專利名稱：模塑片材的生產方法、由該方法制備的纖維增強模塑片材及由其制成的安全鞋的鞋包頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制備模塑片材的方法，通過該方法制備的纖維增強模塑片材，以及由其制成的完全鞋的鞋包頭。
長短玻璃纖維二者已經被作為增強纖維用于合成樹脂的模塑制品。作為充填長玻璃纖維的模塑制品的例子有已知的不規(guī)則編繞型模塑制品，其中長玻璃纖維隨機地散布在合成樹脂基體中；織物型模塑制品，其中長玻璃纖維以編織的狀態(tài)包含在合成樹脂基體中；以及單向編繞型模塑制品，其中長玻璃纖維以單向布置的狀態(tài)包含在其中。
在這些模塑制品中，充填有短纖維的模塑制品和長纖維增強的不規(guī)則編繞型模塑制品在耐沖擊強度方面太差而不能滿足安全鞋的鞋包頭的要求例如在日本工業(yè)標準(JIS)中的規(guī)定。另一方面，織物型和單向編繞型的長纖維增強模塑制品具有以下問題由于復合材料差的流動性所以它在模塑性上也差，這樣，即使這種材料能夠模塑，但為了得到最終產品，常常不能省去導致生產成本提高的二次加工。
例如，在JIS中認可的并經常使用的用于樹脂造安全鞋鞋包頭的材料具有如圖4所示的完整結構，其包括兩個作為芯層的纖維層1和作為面層的不規(guī)則層(皮層)2用于達到所希望的模塑性和流動性。
(i)這里所用的L級(用于輕體力勞動)的鞋包頭具有450kg或以上的抗壓強度和S級(用于正常勞動)的鞋包頭具有1100kg或以上的抗壓強度。在生產樹脂造安全鞋鞋包頭中，所用材料必須根據最終鞋包頭的級別進行正確選擇，更精確地講，在生產L級鞋包頭中，必須使用上面所描述的含有2或3層纖維層的材料，而在生產S級的鞋包頭中必須使用含有4或8層纖維層的材料。用于S級鞋包頭的材料含有較多的纖維層，因此它的填模性能差和在模塑性和流動性方面不如用于L級鞋包頭的材料以及表現出次品的比例提高，盡管材料本身的硬度有所提高。
(ii)必須根據最終鞋包頭的級別是否是L或S正確選擇用于生產鞋包頭的材料。當然，用于S級鞋包頭的材料比用于L級鞋包頭的材料昂貴，因為它含有較多的增強纖維層。
(iii)如果顯示出吸水性能和對于增強纖維有極好粘性的聚酰胺被用作基體；增強纖維含量高達48～54％；以及作為材料的填模原坯布不能被準確固定時，在模塑中會失去芯層和皮層之間的流動平衡性而使模塑產品具有焊接痕，而該焊接痕導致鞋包頭制品的強度低。由于鞋包頭的吸水性或不均勻的強度，在鞋包頭的強度方面出現降低的形態(tài)。
本發(fā)明的目的在于提供一種可用于安全鞋鞋包頭或諸如此類的模塑片材的生產方法、一種模塑片材以及使用該片材制成的安全鞋鞋包頭，其中模塑片材具有極好的模塑性和能夠使模型制品具有高的強度。
正如在權利要求中所限定的一樣，解決上述問題的本發(fā)明涉及一種生產模塑片材的方法、一種通過該方法生產的纖維增強模塑片材和一種安全鞋的鞋包頭。
換句話說，根據本發(fā)明生產模塑片材的方法包括組合含有在特定方向布置的增強纖維的復合模塑材料的切片，和在加熱下壓制所得到的切片以形成模塑片材，例如，通過切割用合成樹脂浸漬單向布置的增強纖維而制備的復合材料從而生產粒料或通過切割用合成樹脂浸漬的纖維織物從而得到片料。
通過上述方法生產的模塑片材含有55～80％(重量)的增強纖維。另外，要求構成該材料的樹脂的分子量為10,000～25,000。樹脂最好是從聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二酯和聚對苯撐硫所組成的組中選擇的至少一種熱塑性樹脂以及增強纖維最好是從玻璃纖維、碳纖維、芳族聚酰胺纖維和金屬纖維所組成的組中選擇的至少一種。


圖1是用于圖解說明本發(fā)明的模塑片材的生產步驟的視圖。
圖2是表示在安全鞋鞋包頭中測量的吸水率和強度(抗壓強度)之間關系的圖。
圖3是鞋包頭的玻璃纖維含量和它的強度(抗壓強度)之間的關系圖。
圖4是一種安全鞋鞋包頭的例子的剖面圖。
現在將通過參照圖1詳細地描述本發(fā)明的生產模塑片材的方法。單向布置的增強纖維束或纖維網用合成樹脂浸漬以形成一塊片材或一根方棒或圓柱棒(圖1A)。
將棒或片材根據預定的尺寸切割成粒料或片料，例如它們的長為3～50mm、寬為1～40mm和厚度為0.1～10mm(圖1B)。
將這些粒料或片料收集起來并按預定的厚度進行排列(圖1C)。
所得到的粒料或片料在加熱的條件下進行壓制以形成模塑片材，其中以平放和無規(guī)形式布置增強纖維(圖1D和1E)。
這種模塑片材含有大量的以平放和在所有方向(即無規(guī))布置的增強纖維，這樣通過使用這種材料制成的鞋包頭在耐沖擊強度和抗壓強度方面極好。
通過將增強纖維無規(guī)則地和均勻地分散在合成樹脂中而制備的現有技術的無規(guī)則編網確實可以被認為處在一個正如一個盒子一樣的狀態(tài)中，在盒子中線束(相當于增強纖維)無規(guī)則地放置和盒子的其余空間填充著合成樹脂。另一方面，本發(fā)明的模塑片材能被比作一個盒子，在盒子中以單向布置的狀態(tài)放置線束(相當于增強纖維)，盒子的剩余空間充填著合成樹脂，以及此后重新布置無規(guī)則的纖維。相應地，本發(fā)明的片材含有大量的增強纖維以及因此它應該具有差的流動性。然而，在本發(fā)明中，使用分子量為10,000～25,000的樹脂作為基體樹脂，借此材料的流動性和通過該材料生產的模塑制品的強度得到改善。如果樹脂的分子量小于10000，本身用作增強纖維粘結劑的樹脂將具有差的物理性能從而使復合材料具有差的強度，而它超過25000時，所得到的片材的流動性差。
如果模塑片材的增強纖維含量小于55％(重量)時，正如圖3所示，達到公司標準強度1500kg(1100kg(JIS標準)×安全系數)將是困難的，而如果它超過80％(重量)，樹脂含量相對太低，則樹脂對增強纖維的粘結效果差，這樣，所得到的片材由于它過高的增強纖維含量而具有差的強度和表現出不好的模塑性。
構成這種復合模塑材料的基體樹脂和增強纖維的例子如下樹脂(基體樹脂)熱塑性樹脂，例如聚酰胺(如尼龍6、尼龍66和尼龍12)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯撐硫(PPS)和聚醚醚酮(PEEK)，其中，尼龍6、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)和PPS是優(yōu)選的，因為它們的粘度低從而有極好的模塑性。
增強纖維玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、芳族聚酰胺纖維、金屬纖維等。
在加熱條件下通過壓制上面的復合材料生產本發(fā)明的纖維增強片材中，所用的溫度為210～350℃。如果溫度低于210℃，熔融樹脂將需要很長時間或者在某些程度視種類而定樹脂將不能被熔融。相反，如果它高于350℃，由于樹脂的熱降解將在片材中間產生大的物理性能變化。
在上面的生產中所用的壓力是10～80kg/cm2。如果壓力小于10kg/cm2，那么，由于壓力不足將產生含有空氣的空穴(氣泡)，而如果壓力超過80kg/cm2，由于向該處施加的壓力過多片材產生內部應力從而具有翹曲或厚度不均的缺陷。
因此，所制備的模塑片材能夠作為通用的材料均可用于L和S級的鞋包頭，無需根據鞋包頭的等級正確選擇用于鞋包頭的材料，但這種選擇在現有技術中是無法避免的。另外，本發(fā)明的模塑片材能夠可靠地使制品具有恒定的強度。
此外，使用本發(fā)明的模塑片材作為如圖4所示的無規(guī)則(表皮)層2以及在這樣的無規(guī)則層2之間放置織物(增強)層1能夠生產一直具有較高強度的模塑片材。
實施例檢驗通過使用充填有尼龍6的玻璃纖維生產的鞋包頭并給出結果，其中使用充填有尼龍6的玻璃纖維作為復合材料用于安全鞋的鞋包頭是最普遍的。
在表1中，術語“現有技術材料”是指如圖4所示的一種材料，其中一種8層的含特殊玻璃布的聚酰胺片材的層壓制品被用作織物層1和一種含45％的2英寸長的無規(guī)則玻璃纖維的復合尼龍6被用作表皮層2。
在表1中，術語“本發(fā)明材料是指由含70％(重量)的長度為25.4mm的玻璃纖維的尼龍6制成的模塑片材，以及片材的生產條件如下在片材生產中所使用的切片尺寸10mm(寬)×25.4mm(長)×0.15(厚)，單向增強的材料，在片材生產中所使用的模子的尺寸和溫度150mm×300mm×3mm(厚)，250℃，在片材生產中的模塑壓力25(kg/cm2)，模塑時間30(分)表1鞋包頭抗壓強度的對比(鞋包頭的凈(clearance)強度直到22m/m) *JIS中要求的強度正如表1中所給的結果顯示的一樣，本發(fā)明的材料具有極好的流動性和模塑性并且能使模塑制品具有恒定的強度。
上述鞋包頭的抗壓強度由于吸水例如腳汗而降低。吸水性越高使抗壓強度降低得越多。結果在圖2中給出。在每個的吸水率(％)下，通過比較本發(fā)明的材料制成的鞋包頭和現有技術的材料制成的鞋包頭的抗壓強度能夠清楚地看到具有低樹脂含量和較高增強纖維含量的前一種鞋包頭在抗壓強度方面遠遠地優(yōu)于后一種鞋包頭。
圖3表示使用玻璃纖維增強模塑片材制成的鞋包頭的玻璃纖維含量和它的強度(抗壓強度)之間的關系。
在生產鞋包頭中所用的材料和模塑條件如下材料玻璃纖維(25.4mm長)/PA6片3mm厚模塑條件片材預熱370℃×210秒模塑溫度、130模塑壓力550kg/cm2從圖3可以看出，通過使用本發(fā)明的纖維增強模塑片材能夠生產出在抗壓強度上遠遠高于現有技術的鞋包頭。
正如上面所描述的一樣，通過本發(fā)明的方法生產的纖維增強模塑片材具有高的強度和極好的模塑性，這樣通過使用這種模塑片材制成的安全鞋的鞋包頭在抗壓強度方面是極好的。
權利要求
1.一種用于生產模塑片材的方法，其包括將含有在特定方向布置的增強纖維的復合材料切成預定形狀的片料，以平放的形式組合這些片料，并在加熱下壓制它們。
2.根據權利要求1的用于生產模塑片材的方法，其中在復合模塑材料中所含的增強纖維處于單向布置狀態(tài)或一種織物狀態(tài)。
3.根據權利要求1或2的用于生產模塑片材的方法，其中復合模塑材料以粒料或片材的形式存在。
4.根據權利要求1～3之一的用于生產模塑片材的方法，其中通過切割復合模塑材料得到的片料的長度是3～50mm、寬度為1～40mm和厚度為0.1～10mm。
5.根據權利要求1～4之一的用于生產模塑片材的方法，其中在生產模塑片材中所用的溫度和壓力分別是210～350℃和10～80kg/cm2。
6.一種包括樹脂作為基體及增強纖維的纖維增強模塑片材，其中增強纖維的含量在55～80％(重量)的范圍之內。
7.根據權利要求6的纖維增強模塑片材，其中樹脂的分子量為10,000～25,000。
8.根據權利要求6或7的纖維增強模塑片材，其中樹脂至少是一種從聚酰胺、聚對苯二甲酸丁二酯和聚對苯撐硫組成的組中選擇的熱塑性樹脂以及增強纖維至少是一種從玻璃纖維、碳纖維和金屬纖維組成的組中選擇的纖維。
9.根據權利要求6～8之一的纖維增強模塑片材，其中增強纖維是以機織織物或針織物的形式存在。
10.一種通過在加熱下加壓模塑根據權利要求6～9之一的纖維增強模塑片材而生產的鞋包頭。
全文摘要
一種模塑片材，其是通過組合粒料或片料并且在加熱下壓制所得到的粒料或片料而制備的，其中通過切割一種用樹脂浸漬一束增強纖維單絲制備的棒狀物從而得到粒料，通過切割一塊用樹脂浸漬機織織物制備的片材而得到片料。這種模塑片材由于它的增強纖維的含量提高而具有增進的強度，以及通過使用低分子量的樹脂作為基體樹脂而避免流動性和模塑性的降低。相應地，這種模塑片材能使制品具有極好的強度。
文檔編號B32B5/02GK1151935SQ96112799
公開日1997年6月18日 申請日期1996年10月18日 優(yōu)先權日1995年10月20日
發(fā)明者田中嘉治 申請人:Ykk株式會社, 日本紡績株式會社