CN101391867A - 一种超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，包括偶联剂、润滑剂、抗静电剂A、抗静电剂B、成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C、pH值调节剂，分别占浸润剂固体质量的1～10％、1～10％、1～5％、1～5％、10～80％、80～10％、1～5％、0.1～5％，其余为水，水的含量占浸润剂总质量的85～95％，偶联剂采用硅烷偶联剂，润滑剂采用水溶性的油脂类润滑剂，抗静电剂A采用吸水性好的有机盐类物质，抗静电剂B采用吸水性好的无机盐类物质，成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C分别采用环氧类乳液、聚酯类乳液、PVAc乳液、聚氨酯类乳液中的一种，成膜剂C选用其中低聚合度的化合物，pH值调节剂采用酸，浸润剂的pH值在3～11。本发明能在满足短切工艺要求的情况下提高浸透速度，达到高玻璃纤维含量，超低的树脂含量，提高客户的生产效率，降低生产成本。

Description

一种超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维增强热固性树脂技术，特别是满足高端客户需求的超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂。

背景技术

石油作为重要的能源方式，同时也是化工原料的主要来源。由于石油作为一种不可再生能源，随着经济发展的需求，价格不断的攀升，直接导致下游的衍生品的价格上涨，特别是作为复合材料的基体材料—树脂的价格也不断的升高，而复合材料的另一个重要材料—玻璃纤维的价格基本保持稳定。如何控制复合材料的成本的上升，成为各大复合材料生产商一个极为重要的研究课题。

通过优化复合材料的生产工艺和调整复合材料中材料的使用比例，减少树脂的用量，适当的增加玻璃纤维和填料的用量是一个大的发展趋势。在欧美国家，采用短切工艺生产离心浇注管道FRP产品，生产使用的不饱和聚酯树脂的含量不断的降低，逐步的由60％的含量降低到52％，甚至50％。树脂含量的降低，意味着玻璃纤维在使用过程中，浸透的机会会变得越来越少，纱线整体的浸透速度会变的越来越慢，大大的影响了生产的效率和制品的质量。石油价格的上涨已成不可逆转的趋势，不断降低复合材料中树脂的使用量，增加FRP组成中的填料和玻璃纤维用量，才能较好的控制制造成本的上升。这无疑对玻璃纤维产品的使用性能提出了更高的要求。维持短切用无捻粗纱的生命力，就需要根据行业发展趋势，设计出满足市场需求的产品。而对于玻璃纤维产品来说，浸润剂作为玻璃纤维的处理剂，起到保护纤维，满足生产使用性能的作用，决定着产品性能的高低和优劣。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂配方，采用该配方生产短切用无捻粗纱，不但能满足短切工艺生产离心浇注管道的使用要求，而且浸透速度快，能达到非常高玻璃纤维含量，超低的吸树脂量，从而可以提高客户的生产效率，降低生产成本，为客户创造最大的经济效益。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于包括偶联剂、润滑剂、抗静电剂A、抗静电剂B、成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C，pH值调节剂，以上物质固体质量占浸润剂总质量的5-15％，其余物质为水，水(原料自身带的水加上配制浸润剂加入的水)的含量占浸润剂总质量的85～95％，偶联剂采用硅烷偶联剂，占浸润剂固体质量的1～10％，润滑剂采用水溶性的油脂类润滑剂，占浸润剂固体质量的1～10％，抗静电剂A采用具有较强吸水能力的有机盐类物质，占浸润剂固体质量的1～5％，抗静电剂B采用具有较强吸水能力无机盐类物质，占浸润剂固体质量的1～5％，成膜剂A和成膜剂B配对组合且成比例，成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C分别采用环氧类乳液、聚酯类乳液、PVAc乳液、聚氨酯类乳液中的一种，成膜剂C选用上述四种乳液中低聚合度的化合物(其分子量范围在200-800)，成膜剂A占浸润剂固体质量的10～80％，成膜剂B占浸润剂固体质量的80～10％，成膜剂C占浸润剂总重固体质量的1～5％；pH值调节剂用于偶联剂的分散和水解，通常采用酸，可为有机酸和无机酸，一般为硫酸、盐酸、柠檬酸、醋酸、甲酸之一，pH值调节剂占浸润剂固体质量的0.1～5％，浸润剂的pH值在3～11。

本发明所述的硅烷偶联剂采用A-172、A-174、A-1100中的一种，硅烷偶联剂占浸润剂固体质量的2～8％为佳。

本发明所述的抗静电剂A和抗静电剂B用量之和占浸润剂固体质量的3～5％。

本发明所述的成膜剂A/成膜剂B的组合采用环氧/聚酯、聚酯/PVAc、PVAc/聚氨酯三种之一，成膜剂C采用低分子量的聚酯或小分子的环氧(其分子量范围在200-800)，成膜剂A/成膜剂B/成膜剂C组合的比例采用77/20/3、67/30/3、57/40/3、47/50/3中的一种。

本发明所述的pH值调节剂采用盐酸、硫酸、盐酸、柠檬酸、醋酸、甲酸中的一种，占浸润剂固体质量的0.5～2％为佳，浸润剂的pH值在3～7更好。

本发明所述的润滑剂占浸润剂固体质量的2～5％为佳。

本发明玻璃纤维的L.O.I(玻璃纤维的可燃物含量，即浸润剂涂附在玻璃纤维上的量占玻璃纤维质量的比例，下同)控制在0.5～1.5％。

一种超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂的配制方法，其特征在于包括以下步骤：在一个干净的容器中加入一半总量去离子水，然后再加入浸润剂成分中盐酸的量，充分搅拌2～5分钟后，再缓慢加入浸润剂成分中的硅烷偶联剂，持续搅拌20～30分钟；浸润剂成分中的润滑剂在80℃热水溶解并充分稀释，再加入适量室温去离子水稀释后，待温度下降到室温后，加入容器；浸润剂成分中的抗静电剂分别在60～80℃热水中充分溶解搅拌稀释后，待温度下降到室温后加入容器；浸润剂成分中的成膜剂A、B、C分别用两倍水量稀释后加入容器；所有的原料加入容器后，加入所需的水量，使浸润剂的固体含量达到设计指标范围。

本发明与现有技术相比，能在满足短切工艺要求的情况下提高浸透速度，达到非常高玻璃纤维含量，超低的树脂含量，提高客户的生产效率，降低生产成本，为客户创造最大的经济效益。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行具体的说明，但本发明的内容并不受以下实施例的任何制约。

本发明实施例超低吸树脂量短切用无捻粗纱浸润剂包括偶联剂、润滑剂、抗静电剂A、抗静电剂B、成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C、pH值调节剂，其余为水，水的含量通常占浸润剂总质量的85～95％，本实施例水的含量占浸润剂总质量的90％，且L.O.I控制在0.5～1.5％，其中偶联剂采用硅烷偶联剂，占浸润剂固体质量的1～10％，润滑剂采用水溶性的油脂类润滑剂，占浸润剂固体质量的1～10％，抗静电剂A采用具有较强吸水能力的有机盐类物质，占浸润剂固体质量的1～5％，抗静电剂B采用具有较强吸水能力无机盐类物质，占浸润剂固体质量的1～5％，成膜剂A和成膜剂B配对组合且成比例配合，通常成膜剂A/成膜剂B的组合采用环氧/聚酯、聚酯/PVAc(聚醋酸乙烯乳液)、PVAc(聚醋酸乙烯乳液)/聚氨酯三种之一，成膜剂A占浸润剂固体质量的10～80％，成膜剂B占浸润剂固体质量的80～10％；成膜剂C采用一类低聚合度的化合物(其分子量范围在200-800)，可为低分子量的聚酯，小分子的环氧之一，成膜剂C占浸润剂固体质量的1～5％；pH值调节剂用于偶联剂的分散和水解，通常采用酸，占浸润剂固体质量的0.1～5％。

1.本发明实施例的偶联剂一般采用硅烷偶联剂，可为含乙烯、丙烯酸、氨基等有机官能团的硅烷偶联剂，一般可选用的产品牌号有A-172，A-174，A-1100等，偶联剂的作用，不但在拉丝过程保护纤维，而且在与基体树脂偶联，起玻璃纤维和基体树脂间的偶联作用。使用量一般在1～10％之间，本发明实施例采用更为合适的2～8％范围，保证有足够的含量，起到保护纤维和偶联作用。合适的偶联剂选择，可以使生产出来的FRP产品具有良好的机械性能和耐老化性能。

2.本发明实施例的润滑剂可采用水溶性的有机化合物(润滑用的水溶油脂类)，一般纺织用的润滑剂(如蓖麻油酸脂)可借鉴到生产玻璃纤维中，一般采用的比例为1～10％，润滑剂的用量以满足玻璃纤维在拉丝、后处理、使用过程的润滑效果为标准，设计的原则是够用就可，太多的润滑剂会影响原丝间的粘结效果，降低纱束的硬挺性，影响纱在短切过程中分散效果，本发明实施例润滑剂采用最佳的用量范围2～5％。

3.本发明实施例的抗静电剂A选用具有较强吸水能力的有机盐类物质(有机季胺盐类物质)，抗静电剂B选用具有较强吸水能力无机盐类物质(如氯化胺盐类物质)，采用两种抗静电剂，可加强纱在使用过程中的抗静电效果。由于短切纱使用的客户遍布世界各地，不同时间不同地域的气候会有不同，玻璃纤维本身没有导电性能，玻璃纤维在喷射使用过程中与接触点的摩擦，将产生静电，如果玻璃纤维表面没有导电成分，短切出来的纱将会四处飞扬和粘附，严重影响产品的使用性能。本发明采用双抗静电剂配方体系，可保证产品在世界各地，不同气候的使用没有静电影响，保证了产品的质量和适用稳定性。两种抗静电剂的总用量在3～5％的比例较佳，具体的比例，根据实验测试结果确定用量。

4.本发明实施例的成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C作为浸润剂的主要成分起到保护纤维，将纤维集束，满足短切的使用要求。通常可选用的成膜剂有环氧类乳液、聚酯类乳液、聚醋酸乙烯类乳液、聚氨酯类乳液、丙烯酸类乳液。为了达到非常快的浸透速度，需在以上几类成膜剂中挑选合适的种类。一般比较常用的成膜剂配合(成膜剂A/成膜剂B/成膜剂C)：环氧/聚酯/小分子环氧，聚酯/PVAc(聚醋酸乙烯类乳液)/小分子环氧，PVAc(聚醋酸乙烯类乳液)/聚氨酯/小分子环氧，成膜剂A/成膜剂B/成膜剂C的比例一般可为77/20/3，67/30/3，57/40/3，47/50/3，具体的比例可通过实验确定，通常成膜剂A和成膜剂B用量之和占浸润剂固体质量的80～90％为佳，成膜剂C占浸润剂固体质量的2～4％为佳。成膜剂的确定和比例的选择，是本发明的实验测试重点。本发明实施例采用聚酯/PVAc/小分子环氧的组合。

5.本发明实施例的Ph调节剂用于浸润剂中的偶联剂的分散，偶联剂需要在一定的pH条件下水解，具体看偶联剂的种类和分散要求。配制好的浸润剂，一般要求在一定的pH范围存储和使用，pH值的范围一般可在3～11，通常会在3～7之间的酸性环境，一般使用的pH调节剂为酸，可为盐酸、硫酸、醋酸、甲酸等酸，占浸润剂固体质量的0.5～2％为佳。本发明实施例采用盐酸。

6.本发明实施例的纱上的L.O.I(可燃物含量)一般控制在0.5～1.5％，具体的值需要根据原料本身的性能，从产品需要达到的性能指标和实验测试结果来看，L.O.I在0.8～1.4％可满足短切的要求。

本发明实施例配方的确定和实验方法的说明：

为了达到浸透速度快，达到高的制品玻纤含量，又满足短切的要求，我们选用了聚酯/PVAc/小分子环氧的成膜剂A/成膜剂B/成膜剂C的组合，这样的组合可保证快的浸透速度，又较大程度的控制浸润剂的成本。

下面是一些配方的实例和测试结果(其中的数值均为浸润剂固体质量的百分比)：

 

组分	实例1	实例2	实例3	实例4	实例5
						偶联剂	2	4	5	7	8
润滑剂	4	4	3	2	2
						抗静电剂A	3	2	2	1	1
抗静电剂B	3	2	2	2	1
						成膜剂A	67	58.3	49.6	40.9	32.2
成膜剂B	17.4	26.1	34.8	43.5	52.2
						成膜剂C	2.6	2.6	2.6	2.6	2.6
pH调节剂	1	1	1	1	1
						配方固体含量比例合计	100	100	100	100	100
产品的L.O.I	0.98	1.02	1.05	1.08	1.10
						原丝集束状态	好	好	好	略差	好
纱束硬挺性	软	略软	较硬挺	适中	过硬挺
						抗静电性	好	好	好	好	好
短切性	差	好	好	差	好
						分散性	差	好	好	差	好
树脂中浸透速度	非常快	非常快	快	略慢	慢
						辊压性	差	好	好	略差	好
FRP的玻纤含量(％)	45	47	44	40	39

从以上的配方测试实例，我们可以从中看出，实例2、3基本符合设计的要求，但以上的比例仍有优化的空间。

本发明实施例根据短切工艺的技术特点，通过浸润剂原料的选择，配方的优化，采用合适成熟的玻璃纤维生产工艺，生产出满足高端要求客户需求的无捻粗纱产品。

Claims (6)

1、一种超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于：包括偶联剂、润滑剂、抗静电剂A、抗静电剂B、成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C、pH值调节剂，其余为水，水的含量占浸润剂总质量的85～95％，偶联剂采用硅烷偶联剂，占浸润剂固体质量的1～10％，润滑剂采用水溶性的油脂类润滑剂，占浸润剂固体质量的1～10％，抗静电剂A采用具有较强吸水能力的有机盐类物质，占浸润剂固体质量的1～5％，抗静电剂B采用具有较强吸水能力无机盐类物质，占浸润剂固体质量的1～5％，成膜剂A、成膜剂B、成膜剂C分别采用环氧类乳液、聚酯类乳液、PVAc乳液、聚氨酯类乳液中的一种，成膜剂C选用其中低聚合度的化合物，成膜剂A和成膜剂B配对组合且成比例，成膜剂A占浸润剂固体质量的10～80％，成膜剂B占浸润剂固体质量的80～10％，成膜剂C占浸润剂固体质量的1～5％，pH值调节剂采用酸，pH值调节剂占浸润剂固体质量的0.1～5％，浸润剂的pH值在3～11。

2、根据权利要求1所述的超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于：所述的硅烷偶联剂采用A-172、A-174、A-1100中的一种，硅烷偶联剂占浸润剂固体质量的2～8％。

3、根据权利要求1所述的超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于：所述的抗静电剂A和抗静电剂B用量之和占浸润剂固体质量的3～5％。

4、根据权利要求1所述超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于：所述的成膜剂A/成膜剂B的组合采用环氧/聚酯、聚酯/PVAc、PVAc/聚氨酯三种之一，成膜剂C采用低分子量的聚酯或小分子的环氧，成膜剂A/成膜剂B/成膜剂C组合的比例采用77/20/3、67/30/3、57/40/3、47/50/3中的一种。

5、根据权利要求1所述的超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于：所述的pH值调节剂采用盐酸、硫酸、醋酸、甲酸中的一种，占浸润剂固体质量的0.5～2％，浸润剂的pH值在3～7。

6、根据权利要求1所述的超低吸树脂量短切无捻粗纱专用浸润剂，其特征在于：所述的润滑剂占浸润剂固体质量的2～5％。