專利名稱：用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于內燃機的進氣系統(tǒng)(intake system)部件的纖維增強樹脂。
背景技術：
在內燃機的進氣系統(tǒng)中，設置有構成內燃機的進氣通道(intake channel)的風管(air duct)、設置在內燃機的進氣通道中用于減小進氣噪音的共振器(resonater)或側面支管(sidebranch)，以及收集內燃機的進氣通道中的灰塵的空氣過濾器。
當內燃機運行且空氣被導入內部燃燒，進氣系統(tǒng)的部件可能會導致進氣噪音。為了減少進氣噪音，常規(guī)上已經采用增大部件的撓曲彈性模量并增大部件的厚度的技術。例如，作為這種技術，已經采用了以下方式使用由聚丙烯樹脂和以組合物的約40重量％共混的用作剛性增強材料的滑石組成的樹脂組合物，以及增加部件的厚度。但是，該技術導致部件重量增加的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明將要解決的問題內燃機的進氣噪音的頻率范圍是，例如約100-400Hz，且是相對低的。發(fā)明人注意到內燃機的進氣噪音的頻率范圍低這一問題。發(fā)明人已經發(fā)現(xiàn)，通過增大進氣系統(tǒng)的部件的撓曲彈性模量以及減小部件的比重，可以將進氣系統(tǒng)部件的共振頻率轉移至高頻率。通過將進氣系統(tǒng)部件的共振頻率轉移至高頻率，能夠使進氣系統(tǒng)部件的共振頻率遠離進氣噪音的頻率范圍。由此，可以減小進氣系統(tǒng)部件的低頻率范圍的進氣噪音。
因此，本發(fā)明的目的是提供用于進氣系統(tǒng)部件的組合物，其能夠增大進氣系統(tǒng)的部件的撓曲彈性模量以及減小部件的比重。
解決問題的方式為了解決上述問題，權利要求1要求保護的發(fā)明的特征在于，組合物包含嵌段聚丙烯類樹脂以及玻璃纖維和云母，其中嵌段聚丙烯類樹脂的MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的60-80重量％，玻璃纖維和云母的總量為組合物的20-40重量％。
而且，權利要求2要求保護的發(fā)明的特征在于，組合物包含嵌段聚丙烯類樹脂、酸改性的聚戊二烯類樹脂、玻璃纖維和云母，其中嵌段聚丙烯類樹脂的MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的58-78重量％，酸改性的聚戊二烯類樹脂的量為組合物的1-2重量％，且玻璃纖維和云母的總量為組合物的20-40重量％。
本發(fā)明的進氣系統(tǒng)部件是以下任一種構成內燃機的進氣通道的風管、設置在內燃機的進氣通道中用于減小進氣噪音的共振器或側面支管，以及收集內燃機的進氣通道中的灰塵的空氣過濾器。
權利要求4要求保護的發(fā)明是用于內燃機上的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，其特征在于，組合物包含嵌段聚丙烯類樹脂和云母，嵌段聚丙烯類樹脂的MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的60-80重量％，且云母的量為組合物的20-40重量％。
發(fā)明效果根據本發(fā)明，可以獲得用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，其能夠增大進氣系統(tǒng)部件的撓曲彈性模量以及減小部件的比重。因此，在進氣系統(tǒng)部件中，可以減少進氣噪音而不會導致重量增加。
而且，當為了獲得與使用現(xiàn)有技術的進氣系統(tǒng)部件用樹脂組合物相同的慣性(inertance)而使用本發(fā)明的組合物時，生產的制品能夠具有較低的比重和較薄的厚度，并且實現(xiàn)重量減輕。


圖1是表示丸粒制造機的實例的示意圖；圖2分別表示比重與慣性的關系(圖2-1)、撓曲彈性模量與慣性的關系(圖2-2)、100Hz彈性模量與慣性的關系(圖2-3)、撓曲彈性模量/比重與慣性的關系(圖2-4)以及100Hz彈性模量/比重與慣性的關系(圖2-5)；圖3分別表示頻率與慣性的關系以及頻率與隔聲水平的關系；圖4表示當部件的厚度變?yōu)?mm、2.5mm、3.0mm和4.0mm時，頻率與慣性的關系；圖5是厚度與慣性共振頻率之間的關系曲線。
具體實施例方式
下面描述本發(fā)明的用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物的實施方案。作為進氣系統(tǒng)的部件，可以使用以下任一種構成內燃機的進氣通道的風管、設置在內燃機的進氣通道中用于減小進氣噪音的共振器或側面支管，以及收集內燃機的進氣通道中的灰塵的空氣過濾器。
用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物包含嵌段聚丙烯類樹脂以及玻璃纖維和云母，其中嵌段聚丙烯類樹脂的MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的60-80重量％，玻璃纖維和云母的總量為組合物的20-40重量％。
作為待使用的聚丙烯的類型，使用作為丙烯聚合物的嵌段聚丙烯。
聚丙烯的MFR(在230℃和2.16kg的負荷下)優(yōu)選為40-70g/10min，更優(yōu)選為50-60g/10min。這里使用的聚丙烯的MFR值是根據JIS K-7210-1999，在溫度為230℃且負荷為2.16kg的條件下測定的。如果MFR不大于40g/10min，則玻璃纖維在模塑制品中的分散會變得不適當且制品的外觀不合格。如果MFR大于60g/10min，則很可能沖擊強度變差，因此不是優(yōu)選的。
通過丙烯的淤漿聚合、氣相聚合、液相本體聚合等，借助聚合催化劑制備丙烯聚合物。作為用于制備丙烯聚合物的聚合方式，間歇聚合和連續(xù)聚合的方式都可以使用?？梢酝ㄟ^多步聚合或聚合樹脂的分解來調節(jié)聚丙烯的MFR。
制備組合物時，優(yōu)選將MFR為40-70g/10min的嵌段聚丙烯類樹脂與使用酸(例如馬來酸)改性的改性聚丙烯類樹脂共混。馬來酸改性的聚丙烯的MFR優(yōu)選為5-800g/10min。當MFR太低時，樹脂的分散會變差，當MFR大于800g/10min時，樹脂的沖擊強度可能會變得不適當地低。馬來酸改性的聚丙烯的結晶溫度(Tc)為105-125℃是理想的，更優(yōu)選為110-120℃。而且，馬來酸的附加量(additional volume)為0.1-10重量％是理想的，更優(yōu)選為0.8-8重量％。
作為玻璃纖維，可以使用通過熔融和紡紗以下任何玻璃而制成的任何絲狀纖維F玻璃(電學玻璃)、C玻璃(化學玻璃)、A玻璃(堿玻璃)、S玻璃(高強度玻璃)或者耐堿玻璃。
玻璃纖維的纖維直徑為3-30微米是理想的，更優(yōu)選為8-20微米。當纖維直徑太小時，增強纖維束的產率將會降低，因為纖維容易斷裂。而且，當連續(xù)生產丸粒時，這種小的直徑不是優(yōu)選的，因為需要將許多纖維束縛在一起，連接纖維束的工作復雜而且生產率降低。
樹脂組合物中的玻璃纖維的纖維長度優(yōu)選為1.5-60mm。對于短纖維樹脂組合物，纖維長度優(yōu)選為1.5-8mm，對于長纖維樹脂組合物，纖維長度優(yōu)選為12-50mm。
作為玻璃長纖維的材料，使用連續(xù)玻璃纖維束，其是可以以玻璃無捻粗紗的形式購得。通常，優(yōu)選其平均纖維直徑為4-30微米，被束縛的長絲的數目為400-10,000，Tex數為300-20,000g/km。而且，特別優(yōu)選平均纖維直徑為9-23微米，被束縛的長絲的數目為1,000-6,000。
或者，作為另一種玻璃纖維，也可以使用玻璃短切纖維(glass chopped strand)。玻璃短切纖維的長度通常為3-50mm，其纖維直徑為約3-25微米，優(yōu)選為8-14微米。
優(yōu)選對玻璃纖維進行表面處理(例如，硅烷偶聯(lián)劑處理)，從而提供或提高玻璃纖維表面對將要使用的熱塑性材料的界面粘結性能。當使用事先經過所述處理的增強纖維時，能夠預期模塑制品具有良好的強度和外觀。
作為玻璃纖維的表面處理劑，可以使用選自已知的包括所謂的硅烷類偶聯(lián)劑和鈦類偶聯(lián)劑的任一種試劑。作為硅烷類化合物，使用氨基硅烷和環(huán)氧硅烷。例如，包括γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-乙氧基環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、β-(2，4-環(huán)氧基環(huán)己基)乙氧基甲氧基硅烷、γ-(2-氨基乙基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等。氨基類硅烷化合物是特別優(yōu)選的。
樹脂組合物的形狀可以是粉末、薄片和丸粒中的任一種。玻璃纖維樹脂組合物的比重優(yōu)選為1.2或更小，更優(yōu)選為1.15或更小。玻璃纖維樹脂組合物中的玻璃纖維優(yōu)選為5-15重量％，組合物中的云母優(yōu)選為15-25重量％。
而且，樹脂組合物包含基本上相互平行排列的玻璃纖維和聚丙烯樹脂是理想的。而且，優(yōu)選樹脂組合物包含長度基本上等于所含的玻璃纖維的長度的丸粒。樹脂組合物的丸粒長度優(yōu)選為2-200mm。丸粒長度優(yōu)選為3-100mm，更優(yōu)選為3-50mm，特別優(yōu)選為6-25mm。
下面解釋樹脂組合物的制備方法。首先，制備樹脂丸粒。可以通過以下方法容易地獲得樹脂丸粒將由數千玻璃纖維制成的無捻粗紗導入浸漬模具中，將熔融的熱塑性樹脂均勻浸漬在長絲之間，以及在浸漬后切割成所需長度(2-200mm)。
圖1示出丸粒制造機的實例。例如，使用以下方法當將熔融樹脂從擠出機1供應至設置在擠出機1的頂部的浸漬模具2中時，連續(xù)玻璃纖維束F經過浸漬模具2，熔融樹脂浸漬到玻璃纖維束F中，然后經由噴嘴拔出玻璃纖維束F，將玻璃纖維束F制成長度為2-50mm的粒。通過拔出輥3從浸漬模具2中拔出玻璃纖維束F，然后使用冷卻機4冷卻。然后使用制粒機5對玻璃纖維浸漬樹脂進行制粒。使用輥軋機、Banbury混合機、捏合機等以預定比率將各組分混合在一起并分散。或者，還可以使用轉鼓式共混機、henschel混合機、螺帶式混合機等對組分進行干燥共混。使用單軸擠出機、雙軸擠出機等捏合所得的混合物，從而制備丸粒形式的模塑材料。
根據用途的需要，可以向丸粒中加入各種類型的添加劑。例如，可以加入各種改性劑，如分散劑、潤滑劑、增塑劑、阻燃劑、抗氧化劑(苯酚類抗氧化劑、磷(phosphor)-抗氧化劑、硫類抗氧化劑)、抗靜電劑、光穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、結晶促進劑(增核劑)、發(fā)泡劑、交聯(lián)劑、抗微生物劑等；各種著色劑，包括顏料和染料，如碳黑、二氧化鈦、氧化鐵紅、偶氮顏料、蒽醌顏料和酞菁等，作為添加劑?？梢栽谥苽渫枇r將這些添加劑加入丸粒中，從而包含在制備的丸粒中?；蛘?，可以在由丸粒生產模塑制品時加入這些添加劑。
將丸粒、云母和MFR為40-70g/10min的嵌段聚丙烯類樹脂混合并模塑，從而得到模塑制品。
作為模塑或成型方法，為了獲得模塑制品，可以不受限制地以任何方式使用任何已知方法，例如注塑法、擠出模塑法、吹塑法、壓塑法、注射-擠壓-模塑法、氣體注入注塑(gas infusinginjection molding)、發(fā)泡注塑等等。注塑法、壓塑法以及注射-擠壓-模塑法是特別優(yōu)選的。
實施例使用圖1的丸粒制造機制備纖維增強樹脂組合物。
生產條件模具固定在直徑為50mm的擠出機的頂端，四個棒呈直線排列在浸漬部分。
纖維直徑使用玻璃無捻粗紗，其將170根玻璃纖維束縛在一起，每根纖維的纖維直徑為16μm，玻璃纖維事先用氨基硅烷進行表面處理。
預熱溫度200℃。
熱塑性樹脂MFR50的嵌段聚丙烯+羧酸改性的聚丙烯。
熔融溫度290℃。
棒四個棒，每個棒都是6mm(直徑)×3mm(長度)在上述條件下，當使用張力輥調整纖維束的量時，在模具中提供玻璃無捻粗紗，從而對其進行浸漬。而后，將其從模具中拉出，冷卻并制粒，從而制備包含50wt％的纖維的樹脂組合物。
將得到的樹脂組合物、云母M/B(云母40％)和上述嵌段聚丙烯以下述比率干燥共混樹脂組合物云母M/B(云母40％)嵌段聚丙烯＝20∶50∶30。然后使用注塑機(TOSHIBA MACHINE CO.，LTD生產，IS8OEPN)對干燥共混的材料進行模塑，從而得到模塑制品。將生產實施例與對比例進行比較。
下面示出用于實施例和對比例的各種樹脂組合物的成分。實施例含有PP用作基本材料，加上10％的長纖維玻璃纖維和20％的云母。
對比例1含有PP用作基本材料，加上40％的長纖維玻璃纖維。
對比例2含有PP用作基本材料，加上20％的長纖維玻璃纖維和30％的滑石。
對比例3含有PP用作基本材料，加上10％的長纖維玻璃纖維和20％的滑石。
對比例4含有尼龍(PA6/PA66)用作基本材料，加上10％的長纖維玻璃纖維和10％的礦物質。
對比例5含有尼龍(PA6/PA66)用作基本材料，加上17％的長纖維玻璃纖維和21％的礦物質。
對比例6含有PP再循環(huán)材料用作基本材料，加上40％的滑石。
對比例7含有PP用作基本材料，加上40％的滑石。通常，常規(guī)上使用對比例7的組合物。
表1示出對于這些實施例和對比例，當模塑成空氣過濾器的殼和蓋時樹脂組合物的撓曲彈性模量和重量以及慣性。慣性是轉移函數，其是通過以下方法獲得的在垂直于進氣系統(tǒng)壁的方向上施加力(F)，測量當施加力(F)時的加速水平(a)以及由水平(a)推導。因此，如果慣性水平低，則意味著測量面難以振動。
表1

從表1理解，與常規(guī)上使用的對比例7的空氣過濾器相比，本發(fā)明的實施例的空氣過濾器能夠將比重減小約10％，而且本實施例的慣性也是低的(也就是說，它變得難以振動)。雖然在對比例2中獲得最低的慣性，但是由于這種情況的比重非常大，因此并不能預期其發(fā)生相對重量減輕的效果。
圖2相對于這些實施例和對比例分別示出比重與慣性的關系(圖2-1)、撓曲彈性模量與慣性的關系(圖2-2)、100Hz彈性模量與慣性的關系(圖2-3)、撓曲彈性模量/比重與慣性的關系(圖2-4)以及100Hz彈性模量/比重與慣性的關系(圖2-5)。這里，撓曲彈性模量表示當樣品緩慢彎曲時的彈性模量，100Hz彈性模量表示頻率為100Hz時的動態(tài)模量。
撓曲彈性模量和慣性之間具有相關性，如圖2-2和圖2-3所示。特別地，100Hz動態(tài)模量和慣性顯示更有效的相關性。
關于本實施例的樹脂組合物，由于100Hz動態(tài)模量高，可以減小慣性，更有利地，如圖2-1所示，比重低。這些高撓曲彈性模量和低的比重能夠共同減小振動的噪音，這是本實施方案的主題。相反，在其中基本材料是尼龍的對比例4和對比例5中，雖然撓曲彈性模量高，但是慣性往往也會高。對于這些結果，難以減小振動噪音。
圖3中，針對頻率和慣性的關系以及頻率和隔聲水平的關系，比較本實施例和對比例7。隔聲水平表示聲音強度，即，當聲音從揚聲器中輸出時多少聲音從空氣過濾器中出來。隔聲水平變得越低，隔聲越顯著。從這些圖中發(fā)現(xiàn)，在該實施例中，低頻率范圍內的慣性和隔聲水平低。而且，本實施例和對比例7之間的厚度是相同的，與對比例7的重量相比，該實施例的重量低約10％。
在圖4中，針對當厚度變化為2mm、2.5mm、3.0mm和4.0mm時頻率與慣性的關系，比較本實施例和對比例7。從這些圖中可以發(fā)現(xiàn)，在相同的厚度條件下，在本實施例中，共振頻率可以增大而且低頻率范圍內的慣性會減小。
圖5是針對本實施例和對比例7，厚度與慣性共振頻率之間的關系圖。從圖4可知，當獲得相同的共振頻率時，表現(xiàn)基本相等的慣性水平。該實施例示出優(yōu)異的慣性水平，當本發(fā)明試圖獲得與對比例相同的慣性水平時，板厚可以從3mm減少至2.66mm。
在表2中，比較本實施例(厚度為2.66mm)和對比例7(厚度3mm)的比重×厚度值。當本發(fā)明試圖獲得與對比例相同的慣性水平時，在本發(fā)明中能夠獲得19.2％的重量減小，因為減小的比重和變薄的厚度共同起作用。
表2

權利要求
1.用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，其包含，嵌段聚丙烯類樹脂，其MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的60-80重量％，以及玻璃纖維和云母，其總量為組合物的20-40重量％。
2.用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，其包含，嵌段聚丙烯類樹脂，其MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的58-78重量％，酸改性的聚戊二烯類樹脂，其量為組合物的1-2重量％，以及玻璃纖維和云母，其總量為組合物的20-40重量％。
3.權利要求1或2的用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，進氣系統(tǒng)部件是以下中的任一種構成內燃機的進氣通道的風管、設置在內燃機的進氣通道中的用于減少進氣噪音的共振器或側面支管，以及收集內燃機的進氣通道中的灰塵的空氣過濾器。
4.用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，其包含嵌段聚丙烯類樹脂，其MFR為40-70g/10min(在230℃和2.16kg的負荷下)且其量為組合物的60-80重量％，以及云母，其量為組合物的20-40重量％。
全文摘要
用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物，其包含嵌段聚丙烯類樹脂以及玻璃纖維和云母，其中嵌段聚丙烯類樹脂的MFR(在230℃和2.16kg的負荷下)為40－70g/10min且其量為組合物的60－80重量％，玻璃纖維和云母的總量為組合物的20－40重量％。所述的用于內燃機的進氣系統(tǒng)部件的纖維增強樹脂組合物能夠用于增大進氣系統(tǒng)部件的彎曲彈性模量以及減小部件的比重。
文檔編號C08L53/00GK1816692SQ200480018809
公開日2006年8月9日 申請日期2004年6月29日 優(yōu)先權日2003年6月30日
發(fā)明者松本壯敏, 鈴木潤, 巖下亨, 菅原稔 申請人:東洋滬機制造株式會社, 普瑞曼聚合物有限公司