补强材中将具有方向性的塑胶浸润于其中的方法，另一为于 树脂中使补强材分散的方法。

前者的方法预先使补强材成为均匀的网目状后使其浸润于塑 胶中，使补强材均匀分散树脂中。然而，通常薄的补强材层为了补 强材的方向各异，而有必要重叠多层，因反复操作补强材层的积层 及塑胶硬化的手续，使制造成本增加，同时缺乏量产性，再者，有 难以制造复杂形状的组件的问题。

另一方面，后者的方法中：(1)通过挤出机在加热熔融的热可 塑性树脂中混练补强材而先行制造复合形成材料的圆粒(pellet)， 接着将此圆粒供给至射出成形机，于该成形机内加热混练，使树脂 熔融并射出至模具内而成形的2阶段工序；或(2)混练与射出成形连 续进行的1阶段工序，藉此而制造制品，因此具有量产性佳的优点。

作为后者的方法中所使用的补强材，已知有平均纤维径10μ m至18μm左右的玻璃纤维(参照专利文献1)、10μm至20μm(参 照专利文献2)左右的玻璃纤维等，汇集此种尺寸的单纤维50条至 200条的玻璃纤维裁切成既定的长度，切股(choppedstrand)可为一 般使用。

此外，已知作为切股以外的补强材因为可由再生玻璃制作、可 以有效活用资源且作为住宅用建材的隔热效果佳，因而使用近年受 到瞩目的素材的玻璃短纤维(GlassWool)可减少外观不良(参照专 利文献3)。

再者，本发明者等发现在将所述玻璃短纤维投入熔融的热可塑 性树脂中时，通过将玻璃短纤维加热并添加于热可塑性树脂，所得 到的复合形成材料中的玻璃短纤维相较于未加热而添加的情形，比 较不易被切断、且能以维持纤维较长的状态分散于热可塑性树脂中， 因此申请专利(参照专利文献4)。

一般而言，制作射出成形品时，将熔融的复合形成材料施加来 自模具填充口的压力而挤入模具中，于模具全体中填充复合形成材 料而成形。说到此，近年以射出成形而制作的射出成形品构造复杂 /微细化，例如：射出成形品中的一部分厚度相异、射出成形品的 一部分有弯折、射出成形品的一部分设有格子状等微细的形状等 (以下，射出成形品中厚度相异的部分、弯折部分、微细的形状部 分记载为「微细部」)，诉求以射出成形制作复杂的形状。

然而，在以射出成形制作含有微细部的制品时，当使用玻璃 纤维等平均纤维径比较大的补强材，模具对应于制品的微细部的 部分、形成屈曲等复杂的形状，玻璃纤维难以进入对应于微细部 的部分，结果会有射出成形品中的微细部的强度劣化问题。另一 方面，当使用玻璃短纤维等平均纤维径比较小的补强材时，虽然 射出成形品的微细部的强度提升，却有射出成形品全体的强度劣 化的问题。再者，将含有玻璃纤维等平均纤维径比较大的补强材 的复合形成材料射出成形于含有微细部的模具时，会有模具中的 补强材均匀分散性恶化，各制品及/或即使是同一制品依部位不同 而有强度不一致，制品的良率不佳的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-7179号公报。

专利文献2:日本特开2007-277391号公报。

专利文献3:日本特开2011-183638号公报。

专利文献4:日本特愿2012-089067号公报。

发明内容

(发明要解决的问题)

本发明为了解决所述问题点，经精心研究，发现以热可塑性树 脂及平均纤维径相异的2种以上的纤维状的补强材制作复合形成 材料，使用该复合形成材料制作射出成形品，可维持制品的基本部 分的强度，同时制品的微细部经填充平均纤维径小的补强材而提升 微细部的强度。

换言之，本发明的目的为提供一种复合形成材料、射出成形品 及复合形成材料的制造方法。

(用于解决问题的方案)

本发明涉及如下所示的复合形成材料、射出成形品及复合形成 材料的制造方法。

(1)一种复合形成材料，其特征在于，包含热可塑性树脂、平 均纤维径为1μm至7μm且混练前的纤维长为300μm至1000μ m的玻璃短纤维及平均纤维径为7μm至20μm的纤维状的补强材。

(2)如上述(1)所述的复合形成材料，其特征在于，所述平均 纤维径7μm至20μm的纤维状的补强材为玻璃纤维。

(3)如上述(1)或(2)所述的复合形成材料，其特征在于，所述 玻璃短纤维为经选自硅烷耦合剂、润滑剂及皮膜形成材中至少1 种进行表面处理。

(4)如上述(2)或(3)所述的复合形成材料，其特征在于，所述 玻璃纤维为经选自硅烷耦合剂、润滑剂及皮膜形成材中至少1种进 行表面处理。

(5)一种复合形成材料，其特征在于，包含热可塑性树脂、平 均纤维径为1μm至7μm且混练前的纤维长为300μm至1000μ m的玻璃短纤维、以及平均纤维径为7μm至20μm的纤维状的补 强材，所述补强材内，至少将玻璃短纤维以经熔融的热可塑性树脂 的温度为基准减去150℃至加上50℃的范围内加热后，投入经熔融 的热可塑性树脂中。

(6)如上述(1)至(5)中任一项所述的复合形成材料，其特征在 于，前述复合形成材料为射出成形用。

(7)一种射出成形品，其特征在于，将上述(1)至(6)中任一项 所述的复合形成材料经射出成形而制作。

(8)一种复合形成材料的制造方法，该复合形成材料包含热可 塑性树脂、平均纤维径为1μm至7μm且混练前的纤维长为300 μm至1000μm的玻璃短纤维及平均纤维径为7μm至20μm的 纤维状的补强材，其特征在于，所述补强材内，至少将玻璃短纤维 以经熔融的热可塑性树脂的温度为基准减去150℃至加上50℃的 范围内加热后，投入经熔融的热可塑性树脂中。

(9)如上述(8)所述的复合形成材料的制造方法，其特征在于， 所述平均纤维径7μm至20μm的纤维状的补强材为玻璃纤维。

(发明效果)

使用本发明的复合形成材料进行射出成形，能够将补强材填充 至所得的射出成形品的微细部。因此，能够维持射出成形品本身的 强度且提升微细部的强度，而能效率良好以射出成形制作小型冷却 风扇、半导体预烧承座(burn-insocket)等构造复杂且要求微细部的 强度的制品。

本发明的复合形成材料含有2种以上平均纤维径相异的纤维 状的补强材，即，由于相同质量的补强材平均纤维径大的补强材的 比例减少，所以可降低射出成形时的复合形成材料的黏度。因此， 可降低将熔融的复合形成材料挤入模具所施加的压力，使模具的耗 损减少而提升耐久性。

此外，使用本发明的复合形成材料制作射出成形品时，由于平 均纤维径大的补强材的分散性提升，可使各别制品及/或同一制品 中因部位不同而有强度不一致的情况减少，而提高制品的良率。

再者，2种以上平均纤维径相异的纤维状的补强材内，由于至 少将体积密度最低的补强材，在以熔融的热可塑性树脂的温度为基 准减去150℃至加50℃范围内加热后，通过投入熔融的热可塑性树 脂，更可长久维持复合形成材料中的补强材的纤维长，并提升使用 所述复合形成材料的射出成型品的强度。

附图说明

图1为概略显示实施例3所制作的冷却模组用涡轮风扇(turbo fan)的影像图。

图2为以照片取代附图，显示于实施例3所制作的冷却模组用 涡轮风扇的破坏强度试验中，以试验机的治具负载于风扇的情形。

图3为以照片取代附图，显示从实施例3所制作的冷却模组用 涡轮风扇所切出的叶片(blade)的弯曲试验中，以试验机的治具负载 于叶片的情形。

图4为显示实施例3、比较例4及比较例5所制作的冷却模组 用涡轮风扇的破坏强度试验及从冷却模组用涡轮风扇所切出的叶 片的弯曲试验的结果的图表。

图5为以照片取代附图，显示将叶片固定于试料夹具用以进行 X射线CT摄影。照片中，以圆圈所圈起的先端部分为X射线CT 摄影处。

图6为以照片取代附图，(a)显示从实施例3、(b)显示从比较 例4制作风扇所切出的叶片的先端部分的穿透3D影像。

图7为以照片取代附图，显示实施例4所得的半导体预烧承座 的照片。以圆圈圈起的部分为格子状的微细部。

图8为以照片取代附图，显示实施例4所得的半导体预烧承座 的格子状部分固定于试料夹具的状态。

图9为以照片取代附图，(a)显示实施例4、(b)显示比较例6 所得的半导体预烧承座的格子状部分的穿透3D影像的照片。

具体实施方式

以下，详细说明关于本发明的复合形成材料、射出成形品及复 合形成材料的制造方法。

首先，构成本发明的复合形成材料的热可塑性树脂只要是能够 分散补强材，则无特别限定，例如：泛用塑胶、工程/塑胶、超级 工程塑胶等，可列举一直以来所使用的热可塑性树脂。具体而言， 作为泛用塑胶，可列举如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、 聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚醋酸乙烯(PVAc)、聚四氟乙烯 (PTFE)、丙烯睛丁二烯苯乙烯树脂(ABS树脂)、苯乙烯丙烯晴共聚 物(AS树脂)、丙烯酸树脂(PMMA)等。作为工程/塑胶，可列举以 尼龙(nylon)为代表的聚酰胺(PA)、聚缩醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、 改质聚苯醚(m-PPE、改质PPE、PPO)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、 聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、对位性聚苯乙烯(SPS)、环状聚烯烃 (COP)等。作为超级工程塑胶，可列举聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫 (PPS)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、非晶聚芳 香酯(PAR)、聚二醚酮(PEEK)、热可塑性聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰 亚胺(PAI)等。这些树脂可使用1种也可组合2种以上使用。

作为本发明中所使用的纤维状的补强材(以下，有时会将纤维 状的补强材简称为「纤维」或「补强材」)，可列举玻璃纤维、玻 璃短纤维、碳纤维、赛璐珞(cellulose)纤维、芳香族聚酰胺纤维、 聚酰亚胺纤维、聚酰胺酰亚胺纤维、杂环高性能纤维、聚芳香酯纤 维、克维拉、大力马、钛酸钾纤维、陶瓷纤维等。本发明的复合形 成材料中含有至少2种以上平均纤维径相异的补强材，以对应作为 目标的射出成形品的形状适当选择即可。此外，本发明的复合形成 材料，必要时，也可于2种以上平均纤维径相异的补强材中添加石 英、二氧化硅、滑石、氧化钙、氢氧化镁、氢氧化铝等填充剂。

本发明中，「补强材」意指选择的1种补强材的集合体，而非 补强材中包含的各种纤维。此外，本发明中，选择的至少2种补强 材的平均纤维径相异即可，只要补强材中包含的各种纤维径不一致， 就算所选择的2种补强材的各个纤维径的一部重复也不会有问题。 再者，本发明中，2种以上平均纤维径相异的补强材，只要补强材 的平均纤维径相异，也可为相异材质的纤维，例如，玻璃纤维与玻 璃短纤维等，也可为相同材质且平均纤维径相异的纤维。

本发明的复合形成材料中包含2种以上平均纤维径相异的补 强材，因此可维持射出成形品的强度，且平均纤维径细的补强材相 较于平均纤维径粗的补强材容易填充射出成形品的微细部，也可提 升射出成形品的微细部的强度。承上述，只要补强材的平均纤维径 相异即可达成本发明的效果，然而，复合形成材料中，必须维持射 出成形品的强度，故例如以包含平均纤维径7μm至20μm左右的 补强材为优选，更优选为10μm至18μm左右。当平均纤维径超 过20μm时，射出成形品的表面变得粗糙，又，复合形成材料的 流动性恶化，必须提高对射出成形时模具的挤入压力，使模具容易 耗损因而不优选。又，以补强材也能填充于射出成形品的微细部为 优选，因此，例如以包含平均纤维径1μm至7μm左右的补强材 为优选，更优选为3μm至4μm左右。当补强材的平均纤维径细 于1μm时，制造成本变的极高，且纤维的体积密度增加，因而难 以对热可塑性树脂均质的混錬，且在复合形成材料的制作中及/或 在射出成形中容易被切断，使得射出成形品的强度降低，因而不优 选。此外，除了所述平均纤维径相异的补强材以外，又添加补强材 时，只要平均纤维径为1μm至20μm的补强材则无特别限制，依 照提升射出成形品本身或微细部的强度，适当选择添加的补强材即 可。作为满足所述平均纤维径组合的补强材，例如可列举玻璃短纤 维与玻璃纤维、玻璃短纤维与碳纤维、陶瓷纤维与玻璃纤维、钛酸 钾纤维与玻璃纤维、玻璃短纤维与克维拉、玻璃短纤维与聚酰亚胺 纤维、玻璃短纤维与玻璃纤维与碳纤维、玻璃短纤维与玻璃纤维与 陶瓷纤维、玻璃短纤维与玻璃纤维与钛酸钾纤维、玻璃短纤维与玻 璃纤维与克维拉、玻璃短纤维与玻璃纤维与聚酰亚胺纤维等组合。

所述的补强材只要是相关技术领域中通常制造或容易入手并 无特别限制。例如，可使用将聚集50条至200条平均纤维径7μm 至20μm单纤维的玻璃丝裁切成既定长度而成的切股毡作为玻璃 纤维。此外，可使用将平均纤维径约1μm至7μm、纤维长300 μm至1000μm左右的玻璃纤维形成绵状者作为玻璃短纤维。平 均纤维径为5μm至7μm的PAN系碳纤维的单纤维的原丝 (filament)、平均纤维径为7μm至10μm的沥青(pitch)系碳纤维的 单纤维的原丝作为碳纤维。可使用平均纤维径为2μm至4μm非 晶质的硅铝纤维(RCF)、平均纤维径为2μm至5μm的结晶质纤 维(AF)作为陶瓷纤维。可使用平均纤维径为1μm至2μm左右作 为钛酸钾纤维。且，所述的例示表示一般经常使用的平均纤维径， 除了上述所例示的纤维，赛璐珞纤维、芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚 胺纤维、聚酰胺酰亚胺纤维、杂环高性能纤维、聚芳香酯纤维、克 维拉、大力马等纤维可调整制造工序，而调整平均纤维径。

使用玻璃纤维、玻璃短纤维、陶瓷纤维、碳纤维等无机系补强 材作为补强材时，由于热可塑性树脂为有机材料，仅单纯将无机系 补强材分散于热可塑性树脂时，无机系补强材与热可塑性树脂的接 着性变弱。因此，以将无机系补强材经硅烷耦合剂表面处理后分散 于热可塑性树脂为优选。

作为硅烷耦合剂，只要是一直以来使用者并无特别限定，考虑 与构成复合形成材料的热可塑性树脂的反应性、热安定性等后决定 即可，例如可列举胺基硅烷系、环氧硅烷系、烯丙基硅烷系、乙烯 基硅烷系等硅烷耦合剂。这些硅烷耦合剂可使用东丽道康宁公司 (DowCorningTorayCo.,Ltd)制的Z系列、信越化学工业公司制的 KBM系列、KBE系列、杰恩智股份有限公司(JNCCo.,Ltd)制等市 售品。

可通过将所述硅烷耦合剂溶解于溶媒中，喷雾/干燥于无机系 补强材上，进行无机系补强材的表面处理。相对于所述无机系补强 材，硅烷耦合剂的重量百分率为0.1至2.0wt％，较优选为0.15至 0.4wt％，更优选为0.24wt％。

本发明中，也可用润滑剂对无机系补强材进行表面处理。润滑 剂只要是在无机系补强材混练于热可塑性树脂中时能使无机系补 强材变滑而容易分散于热可塑性树脂，则无特别限制，虽然可使用 硅油等一直以来使用的润滑剂，但以杯芳烃(calixarene)为特优选。 由于硅为油质，故缺乏与热可塑性树脂的亲和性，但由于杯芳烃为 苯酚树脂，故一方面可提升无机系补强材的润滑，另一方面与热可 塑性树脂的亲和性表现优异，所以可使无机系补强材维持现状，也 可增加复合形成材料中的无机系补强材的添加量。

杯芳烃为多个(例如4至8个的范围内)的苯酚单元或间苯二酚 单元以环状键结的环状寡聚物，4聚体的例子，可列举如下式(1) 所示的间苯二酚环状4聚体。

式中，R₁表示羟基，R₂表示碳数1至17的直链状烷基或苯基。

所述通式(1)所示杯芳烃的制造方法，将间苯二酚或间苯二酚 衍生物与醛类化合物(三聚甲醛或三聚乙醛)以既定的莫耳比，于乙 醇或醋酸溶媒中盐酸或硫酸触媒下，在既定的温度使其反应数小时 可合成环状化合物、线状化合物。再由此合成的生成物，经甲醇等 再结晶而单离获得杯芳烃。例如可列举如下式(2)所示的反应，可 从生成物仅单离出杯芳烃。

式中，R₃表示C₁₀H₂₁。

在此种杯芳烃的制造方法中，以间苯二酚衍生物与醛类化合物 的莫耳比相等所得的杯芳烃为优选。醛类化合物过多时，可能会优 先生成线状体或分枝状物。

此外，可列举如下式(3)所示的对-聚羟基杯[6]芳烃 (p-polyhydroxycalix[6]arene)，作为6聚体的举例。

所述对-聚羟基杯[6]芳烃，例如可由下式(4)的流程合成，详细 工序记载于Macromolecules2005，38，6871-6875。

溶解所合成的杯芳烃的溶媒只要能溶解杯芳烃，则无特别限制， 例如可列举甲醇、乙醇、丙酮、四氢呋喃(THF)、氯仿、二甲基亚 砜(DMSO)、二乙二醇(DEG)、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、 二氧陆圜、甲基异丁基酮、甲基第三丁醚、聚乙二醇、甲苯、二甲 苯、二氯甲烷、二乙醚等。

无机系补强材的表面处理以溶解杯芳烃的溶液，喷雾/干燥于 无机系补强材而进行。

所述溶解杯芳烃的溶液可由所述制法而制造，然而，也可使用 例如Nanodax公司制的塑胶改质剂nanodaX(注册商标)。相对于无 机系补强材，塑胶改质剂nanodaX(注册商标)的重量百分率以0.001 至0.5wt％为优选，更优选为0.01至0.3wt％。

无机系补强材可经所述硅烷耦合剂或润滑剂处理，也可经硅烷 耦合剂及润滑剂处理。

此外，无机系补强材除了可经所述硅烷耦合剂及/或润滑剂表 面处理外，也可用环氧树脂、醋酸乙烯树脂、醋酸乙烯共聚物树脂、 胺甲酸乙酯树脂、丙烯酸树脂等公知的皮膜形成剂进行表面处理。 这些皮膜形成剂可单独或混合2种以上混合使用，皮膜形成剂的重 量百分率相对于硅烷耦合剂，以5倍至15倍为优选。

无机系补强材可于与热可塑性树脂混练前进行所述表面处理， 也可事先准备仅以润滑剂进行表面处理的无机系补强材，并根据使 用的热可塑性树脂于混练前以期望的硅烷耦合剂进行表面处理。此 外，也可预先以润滑剂及硅烷耦合剂进行表面处理，再者，必要时 也可预先以皮膜形成剂处理。

本发明的复合形成材料中，在无损本发明目的的范围内，也可 调配习知的紫外线吸收剂、安定剂、抗氧化剂、塑化剂、着色剂、 整色剂、难燃剂、抗静电剂、萤光增白剂、消光剂、冲撃强度改良 剂等添加剂。

本发明的复合形成材料，可经由将热可塑性树脂及2种以上必 要时经表面处理过的平均纤维径相异的补强材以及必要时添加的 各种添加剂，以单轴或多轴的挤出机、捏揉机(kneader)、混合辊 (mixingroll)、班布里拌合机(Banburymixer)等习知的熔融混练机， 在200℃至400℃的温度进行熔融混练而制造。关于制造装置并无 特别限制，但以使用二轴挤出机进行熔融混练为简便且较优选。经 混练的复合形成材料可直接射出形成于模具，也可先形成圆粒 (pellet)后再射出成形。此外，本发明的复合形成材料，可经由先 制作多种仅含有1种补强材的圆粒，将含有平均纤维径相异的补强 材的圆粒组合再熔融/混合而制作，也可将含有平均纤维径相异的 补强材的圆粒组合后干式掺合(dryblend)而制作。再者，也可先制 作至少含有1种补强材的圆粒，将该圆粒熔融后，再添加/混练平 均纤维径相异的补强材。

此外，使用玻璃短纤维等直径细且体积密度低的补强材时，至 少将体积密度最低的补强材加热后加入熔融的热可塑性树脂。例如 为玻璃短纤维时，相对于同重量的热可塑性树脂，玻璃短纤维的外 观体积约为20倍，包含大量的空气。因此，在熔融的热可塑性树 脂中逐次投入玻璃短纤维时，仅有与投入的玻璃短纤维接触部分的 热可塑性树脂与绵状的玻璃短纤维之间因保持着空气而冷却，其他 热可塑性树脂部分黏度改变。于是，在混练黏度相异状态的热可塑 性树脂时，对玻璃短纤维造成相异的负荷，结果，使玻璃短纤维容 易被切断。因此，为了即使投入玻璃短纤维也不会改变热可塑性树 脂的黏度，希望能预先加热玻璃短纤维再投入。当然，预先加热的 并未限定是体积密度最低的补强材，其他补强材也可经加热后再添 加。

补强材的加热温度以熔融热可塑性树脂的温度为基准，以减去 150℃至加50℃左右为优选。热可塑性树脂的熔融温度变高黏度则 降低，使补强材容易分散，然而，当热可塑性树脂温度过高时，特 性会急遽变化。因此，本发明希望热可塑性树脂的熔融温度为一边 以该领域通常进行的温度熔融且一边加热补强材的温度。补强材的 加热温度，虽然依照使用的热可塑性树脂的种类，但为了避免热可 塑性树脂的劣化，以热可塑性树脂的熔融温度为基准，再高20℃ 左右进行加热为更优选。另一方面，虽然下限値只要加热就能获得 效果，故无特别限定，但以热可塑性树脂的熔融温度为基准，减少 100℃左右为更优选，又更优选为减少50℃左右。以补强材与熔融 的树脂加热至相同温度为最优选。

补强材的加热，例如，在混练装置的补强材投入装置的进料斗 (hopper)部分设置加热手段等，只要能于熔融的热可塑性树脂中加 热补强材后投入，则无特别限制。此外，使用玻璃纤维的股线等长 纤维状的补强材时，若将加热手段围绕设置的管中使补强材通过并 加热，也可再投入熔融的热可塑性树脂。

通过所述方法所制造的复合形成材料中的补强材，由于混练时 的热可塑性树脂的粘性变化较少，故不容易被切断。因此，更可长 久维持补强材的纤维长且分散于热可塑性树脂中，因而可提升复合 形成材料的强度，此外，也能提升使用所述复合形成材料的射出成 型品的强度。再者，使用无机系补强材时，经润滑剂，特别是经杯 芳烃表面处理时，无机系补强材的润滑变好，更能维持无机系补强 材的纤维长，可使更多的无机系补强材分散于热可塑性树脂中。

本发明的复合形成材料中，相对于热可塑性树脂的全部补强材 的调配比率、以及补强材与补强材的调配比率，依照期望的射出成 形品的强度及射出成形品的微细部的形状等，适当选择即可。

本发明的复合形成材料作为射出成形用的原料特别有用。此外， 本发明的射出成形品的用途，例如可用于汽车领域、电气/电子领 域、一般机械领域、家电机器等领域。

汽车领域可列举如带散热器的油箱(radiatortank)、风扇、散 热器风扇(radiatorfan)等车辆用风扇、扣件(fastener)、轮毂盖(wheel cap)、汽缸头盖(cylinderheadcover)、门用握把(doorhandle)、安 全带组件、保险杆(bumper)、汽门(valve)、电装组件、内装组件类 等。

电气/电子领域可列举如冷却模组用涡轮风扇等风扇、半导体 预烧承座等评估用治具、连接器、反射器、线圈架(coilbobbin)、 开关组件、信号筒、接线板(terminalblock)、电器制品的洗衣机、 电冰箱、吸尘器、电话机、行动电话、电视、电脑、冷暖气机、照 明机器、电风扇、电热炉、熨斗、播放器等。

其他还可列举如窗框(sash)组件、螺杆、齿轮、齿条与小齿轮 (rackandpinion)、轴承(bearing)、轴件(shaft)、弹簧、滑动组件的 滑轮/轴承/齿轮/树脂脚轮(caster)/实心轮胎(solidtire)、一般机械领 域或家电机器的组件等。

所述例示为射出成形品典型的范例，其他各种树脂成形品、取 代玻璃的塑胶制品、飞机内装树脂构件、土木建筑树脂资材、农业 用资材制品、渔业用资材制品、各种车辆用组件、铁路电车内装材、 船舶的树脂用品以及树脂构造物、各种内部/外部制品、纤维强化 塑胶(FiberReinforcedPlastic；FRP)树脂制品、产业用电器组件、 自行车用具、一般树脂容器、家庭用厨房用品、树脂衣橱、树脂食 器、树脂槽、捆包用资材制品、清扫用具、工具箱、各种休闲用品、 游戏机、电玩用具、柏青哥机器、扩充槽(slot)机器、太阳电池安 装机器、道路标志、道路安全用品、钓竿及钓具、树脂化妆板、插 座(consent)、OA机器树脂组件、复写机树脂组件、相机组件、医 疗用机器、文具制品、各种事务机器及用品、看板树脂资材、美容 /理容器具及用品、眼镜树脂架、园艺资材用品、树脂人工草皮、 工业用树脂阀、树脂扣件、树脂包装材、树脂管、树脂软管、送水 管用树脂阀、电线被覆材、树脂结节束带、树脂浴槽、树脂箱、导 管配管缆线、网、挡风罩、货物装卸用树脂托板、树脂容器、树脂 托盘、树脂地板等可通过射出成形制造则无特别限制。由于使用本 发明的复合形成材料，与习知品相较，可获得强度等附加价值高的 射出成形品。

并且，本发明的复合形成材料对于射出成形的用途产生特别优 异的功效，然而，也可用于例如板状物的加压成形等射出成形以外 用途。

以下虽然揭载实施例并具体说明本发明，但这些实施例仅用以 说明本发明，提供作为其具体态样的参考。这些例示为用以说明本 发明特定的具体态样，并非用以限定本案所揭示发明的范围或表示 限制的事项。

【实施例】

[复合形成材料的制作]

(玻璃短纤维1的制作)

首先，对于以离心法所制造的玻璃短纤维(平均纤维径：约3.6 μm)，以黏合剂喷嘴将含有硅烷耦合剂及皮膜形成剂的溶液，经 喷雾进行表面处理。硅烷耦合剂为环氧硅烷耦合剂Z4060(东丽道 康宁社制)，皮膜形成剂使用环氧皮膜形成剂EM-058(ADEKA公司 制)。此时，相对于玻璃短纤维，环氧硅烷耦合剂的重量百分率为 0.24wt％，皮膜形成剂的重量百分率为2.4wt％。随后，将玻璃短纤 维于150℃干燥1小时后，以粉碎研磨机粉碎处理成平均纤维长850 μm。

(含有玻璃短纤维1的圆粒的制作)

使用同方向二轴混练挤出机ZE40A((43L/D＝40)、 BERSTORFF公司制)作为挤出成形机，使用重量式螺旋送料机 S210(K-Troncan公司制)作为计量装置，于熔融的聚对苯二甲酸丁 二酯(PBT、Polyplastics公司制XFR4840)中，以圆粒中的比率为 30wt％方式添加玻璃短纤维并加以混练。混练条件以螺杆旋转数 120rpm、树脂压力0.9Mpa、电流36A、进料量15Kg/hr进行。此 外，混练时的PBT的树脂温度为250℃，以25℃添加玻璃短纤维。 混练后，通过螺杆的排出转盘旋转，将从设置于料桶前端的模具挤 出的股线(棒状线型)通过股线汇流台(strandbus)将其冷却后，以股 线裁切机切断，而制作含有玻璃短纤维1的圆粒。

(实施例1)

将以所述顺序制作的含有玻璃短纤维1的圆粒及含有30wt％ 玻璃纤维(平均纤维径：13μm)的圆粒(日本Polyplastics制 6840GF30)以1：1的比例混合，以滚筒的旋转数30rpm、10分钟， 通过干式掺合而制作复合形成材料。

(比较例1)

以所述含有玻璃纤维30wt％的圆粒(日本Polyplastics制 6840GF30)作为比较例1的复合形成材料。

(比较例2)

以所述所制作含有玻璃短纤维1的圆粒作为比较例2的复合形 成材料。

所述实施例1、比较例1及比较例2的复合形成材料中的补强 材的含量表示于表1。

【表1】

(玻璃短纤维2的制作)

使用胺基硅烷耦合剂S330(Chisso公司制)作为硅烷耦合剂及 不使用皮膜形成剂，其余以与玻璃短纤维1相同的顺序制作玻璃短 纤维2。

(含有玻璃短纤维2圆粒的制作)

使用同方向二轴混练挤出机BT-40-S2-36-L型((39L/D＝36)、 Plastics工学研究所公司制)作为挤出成形机，使用重量式螺旋送料 机S210(K-Troncan公司制)作为计量装置，于熔融的聚醚酰亚胺 (PEI、SABICinnovativeplastics公司制Ultem1000)中，以圆粒中 的比率为20wt％的方式添加玻璃短纤维后加以混练。混练条件以 螺杆旋转数200rpm、树脂压力0.6Mpa、电流26A至27A、进料量 3.75Kg/hr进行。此外，混练时的PEI的树脂温度为380℃，以25℃ 添加玻璃短纤维。混练后，以与含有玻璃短纤维1的圆粒相同的顺 序制作圆粒。

(实施例2)

将制作的玻璃短纤维2含有圆粒及含有20wt％玻璃纤维(平均 纤维径：13μm)的圆粒(SABICinnovativeplastics社制Ultem2200) 以1：1的比例混合，以滚筒的旋转数30rpm、10分钟，通过乾式 掺合而制作复合形成材料。

(比较例3)

以含有20wt％玻璃纤维的圆粒(SABICinnovativeplastics公司 制Ultem2200)作为比較例3。

所述实施例2及比较例3的复合形成材料中补强材的含量表示 于表2。

【表2】

[射出成形品的制作及评估]

(实施例3)

＜冷却模组用涡轮风扇的制作＞

将所述实施例1所制作的复合形成材料，于模具中进行射出成 形藉以制造诚如图1所示形状的冷却模组用涡轮风扇(以下简称为 「风扇」)。射出成形机使用宁波海星塑料机械制造有限公司(NING BOHAIXINGPLASTICSMACHINERYMANUFACTURINGCO., LTD)的HXF33J8型号，以复合形成材料填充于模具时的射出汽缸 喷嘴(cylindernozzle)的温度为265℃、射出压力为100MPa、射出 速度为55/mms^-1、保持压力为80MPa的条件进行射出成形。所得 风扇的半径R为23mm，形成叶片的部分1的高度(风扇全体的厚 度)为9mm，各别叶片的厚度2约为0.5mm。

[冷却模组用涡轮风扇破坏强度试验]

接着，进行所述实施例3所制作的风扇的破坏强度试验。图2 为显示以试验机的治具对风扇进行负载的情形的照片。试验机使用 岛津制作所公司制的万能试验机型式AG-1，通过直径20mm的 圆型破坏用治具，以前端速度1.0mm/分钟的条件进行破坏强度试 验。风扇的破坏强度以风扇的外缘部分因负载而受到破坏时的最大 负载(最大点试验力/N)为评估。使用同一条件所制作的6个风扇进 行评估。

[叶片弯曲试验]

接着，从所述实施例3制作的风扇切出叶片，进行各别叶片的 弯曲试验。图3为显示以试验机的治具对叶片进行负载的情形的照 片。试验机使用岛津制作所公司制的万能试验机型式AG-1，通 过负型的弯曲用治具，以支点间距离6.0mm、前端速度1.0mm/分 钟的条件进行弯曲试验。叶片的弯曲强度为从叶片的外周部算起 5mm内侧位置，因受负载而弯曲的最大负载(最大点试验力/N)为评 估。使用由相同风扇切出的19个叶片进行评估。

(比较例4)

使用比较例1的复合形成材料，射出汽缸喷嘴的温度为275℃、 射出压力为115MPa、保持压力为120MPa，其余与实施例3相同 方式将风扇射出成形，进行破坏强度试验及叶片弯曲试验。

(比较例5)

使用比较例2的复合形成材料，保持压力为60MPa，与实施 例3同样方式将风扇射出成形，进行破坏强度试验及叶片弯曲试验。

所述实施例3、比较例4及比较例5所制作风扇的破坏强度试 验及由风扇所切出的叶片的弯曲试验的结果表示于表3及图4。

【表3】

由表3及图4可清楚得知，使用实施例1的复合形成材料经射 出成形所制作的实施例3的风扇的强度接近比较例4的风扇强度。 无论实施例3风扇中包含玻璃纤维的含量是否为比较例4的一半， 玻璃短纤维的含量是否为比较例5的一半，实施例3、比较例4及 比较例5的风扇中的补强材全部含量是否皆相同，通过混合玻璃纤 维及玻璃短纤维可看出风扇的强度明显提升的加乘效果。其理由推 测为，如标准偏差所示般，比较例4的仅含有玻璃纤维作为补强材 的风扇，于射出成形时玻璃纤维难以均匀分散于模具中，故造成即 使个别的制品及/或为同一制品依部位不同而发生强度不一致，但 实施例3的风扇一方面玻璃纤维均匀分散于模具中，另一方面，通 过玻璃纤维间有玻璃短纤维补强提高风扇中的玻璃纤维及玻璃短 纤维的分散性。

此外，关于叶片的弯曲强度，由表3及图4可清楚得知，仅含 有玻璃纤维的比较例4的强度比仅含有玻璃短纤维的比较例5弱。 然而，由实施例3风扇所切出的叶片显示与仅含有玻璃短纤维作为 补强材的比较例5的风扇的叶片几乎相同程度的强度。推测由于实 施例3的叶片因于将实施例1的复合形成材料射出成形至模具中时， 复合形成材料中包含的玻璃短纤维均匀填充至模具的微细部分的 缘故。

[X射线CT摄影]

接着，为了确认实施例3及比较例4制作的风扇的叶片的提升 是否于填充玻璃短纤维有关，进行叶片的X射线CT摄影。首先， 将从所述实施例3制作的风扇切出的叶片，于叶片附着于风扇本体 的根侧的部分使用接着剂固定于试料夹具。图5表示固定于试料夹 具的叶片，拍摄由圆圈所圈起的先端部分。摄影使用SkyScan1172 Micro-CT(Brukermicro公司制)经以下顺序进行。

(1)启动扫瞄软件「SKYSCAN-μCT」，执行X射线源的安定 化后，将固定有作为测定试料的叶片的试料夹具固定于空间内。

(2)将取得X线影像用相机的解析度(画素数)设定成标准解析 度(2000×1048pixel)，使夹具以180度缓慢旋转，每旋转0.6度拍 摄穿透影像，藉此进行扫描。

(3)使用软件「Nrecon」，将取得的穿透影像重新构成为断层 像。

(4)通过3D显示用软件「CTVox」，从断层像获得穿透3D像。

比较例4所制作风扇的叶片，也如同所述顺序进行X射线 CT摄影。

图6的(a)表示从实施例3、(b)表示从比较例4制作的风扇切 出的叶片的先端部分的穿透3D像。由照片明显得知，即使在从风 扇延伸出的叶片(最薄部份的厚度约0.5mm)的最末端部位，实施例 3的叶片清楚确认有玻璃短纤维。另一方面，比较例4的叶片几乎 无法确认到玻璃纤维。

＜半导体预烧承座的制作及评估＞

(实施例4)

将所述实施例2制作的复合形成材料射出成形于模具中用以 制作半导体预烧承座(以下，简称为「承座」)。射出成形机使用宁 波海星塑料机械制造有限公司(NINGBOHAIXINGPLASTICS MACHINERYMANUFACTURINGCO.,LTD)HXF33J8型号，射出 汽缸喷嘴的温度为380℃，其余与实施例3相同顺序进行射出成形。 图7为所得承座的照片，圆圈所圈起的部分为格子状的微细部，尺 寸为7×7mm，厚度为2mm。此外，构成格子状的微细部的线宽约 为0.1mm，格子的尺寸为0.2×0.25mm。

[X射线CT摄影]

接着，切出实施例4制作的承座中央的格子状部分，使用接着 剂固定于试料夹具。图8表示固定于试料夹具的格子状部分。摄影 与实施例3相同顺序进行，取得格子状部分接近中央的2×2mm的 穿透3D像。

(比较例6)

使用比较例3的复合形成材料，射出汽缸喷嘴的温度为380℃， 其余与比较例4相同顺序将承座射出成形，与实施例3相同顺序进 行X射线CT摄影，取得格子状部分接近中央的2×2mm的穿透 3D像。

图9(a)为实施例4、(b)为比较例6取得的穿透3D像的照片。 由照片清楚得知，实施例4的承座甚至在格子状部分的中央仍可清 楚确认填充有玻璃短纤维。另一方面，比较例6的承座，推测是在 混练及/或射出成形中因切断/微细化之故，仅确认到稍微有玻璃纤 维片，在格子状部分则未充分填充有玻璃纤维。

由所述实施例及比较例清楚显示，使用本发明的复合形成材料 制造射出成形品时，保持射出成形品本身的强度，且由于复合形成 材料中所包含的平均纤维径小的补强材可均匀填充于射出成形品 的微细部，故可提升射出成形品及微细部的强度。再者，使用本发 明的复合形成材料制作射出成形品时，个别制品及/或制品中依部 位不同而强度不一致的情形减少，可减少不良品的发生数量，提升 制品的良率。

(产业可利用性)

使用本发明将2种以上平均纤维径相异的补强材混练于热可 塑性树脂中的复合形成材料制作射出成形品时，平均纤维径小的补 强材可填充至射出成形品的微细部，且射出成形品本身的强度具有 与使用仅含有平均纤维径大的补强材的复合形成材料所射出成形 的射出成形品几乎相同的强度，故期待能使用于含有微细部的射出 成形品。