TWI765625B

TWI765625B - 含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法

Info

Publication number: TWI765625B
Application number: TW110111188A
Authority: TW
Inventors: 莊士億; 黃傳耿; 柳公政; 王榮慶; 鄭郁青
Original assignee: 長興材料工業股份有限公司
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2022-05-21
Also published as: TW202237712A

Abstract

一種含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法。引取纖維紗線進入展紗與粉末沾附裝置，其中展紗與粉末沾附裝置中具有聚芳醚酮塑料粉末。在纖維紗線沾附聚芳醚酮塑料粉末後，使沾附有聚芳醚酮塑料粉末的纖維紗線進入加熱裝置，使得聚芳醚酮塑料粉末熔融以溼潤纖維紗線。在聚芳醚酮塑料粉末熔融後，使具有熔融的聚芳醚酮塑料的纖維紗線進入塑型裝置，以將纖維紗線塑型成特定形狀。使用冷卻裝置，使纖維紗線上的熔融的聚芳醚酮塑料冷卻為固體並具有固定形狀。在冷卻後，使用收取裝置收集纖維紗線。

Description

含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法

本發明是有關於一種具有纖維的聚芳醚酮塑料，且特別是有關於一種含有無機纖維的聚芳醚酮塑料。由於聚芳醚酮及無機纖維都具有高耐熱及高強度的特性，因此可以提高聚芳醚酮在取代金屬材料方面的應用，且兼具高強度且低重量的優點。

聚芳醚酮（PAEK）是一種高性能熱塑性聚合物，其包括聚醚酮（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚酮酮（PEKK）和聚醚酮醚酮酮（PEKEKK），其在高溫下的電絕緣性及機械性質、化學惰性及對應力破裂的抗性都相當優秀。例如，在中華民國專利I383099中，使用了聚醚醚酮來作為軸承總成的材料，且具有高的玻璃化轉變溫度、良好的氧化穩定性和低的介電常數，在高溫時也能維持機械性能。此外，聚芳醚酮可使用在製備生物醫學植入體例如骨釘及植牙材料，亦可用於航空太空及多種其他廣泛工業應用中，包括製備熱塑性複合材料。例如，中華民國專利I546090、I635891、I649347及I500665皆著眼於聚芳醚酮的高耐熱、高強度、無生物毒性等特性。

使用纖維來加強塑料的機械強度以增強應用特性在工業上也是行之有年的技術。例如，美國專利第3,042,570號、美國專利第2,877,501號及中華民國專利I605076皆是以連續長度的粗紗或股線進入熔融聚合物的浸漬浴中來製備用璃纖維增強的塑料。這種方式雖然可以得到具有纖維增強的塑料，但由於製程中必須先讓塑料熔融後再以纖維進行含浸，從而使設備必須維持在塑料熔融的高溫，對於塑料和纖維的比例較難控制而且製程較為複雜。

雖然以聚芳醚酮及纖維作為塑料強化的手段已為習知技術，但在製程上仍有些許困難存在，例如必須將塑料加熱至熔融狀態方可讓纖維順利含浸。

本發明提供一種含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其藉由不須先熔融塑料的方式來對纖維紗線進行含浸。

本發明的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法包括以下步驟。將纖維捲材固定於設備的一端，其中所述設備包括展紗與粉末沾附裝置、加熱裝置、塑型裝置、冷卻裝置以及收取裝置。引取纖維紗線進入展紗與粉末沾附裝置，其中所述展紗與粉末沾附裝置中具有聚芳醚酮塑料粉末。在所述纖維紗線沾附所述聚芳醚酮塑料粉末後，使沾附有所述聚芳醚酮塑料粉末的所述纖維紗線進入所述加熱裝置，使得所述聚芳醚酮塑料粉末熔融以溼潤所述纖維紗線。在所述聚芳醚酮塑料粉末熔融後，使具有熔融的聚芳醚酮塑料的所述纖維紗線進入所述塑型裝置，以將所述纖維紗線塑型成特定形狀。使用所述冷卻裝置，使所述纖維紗線上的所述熔融的聚芳醚酮塑料冷卻為固體並具有固定形狀。在冷卻後，使用所述收取裝置收集所述纖維紗線。

在本發明的一實施例中，所述聚芳醚酮塑料粉末的材料包括聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮或其混合物。

在本發明的一實施例中，所述聚芳醚酮塑料粉末混摻有非聚芳醚酮類粉末，且所述非聚芳醚酮類粉末包括有機塑料粉末、無機粒子粉末或其混合物。

在本發明的一實施例中，所述纖維捲材的材料包括碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、礦物纖維或其混合物。

在本發明的一實施例中，所述聚芳醚酮塑料粉末的粒徑介於1 μm至900 μm之間。

在本發明的一實施例中，所述展紗與粉末沾附裝置包括流體化床、粉末噴塗裝置或其組合。

在本發明的一實施例中，所述設備包括依序設置的所述展紗與粉末沾附裝置、所述加熱裝置、所述塑型裝置、所述冷卻裝置以及所述收取裝置。

在本發明的一實施例中，所述塑型裝置將所述纖維紗線塑型為柱狀或扁平帶狀。

在本發明的一實施例中，所述冷卻裝置的冷卻方式包括氣體冷卻、液體冷卻或其組合。

在本發明的一實施例中，所述收取裝置的收取方式包括帶狀捲取、切粒、切片、波紋、桁架或蜂巢。

基於上述，在本發明的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法中，不需要先將聚芳醚酮熔融再以纖維進行含浸，而是先使纖維沾附聚芳醚酮塑料粉末再使聚芳醚酮塑料粉末熔融。因此，可以有效地控制粉末沾附的情況，且更可進一步調控塑料對於纖維的含浸比例。如此一來，可使製程簡單，且可生產出品質穩定的含有纖維的聚芳醚酮塑料。

圖1為本發明實施例的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法的流程圖。請參照圖1，首先，在步驟S100中，預備至少一纖維捲材，並將纖維捲材固定於設備的一端。在本實施例中，所述設備包括展紗與粉末沾附裝置、加熱裝置、塑型裝置、冷卻裝置以及收取裝置。在一實施例中，加熱裝置可設置於展紗與粉末沾附裝置的下游，塑型裝置可設置於加熱裝置的下游，冷卻裝置可設置於塑型裝置的下游，且收取裝置可設置於冷卻裝置的下游，但本發明不限於此。此外，纖維捲材的材料可為碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、礦物纖維或其混合物。

接著，在步驟S102中，引取纖維紗線進入展紗與粉末沾附裝置。在本實施例中，展紗與粉末沾附裝置包括流體化床、粉末噴塗裝置或其組合。展紗與粉末沾附裝置中具有聚芳醚酮塑料粉末。在本實施例中，聚芳醚酮塑料粉末的材料例如為聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮或其混合物。此外，聚芳醚酮塑料粉末可混摻有非聚芳醚酮類粉末。在一些實施例中，非聚芳醚酮類粉末可為有機塑料粉末、無機粒子粉末或其混合物。纖維紗線進入展紗與粉末沾附裝置之後，可經受適當展紗並沾附聚芳醚酮塑料粉末。纖維紗線的展紗寬度例如介於2 cm至10 cm之間。在本實施例中，纖維紗線的展紗寬度例如為5 cm。此外，在本實施例中，聚芳醚酮塑料粉末的粒徑例如介於1 μm至900 μm之間，例如100 μm。

然後，在步驟S104中，在纖維紗線沾附聚芳醚酮塑料粉末後，使纖維紗線進入加熱裝置。在本實施例中，加熱裝置包括具有多個石英燈管的烘箱，且加熱溫度例如介於200 ℃至450 ℃之間。當纖維紗線通過烘箱時，沾附在纖維紗線上的聚芳醚酮塑料粉末會被加熱而熔融，並充分溼潤纖維紗線。在一實施例中，烘箱的溫度例如介於350 ℃至400 ℃之間。

接著，在步驟S106中，使具有熔融的聚芳醚酮塑料的纖維紗線進入塑型裝置。在本實施例中，塑型裝置例如為具有加熱功能的模頭。纖維紗線通過模頭後，可被塑型為柱狀，但本發明不限於此。在其他實施例中，塑型裝置可將纖維紗線塑型為扁平帶狀。

然後，在步驟S108中，使被塑型的纖維紗線進入冷卻裝置，以使纖維紗線上的所述熔融的聚芳醚酮塑料冷卻為固體並具有固定形狀。在本實施例中，冷卻裝置的冷卻方式可為氣體冷卻、液體冷卻或其組合。

之後，在步驟S110中，使冷卻後的纖維紗線進入收取裝置。在本實施例中，收取裝置配備有橡膠導輪及裁切刀，以將具有固定形狀的纖維紗線材切為具有所需尺寸的塑膠顆粒。舉例來說，所製成的塑膠顆粒例如具有12 mm的粒徑。如此一來，製成本發明實施例的聚芳醚酮塑料，且所述聚芳醚酮塑料中含有纖維。此外，在其他實施例中，收取裝置的收取方式可為帶狀捲取、切片、波紋、桁架或蜂巢。

圖2與圖3分別為本發明實施例的含有纖維的聚芳醚酮塑料的電子顯微鏡照片。由圖2與圖3可清楚看出，在含有纖維的聚芳醚酮塑料中，聚芳醚酮塑料對纖維紗線具有良好的含浸效果。

以下將以實驗例與比較例來對本發明實施例的含有纖維的聚芳醚酮塑料的特性進行說明。實驗例的聚芳醚酮塑料為使用如圖1所述的方法所製造的含有纖維的聚芳醚酮塑料，而比較例則為市售的產品8010C40（Arkema公司）。依照ISO規範及測試方式來製作試片並進行拉伸強度（tensile strength）、彎曲強度（flexural strength）以及彎曲模數（flexural modulous）的量測。量測結果如表1所示。

表1

	拉伸強度（MPa）	彎曲強度（MPa）	彎曲模數（GPa）
ISO規範	ISO 527	ISO 178	ISO 178
比較例	239	369	24.8
實驗例	245	390	31

從表1可清楚看出，以本發明的製造方法所製成的含有纖維的聚芳醚酮塑料在各種特性上皆優於市售品，因此本發明的含有纖維的聚芳醚酮塑料具有極佳的實用性。

S100、S102、S104、S106、S108、S110:步驟

圖1為本發明實施例的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法的流程圖。圖2與圖3分別為本發明實施例的含有纖維的聚芳醚酮塑料的電子顯微鏡照片。

S100、S102、S104、S106、S108、S110:步驟

Claims

一種含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，包括：將纖維捲材固定於設備的一端，其中所述設備包括展紗與粉末沾附裝置、加熱裝置、塑型裝置、冷卻裝置以及收取裝置；引取纖維紗線進入展紗與粉末沾附裝置，其中所述展紗與粉末沾附裝置包括流體化床，且所述展紗與粉末沾附裝置中具有聚芳醚酮塑料粉末；在所述纖維紗線沾附所述聚芳醚酮塑料粉末後，使沾附有所述聚芳醚酮塑料粉末的所述纖維紗線進入所述加熱裝置，使得所述聚芳醚酮塑料粉末熔融以溼潤所述纖維紗線；在所述聚芳醚酮塑料粉末熔融後，使具有熔融的聚芳醚酮塑料的所述纖維紗線進入所述塑型裝置，以將所述纖維紗線塑型成特定形狀；使用所述冷卻裝置，使所述纖維紗線上的所述熔融的聚芳醚酮塑料冷卻為固體並具有固定形狀；以及在冷卻後，使用所述收取裝置收集所述纖維紗線。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述聚芳醚酮塑料粉末的材料包括聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮或其混合物。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述聚芳醚酮塑料粉末混摻有非聚芳醚酮類粉末，且所述非聚芳醚酮類粉末包括有機塑料粉末、無機粒子粉末或其混合物。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述纖維捲材的材料包括碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、礦物纖維或其混合物。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述聚芳醚酮塑料粉末的粒徑介於1μm至900μm之間。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述設備包括依序設置的所述展紗與粉末沾附裝置、所述加熱裝置、所述塑型裝置、所述冷卻裝置以及所述收取裝置。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述塑型裝置將所述纖維紗線塑型為柱狀或扁平帶狀。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述冷卻裝置的冷卻方式包括氣體冷卻、液體冷卻或其組合。
如請求項1所述的含有纖維的聚芳醚酮塑料的製造方法，其中所述收取裝置的收取方式包括帶狀捲取、切粒、切片、波紋、桁架或蜂巢。