CN107107391A - 用于运输粒料的方法、用于制造粒料的方法以及用于由粒料制造模塑产品的方法 - Google Patents

Abstract

用于将玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料从装载位置运输至卸载位置的方法，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中所述芯包含在所述粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂，所述方法包括在所述装载位置处将粒料装载至非振动带式输送机上，借助所述非振动带式输送机将所述粒料输送至所述卸载位置，以及在所述卸载位置处从所述非振动带式输送机上卸载所述粒料。所要求的其它方法是关于一种用于制造玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料的方法和一种用于在模塑位置处由玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料制造模塑产品的方法。

Description

用于运输粒料的方法、用于制造粒料的方法以及用于由粒料 制造模塑产品的方法

本发明涉及一种用于将玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料从装载位置运输至卸载位置的方法，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中芯包含在粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂。

本发明进一步涉及一种用于在模塑位置处由玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料制造模塑产品的方法，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中芯包含在粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂。

本发明进一步涉及非振动带式输送机的用途。

本发明进一步涉及一种用于制造玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料的方法。

从WO 2009/080281中已知用于制造此类粒料的方法，所述方法包括以下后续步骤：

a)从至少一个含有至多2质量％的施胶组合物的连续玻璃多纤丝束的包装展开；

b)将0.5质量％至20质量％的浸渍剂施加至所述至少一个连续玻璃多纤丝束以形成经浸渍的连续多纤丝束；

c)围绕经浸渍的连续多纤丝束施加热塑性聚合物的皮以形成带皮的连续多纤丝束；

其特征在于，浸渍剂具有非挥发性，具有低于热塑性基体的熔点至少20℃的熔点，在施加温度具有2.5cS至100cS的粘度，并且可与待增强的热塑性聚合物相容。

根据WO 2009/080281，带皮的连续玻璃多纤丝束可被切成长度为2mm至50mm、优选5mm至30mm、更优选6mm至20mm并且最优选10mm至15mm的粒料。粒料可用于通过诸如注射模塑、压缩模塑、挤出和挤出压缩模塑的适合的模塑技术来生产制品。注射模塑被广泛用来生产诸如汽车外部件如保险杠、汽车内部件如仪表盘、或发动机罩下的汽车部件的制品。

如WO 2009/080281中所公开和提及的玻璃纤丝有时被称作玻璃纤维。出于本发明的目的，术语“纤丝”和“纤维”以及术语“多纤丝”和“多纤维”可交换使用并且具有相同含义。

技术人员将理解根据WO 2009/080281所生产的粒料类型中的玻璃纤丝(纤维)未(尚未)被分散于皮的热塑性聚合物中。本发明人已发现这可在此类粒料经受重复机械载荷时导致玻璃纤维从粒料中分离。此类重复机械载荷可在粒料经过管道系统的运输期间出现，管道系统是基于聚合物的粒料运输所通常应用的技术。然而，此种运输方式具有以下缺点：分离的纤维可造成管道系统和/或管道系统中所用的过滤器、阀、出口等堵塞。这种堵塞可能导致设备的故障时间和可能的生产能力损失。本发明人一般将上述问题称作“游离玻璃(free glass)”问题。术语“游离玻璃”可贯穿本说明书用作对从粒料分离的玻璃纤维(纤丝)的量的替代物。

从WO 2014/118144中已知用于改进玻璃纤维与热塑性聚合物皮之间偶联的方法。所述方法基本上包括使粒料在至少浸渍剂的熔化温度的升高的温度保持一段时间。

本发明人发现，尽管WO 2014/118144的方法在一定程度上有效，但其中所提出的方法使制造工艺更复杂和成本效益更低。更重要的是，本发明人发现，与改进的偶联对材料其它性质的作用相比，在气动运输粒料时管道系统的阻塞问题与该工艺的总体效率和成本更加相关。或者说，玻璃纤维与热塑性皮的更低偶联仍可提供良好品质的最终产品。

WO 2007/008632公开了一种用来制备长纤维增强热塑性浓缩物的方法，其中将连续纤维束用含水熔融混炼分散体涂布、干燥并切碎。此出版物公开了经涂布的粒料可在借助输送带运输的同时被干燥。WO 2007/008632中用于制造粒料的方法不包括在用热塑性聚合物使(经浸渍的)多纤维束带皮的步骤之前将浸渍剂施加至多纤维束的步骤。WO 2007/008632不涉及游离玻璃的问题。

EP 0900638A2公开了粒料形式的长纤维增强热塑性树脂模塑材料，其各自具有在热塑性树脂的基体中基本上以相同长度和在相同方向上平行布置的无机纤丝。为了避免绒毛，EP 0900638A2提出限制在长纤维增强热塑性模塑材料的端面上无机纤丝截面的暴露比率的量。EP 0900638A2并未公开包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮的粒料，其中芯包含在粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂。或者说，此出版物并未公开具有芯皮类型结构的粒料。

FR2270172公开了由经过两个辊的环形带组成的柔性带式输送机，所述辊中的一个是马达驱动的。所述带是柔性的并且沿着边缘被引导从而紧盖(close over)沿上行线和下行线处理的产品。

因此，鉴于先前技术，本发明的目的在于提供一种方法，其中将在粒料运输时游离玻璃的量降低至最小。

通过本发明实现此目的，其中运输粒料的方法包括：在所述装载位置处将粒料装载至非振动带式输送机上，借助所述非振动带式输送机将粒料输送至所述卸载位置并且在所述卸载位置处从所述非振动带式输送机上卸载粒料。

在整个过程中，从粒料到模塑制品形式的最终产品的制造角度来看，需要意识到基本上两个不同的阶段。第一阶段是制造粒料本身并且在运输容器中包装此类粒料。此类容器通常为集装袋(octabin)，但也可考虑如ISO容器、FIBC或塑料袋的其它包装方法。此第一阶段通常在粒料制造商的场所处实施。

在第二阶段中，通常在输送机(converter)处，将运输容器卸载，并且需要将粒料从运输容器运输至模塑设备。

本发明可适用于这两个阶段。

优选在所述阶段中任一者或两者中，粒料的运输不涉及使用管道系统对粒料进行气动输送。

本文所用的术语非振动带式输送机应理解为在从装载位置移动至卸载位置时不故意振动的带式输送机。非振动带式输送机优选由诸如橡胶的柔性材料制成，所述材料允许吸收仍可出现的一些偶发振动。在优选实施方案中，非振动带式输送机包括具有垂直于运输方向的两个纵向外边缘的环形柔性带，并且其中在运输期间，外边缘朝向彼此折叠从而形成含有粒料的管状结构。此类带式输送机是本领域已知的并且有时被称作软管带式输送机或封闭带式输送机。一般想法是，由于带的柔性性质，所述带可处于打开位置，其中外边缘彼此分开折叠，从而使得粒料可装载至带上，在这之后外边缘可朝向彼此折叠从而形成含有粒料的管状结构。管状结构带有以下优点：粒料受保护不被例如可存在于输送机的外侧上的灰尘或湿气污染，特别是在将输送机用来将粒料从一个建筑物运输至另一个建筑物时。所述类型的带式输送机例如公开于GB 2007178、DE 4036731、WO 93/08107和US 5,860,510中。带的外边缘组合的方式不具有特定相关性，只要其允许获得管状结构和粒料的基本上无振动运输。商业带式输送机可例如从Continental以商标名SICON购买。输送带的尺寸不是特别重要，并且主要由需要运输的材料的类型和量以及装载位置与卸载位置之间的距离规定。在打开(即平坦)位置中适合的宽度可为500mm至1500mm。在适当时可串联放置多个带式输送机。

在优选实施方案中，将粒料在装载位置处连续装载至带式输送机上，并且同样地在卸载位置处连续卸载。

因为不能完全排除玻璃纤维从粒料分离，所以优选在输送机从卸载位置移开时清洗带式输送机。显然，在从卸载位置移开时，带式输送机将不含有任何粒料从而它不需要呈管状结构。这允许通常与粒料接触的带的侧面的清洗，例如与加压空气无接触或通过与刷子或布接触。这样做使带式输送机保持良好的清洁条件并且减少损坏。

皮

粒料的热塑性皮的热塑性聚合物优选为聚丙烯，并且粒料中玻璃纤维的量基于粒料的重量计通常为20重量％至60重量％。此类材料由Saudi Basic IndustriesCorporation以商标名STAMAX来制造。技术人员将理解热塑性皮可由聚丙烯组成，但还可基于聚丙烯的化合物以及如填料、颜料、UV稳定剂、抗氧化剂等的其它组分或添加剂。

本发明的粒料通过诸如如WO 2009/080821中所公开的线材涂布方法来制造。此方法非常不同于拉挤成型(pultrusion)技术，包括以下步骤：

i)提供至少一个连续玻璃多纤维束，

ii)围绕所述至少一个连续玻璃多纤维束施加热塑性聚合物皮，

iii)在切割位置处将带皮的连续玻璃多纤维束切成粒料。

因此，粒料具有芯皮结构，其中仅在皮中含有热塑性聚合物并且在芯中不含有热塑性聚合物。芯含有玻璃多纤维束并且还优选含有浸渍剂。

粒料

优选地，粒料的长度为5-50mm，优选5-30mm，更优选10-20mm或10-15mm，并且最优选12-15mm。长度超过20mm的粒料可能更难以在注射模塑设备中加工和/或将要求此种设备的改变。诸如20mm至50mm或30-50mm的更长粒料可适合于压缩模塑技术。根据本发明所用的粒料基于粒料的重量计优选含有10重量％至70重量％、优选20重量％至60重量％的玻璃纤维。粒料中的玻璃纤维源自玻璃多纤维束，有时称作玻璃粗纱。此种粗纱是借助施胶组合物涂布并保持到一起的玻璃纤维的连续束。优选地，玻璃纤维的连续束可含有每束500至10000个玻璃纤维，更优选每束2000至5000个玻璃纤维。束的线密度优选为1000至5000特，对应于每1000米1000至5000克。

为了避免疑问，要理解在此种连续束或粗纱中玻璃纤维也是连续的。在本发明的粒料中，玻璃纤维优选具有5-50μm，优选10-30μm，更优选15-25μm的厚度。通常玻璃纤维的截面为圆形，意指如上文定义的厚度将为玻璃纤维直径。粒料中玻璃纤维的长度通常对应于粒料的长度。由于热塑性聚合物皮的挤出后收缩或由于所应用的粒料切割技术，仍可出现粒料与玻璃纤维之间长度上的小差异。然而，此类差异很小并且通常小于10％、优选小于5％、更优选小于2％的粒料长度。玻璃纤维一般处于彼此平行。为了避免疑问，应理解如本发明中使用的玻璃纤维并不包埋在热塑性聚合物皮中。玻璃纤维优选含有至多2重量％的施胶组合物。

浸渍剂

为了在下游模塑技术期间玻璃纤维的改进分散，可在施加热塑性聚合物皮之前将浸渍剂施加至玻璃多纤维束上。

本发明不限于某种浸渍剂，但高度优选使用如WO 2009/080821中定义的浸渍剂。即，浸渍剂具有非挥发性，具有低于热塑性聚合物皮的熔点至少约20℃的熔点，并且在施加温度具有2.5cS至100cS的粘度。在施加温度，浸渍剂的粘度低于100cS，优选低于75cS、5，并且更优选低于25cS。在施加温度，浸渍剂的粘度高于2.5cS，优选高于5cS，并且更优选高于7cS。粘度高于100cS的浸渍剂难以施加至玻璃纤维的连续束。需要低粘度来促进玻璃纤维的良好湿润性能，但粘度低于2.5cS的浸渍剂难以处理，例如，难以控制待施加的量。浸渍剂的熔化温度为低于热塑性聚合物皮的熔点至少约20℃，优选至少25℃或至少30℃。选定浸渍剂的施加温度以使得获得所需粘度范围。所施加浸渍剂的量尤其取决于用于皮的热塑性聚合物、连续束的玻璃纤维的尺寸(直径)和玻璃纤维表面上施胶的类型。根据本发明，施加于玻璃纤维的连续束的浸渍剂的量基于玻璃纤维(包括施胶组合物)的重量计应高于0.5重量％，优选高于2重量％，更优选高于4重量％，更优选高于6重量％。浸渍剂的量应低于20重量％，优选低于18重量％，更优选低于15重量％，更优选低于12重量％。需要一定的最小量的浸渍剂来辅助模塑期间热塑性聚合物基体中玻璃纤维的均匀分散。过量浸渍剂可导致模塑制品的机械性质降低。与作为皮材料的聚丙烯组合使用的浸渍剂的适合实例可包括高度支化聚α-烯烃，如聚乙烯蜡，改性低分子量聚丙烯，矿物油，如石蜡或硅，以及这些化合物的任何混合物。优选地，浸渍剂包括高度支化聚α-烯烃，并且更优选地，浸渍剂为高度支化聚乙烯蜡。所述蜡可任选地与烃油或蜡如石蜡油混合来达到所需粘度。WO 2009/080281公开了浸渍剂，30重量％Vybar 260(由Baker Petrolite供应的超支化聚合物)和70重量％Paralux油(石蜡，由Chevron供应)的共混物。术语“非挥发性”意指浸渍剂在所施加的施加和加工条件下不蒸发。在本发明的情形下，“基本上不含溶剂”意指浸渍剂含有小于10质量％的溶剂，优选小于5质量％的溶剂。最优选地，浸渍剂不含有任何溶剂。浸渍剂可进一步与本领域已知的其它添加剂混合。

在优选实施方案中，浸渍剂基于浸渍剂的重量计含有至少70重量％的微晶蜡。在那方面，要理解的是，微晶蜡可为单微晶蜡或数种微晶蜡的共混物。微晶蜡是众所周知的材料。一般来说，微晶蜡是固体饱和脂肪族烃的精制混合物，并且通过使来自石油炼制工艺的某些馏分除油来生产。微晶蜡与精制石蜡的区别在于分子结构更加支化并且烃链更长(更高的分子量)。因此，微晶蜡的晶体结构比石蜡更加精细，这直接影响此类材料的许多机械性质。相比于石蜡，微晶蜡更硬、更具柔性并且熔点一般更高。精细的晶体结构还使微晶蜡能够结合溶剂或油，并且因此防止组合物发汗。微晶蜡可用来改变石蜡的晶体性质。微晶蜡还与所谓的异聚合物非常不同。首先，微晶蜡是基于石油的，而异聚合物是聚α-烯烃。其次，异聚合物具有高于95％的非常高度的支化，而微晶蜡的支化量一般处于40-80重量％的范围。最后，相比于微晶蜡的熔化温度，异聚合物的熔点一般相对较低。总而言之，微晶蜡形成不同类别的材料，其不被石蜡或异聚合物混淆。剩余的至多30重量％的浸渍剂可含有天然蜡或合成蜡或异聚合物。典型的天然蜡为动物蜡，诸如蜂蜡、羊毛脂和牛脂；植物蜡，诸如巴西棕榈、小烛树、大豆；矿物蜡，诸如石蜡、纯地蜡和褐煤蜡。典型的合成蜡包括乙烯聚合物如聚乙烯蜡或多元醇醚酯蜡、氯化萘和费雪托普希(Fisher Tropsch)衍生蜡。异聚合物或超支化聚合物的典型实例为上文提及的Vybar 260。在实施方案中，浸渍剂的剩余部分含有高度支化聚α-烯烃如聚乙烯蜡、石蜡中的一者或多者或由它们组成。在优选实施方案中，浸渍剂包含至少80重量％、更优选至少90重量％或甚至至少95重量％或至少99重量％的微晶蜡。最优选浸渍剂基本上由微晶蜡组成。在实施方案中，浸渍剂不含有石蜡。术语“基本上由…组成”要解释为使得浸渍剂基于浸渍剂的重量计包含至少99.9重量％的微晶蜡。

微晶蜡优选具有以下性质中的一者或多者：

-如根据ASTM D127测定的60至90℃的滴熔点

-如根据ASTMD938测定的55至90℃的凝固点

-如根据ASTM D1321测定的在25℃的一个mm的10分之7至10分之40的针笔穿透

-如根据ASTM D445测定的在100℃的10mPa.s至25mPa.s的粘度

-如根据ASTM D721测定的基于微晶蜡的重量计0至5重量％、优选0至2重量％的含油量

在甚至更优选的实施方案中，微晶蜡具有组合的所有这些性质。

本领域已知的任何方法可用于将液体浸渍剂施加至玻璃纤维的连续束。用于施加浸渍剂的适合方法包括具有带的施加器、辊和热熔体施加器。此类方法例如公开于文献EP0921919、EP0994978B 1、EP0397505B1和其中引用的参考文献中。

本发明进一步涉及一种用于制造玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的方法，所述方法包括以下步骤：

i)提供至少一个连续玻璃多纤维束；

ii)围绕所述至少一个连续玻璃多纤维束施加热塑性聚合物皮，

iii)在切割位置处将带皮的连续玻璃多纤维束切成粒料，

iv)使用本发明的方法运输粒料，

v)在填充位置处用所述粒料填充运输容器。

在优选实施方案中，步骤iv)是在切割位置与填充位置之间的距离的至少50％、优选至少75％或甚至至少90％上实施。并且甚至更优选地，在切割位置与填充位置之间粒料的运输不涉及使用管道系统对粒料进行气动输送。

在其中在步骤ii)之前施加浸渍剂的实施方案中和/或在其中至少一个连续多纤维束已经被提供有浸渍剂的实施方案中，所述方法可还进一步包括以下步骤：在装载位置处被装载至非振动带式输送机上之前，使粒料在至少浸渍剂的熔化温度的升高的温度维持一段时间。

在另一个方面，本发明进一步涉及一种用于在模塑位置处由玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料制造模塑产品的方法，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中芯包含在粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂，所述方法包括至少部分使用根据本发明的方法将粒料运输至模塑位置并且将粒料模塑成模塑产品。

在又一方面中，本发明涉及非振动带式输送机用于运输玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料的用途，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中芯包含在粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂。所述运输从装载位置执行至卸载位置，并且包括在所述装载位置处将粒料装载至非振动带式输送机上，借助所述非振动带式输送机将粒料输送至所述卸载位置，并且在所述卸载位置处从所述非振动带式输送机上卸载粒料。

示例性实施方案

使用如WO 2009/080281中所公开的方法来制备玻璃纤维增强聚丙烯组合物的粒料。在那种程度上，将数个玻璃多纤维束平行进料至施加器以施加大约10重量％的浸渍剂。在施加浸渍剂之后，所述束中的每一者使用聚丙烯组合物的皮来线材涂布(或带皮)。然后，带皮的束在水浴中冷却并且被进料至切割设备，在所述切割设备中带皮的束被切成长度12mm的粒料。接下来，将粒料装载至可购自Continental contitech的SICON型带式输送机上，并且经约150米的长度运输至仓库，在所述仓库中将粒料从带式输送机上卸载至填充料仓中。带式输送机包括具有打开位置中约650mm宽度和关闭(管状)位置中约250mm宽度的橡胶带。接下来，用来自填充料仓的粒料填充集装袋，并且然后集装袋准备装运至最终用户。

Claims (12)

1.用于将玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料从装载位置运输至卸载位置的方法，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中所述芯包含在所述粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂，所述方法包括在所述装载位置处将粒料装载至非振动带式输送机上，借助所述非振动带式输送机将所述粒料输送至所述卸载位置，以及在所述卸载位置处从所述非振动带式输送机上卸载所述粒料。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热塑性聚合物皮的所述热塑性聚合物为聚丙烯，并且所述粒料中玻璃纤维的量基于所述粒料的重量计为20重量％至60重量％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述非振动带式输送机包括具有垂直于运输方向的两个纵向外边缘的环形柔性带，并且其中在所述运输期间，所述外边缘朝向彼此折叠从而形成管状结构，所述管状结构含有所述粒料。

4.根据权利要求1-3中任一项或多项所述的方法，其中将所述非振动带式输送机在从所述卸载位置移开时连续清洗。

5.根据权利要求1-4中任一项或多项所述的方法，其中所述方法是连续方法，其中将粒料在所述装载位置处连续装载至所述非振动带式输送机并且在所述卸载位置处连续卸载。

6.一种用于制造玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的方法，所述方法包括以下步骤：

i)提供至少一个连续玻璃多纤维束，

ii)围绕所述至少一个连续玻璃多纤维束施加热塑性聚合物皮，

iii)在切割位置处将所述带皮的连续玻璃多纤维束切成粒料，

iv)使用根据权利要求1-5中任一项或多项所述的方法来运输所述粒料，

v)在填充位置处用所述粒料填充运输容器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在步骤iv)中所述粒料的运输是在所述切割位置与所述填充位置之间的距离的至少50％、优选至少75％上实施。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中在所述切割位置与所述填充位置之间所述粒料的运输不涉及使用管道系统对所述粒料进行气动输送。

9.用于在模塑位置处由玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料制造模塑产品的方法，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中所述芯包含在所述粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂，所述方法包括至少部分使用根据权利要求1-5中任一项或多项所述的方法将所述粒料运输至所述模塑位置并且将所述粒料模塑成所述模塑产品。

10.非振动带式输送机用于运输玻璃纤维增强热塑性聚合物组合物的粒料的用途，所述粒料包含芯和围绕所述芯的热塑性聚合物皮，其中所述芯包含在所述粒料的纵向方向上延伸的玻璃纤维以及浸渍剂。

11.根据权利要求10所述的用途，其中所述非振动带式输送机是具有垂直于运输方向的两个纵向外边缘的柔性带，所述外边缘在所述运输期间可能朝向彼此折叠或是朝向彼此折叠的从而形成管状结构，所述管状结构含有所述粒料。

12.根据权利要求10或11所述的用途，其中所述非振动带式输送机是环形带式输送机。