CN102249556B - 玻璃纤维细纱浸润剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃纤维细纱浸润剂，为3～8wt％的水溶液，其中水溶液中溶质包括以下重量比的组分，以占溶质总重量计：硅烷偶联剂8～15％、pH值调节剂1～3％、润滑剂20～45％、水性环氧乳液2～10％、小分子环氧树脂乳液50～70％；其中，所述硅烷偶联剂选自含乙烯基、氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的两种。还公开上述浸润剂的制备方法。本发明玻璃纤维细纱浸润剂，是包含硅烷偶联剂、pH值调节剂、润滑剂、水性环氧乳液和小分子环氧树脂乳液原料的水溶液，不仅能树脂相溶，而且浸透速度快，解决细纱在不同领域的使用。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃纤维纱技术领域，尤其是玻璃纤维细纱用的浸润剂，及其制备方法。
背景技术
玻璃纤维细纱一般是指玻璃经拉丝成丝饼后，再经过捻线工艺而形成的奶瓶状的玻璃纤维，主要于电子布的制作。在工业上还用于拉挤光览、各种航空织物、目前新兴的各种三维织物、编织电线电缆包覆层、套管、矿山导火线、各种电机电器的绝缘材料、缝纫线等等行业，这些行业不仅对产品质量性能的要求也越来越高：具有良好的耐磨性，更高的抗拉强度，更少的毛羽；基本上均要求玻璃纤维细纱与不同的树脂具有相溶性以及纱线的强度较高，因此要求玻璃纤维细纱所用的浸润剂必须具有上述性能。
而现有的细纱浸润剂主要为淀粉型，其主要成份为：淀粉、植物油、石蜡；淀粉型的细纱不能满足与后道工艺中基体树脂相溶，强度也不能很好的满足要求。由于淀粉和油剂的存在，导致树脂与纱的复合材料的界面结合不良，其力学性能不能达到预期的要求。
发明内容
本发明针对不足，提出一种玻璃纤维细纱浸润剂，能与基体树脂很好的相溶，纱线与树脂结合后有很高的拉伸断裂强度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：一种玻璃纤维细纱浸润剂，为3～8wt％的水溶液，其中水溶液中溶质包括以下重量比的组分，以占溶质总重量计：
其中，所述硅烷偶联剂选自含乙烯基、氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的两种。
优选的，所述硅烷偶联剂的重量比为10～15％。
优选的，所述pH值调节剂选自柠檬酸、醋酸、甲酸、乙酸、盐酸中的一种。
优选的，所述润滑剂的重量比为30～40％。
与现有技术相比，本发明玻璃纤维细纱浸润剂，是包含硅烷偶联剂、pH值调节剂、润滑剂、水性环氧乳液和小分子环氧树脂乳液原料的水溶液，不仅能树脂相溶，而且浸透速度快，解决细纱在不同领域的使用。
硅烷偶联剂为含有乙烯基，氨基，环氧基等有机官能团的硅烷偶联剂。一般可选择的产品牌号有SZ-6030，SZ-6032，SZ-6040，SZ-6011等，硅烷偶联剂的作用，不但在拉丝过程中保护玻璃纤维，而且与基体树脂偶联，起到玻璃纤维与基体树脂桥梁的作用。一般的使用量为溶质总重量的5～25％，更为合适的是10～15％，保证有足够的含量来保护玻璃纤维，使其在拉丝、捻线和用户使用时不易起毛。传统配方中或只使用一种硅烷偶联剂，本发明所使用的两种偶联剂使纱能与多种树脂很好的浸润，同时使纱束获得更高的抗断裂强度。
pH值调节剂：用于硅烷偶联剂的水解。硅烷偶联剂需在一定pH值酸性条件下水解，配好的浸润剂一般也要求的一定的pH范围内存储和使用。pH值的范围可在3～11，通常会在3～7之间的酸性环境。pH值调节剂可选用柠檬酸，醋酸，甲酸，乙酸，盐酸中的一种，占浸润剂固体含量的1～3％为佳。本发明实施例采用醋酸。
润滑剂：有效的减低动摩擦系数，减少拉丝及捻线等生产环节中毛羽的产生，增强玻璃纤维的集束性。本发明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(如蓖麻油酸脂等)，一般采用的比例为20～45％。润滑剂的用量以满足玻璃纤维在拉丝、捻线等生产过程中的润滑效果为标准，设计时根据具体的情况调整，太多会影响成原丝的集束性，太少又会产生毛羽。本发明所使用的润滑剂的最佳用量为：30～40％。
水性环氧：具有很好的保护玻璃纤维表面的作用，成膜性好，使纤维具有一定的集束性不易滑动。同时与树脂能很好的结合，本发明实施例使用水性环氧的环氧当量的范围在150～250之间，最佳用量为2～6％。
小分子量环氧乳液，其分子量为200～800；作为玻璃的主成膜剂本实施例最佳用量40～55％。
本发明还提供了上述玻璃纤维细纱浸润剂的制备方法，一种玻璃纤维细纱浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
①、分别称取下述组分，组分总量占浸润剂的3～8wt％，其余为水；各组分在组分总量中的重量比为：
其中，所述硅烷偶联剂选自含乙烯基、氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的两种；
②、向浸润剂总水量的40～50％的水中加入pH值调节剂，搅拌，至pH值为3～11；
③、将硅烷偶联剂分别加入步骤②的酸溶液中，搅拌至水解反应完全；
④、步骤③反应产物中依次加入润滑剂、水性环氧乳液和小分子量环氧树脂乳液，搅拌，加入剩余的水，搅拌，即得玻璃纤维细纱浸润剂。
优选的，步骤③的反应完全的检测方法为：取反应液置于干净的透明玻璃容器中，在光线充足处观测，若溶液表面无油花、溶液透明无沉淀或悬浮物，即表明水解反应完全。
优选的，步骤④中润滑剂、水性环氧乳液和小分子量环氧树脂乳液均是以水溶液方式加入步骤③反应产物中。
具体实施方式
一种玻璃纤维细纱浸润剂，为3～8wt％的水溶液，其中水溶液中溶质包括以下重量比的组分，以占溶质总重量计：
其中，硅烷偶联剂选自含乙烯基、氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的两种。
上述浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在配制罐中加入总配制水量的40～50％的冷纯水(室温)，开启搅拌；
步骤2：在配制罐中缓慢加入醋酸(pH调节剂)，调节溶液pH值到偶联剂水解所需范围内(用pH试纸或精密pH测试仪测试)，搅拌约2min左右；
步骤3：将第一硅烷偶联剂用缓慢加到配制罐中，搅拌约20～30min左右，检查其完全水解后，将第二硅烷偶联剂缓慢加到配制罐中，搅拌20～30min以上检查其是否完全水解(检测偶联剂水解完全的方法：取一定量的溶液置于干净的透明玻璃容器中，在光线充足处观测溶液表面无油花，溶液透明无沉淀或悬浮物)；
步骤4：加入已用约20倍纯水(室温)稀释的润滑剂1(冬天温度较低时用30～40℃的温水溶解)；
步骤5：加入已稀释的水性环氧乳液；
步骤6：加入搅拌均匀的小分子量环氧树脂乳液；
步骤7：加入剩余的纯水到配制量；
步骤8：待搅拌均匀(约搅拌10min左右)后，取样检测浸润剂固含量。
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用；下述实施例所制得的浸润剂均采用上述制备方法，只是在物料及其比例上存在区别。如下表1所示。
表1为各实施例组分配方(其中的数值均为占浸润剂中固体质量的百分比，下同)
对上述各实施例所制得的浸润剂，按照一定的拉丝、捻线生产工艺所生产出的G75管纱，测定管纱的物理性能，具体测试结果如下表2-1和2-2：
表2-1 G75管纱的性能参数
| 物理性能测试 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 表面毛羽(根/bboin) | 2 | 0 | 3 | 5 |
| 硬挺度(mm) | 165 | 157 | 142 | 158 |
| 可燃物含量(％) | 0.34 | 0.36 | 0.35 | 0.32 |
| 断裂强度(N/TEX) | 0.65 | 0.68 | 0.62 | 0.62 |
| 浸透速度(s)-聚酯 | 16 | 20 | 23 | 25 |
| 浸透速度(s)-环氧 | 25 | 22 | 23 | 24 |
表2-2 G75管纱的性能参数
| 物理性能测试 | 实施例5 | 实施例6 | 淀粉型纱 |
| 表面毛羽(根/bboin) | 1 | 6 | 5 |
| 硬挺度(mm) | 148 | 168 | 160 |
| 可燃物含量(％) | 0.35 | 0.36 | 1.10 |
| 断裂强度(N/TEX) | 0.63 | 0.59 | 0.38 |
| 浸透速度(s)-聚酯 | 26 | 29 | 不相溶 |
| 浸透速度(s)-环氧 | 25 | 25 | 不相溶 |
采用实施例1和2所制得的的浸润剂，与现有淀粉型浸润剂进行性能测试，结果如下表3所示。
表3 纤维增强树脂性能测试 单位：MPa
以上测试数据是按照通用的玻璃纤维产品测试方法测试，根据设计要求，树脂基增强用细纱要求纱束外观集束性能好(表面毛羽少)，有一定的硬挺度，较高的断裂强度，同时能快速的与两种树脂浸润与浸透，从玻璃钢测试性能来看，其增强效果明显。
1、该浸润剂配方能与多种类型树脂相结合(主要与聚酯，环氧)，并且具有较高的力学性能；
2、解决管纱生产中脱粉，脱垢，毛纱等问题，提高产品质量，同时提升生产效率；
3、拉丝机运转率提高，对浸润剂提出了更高的要求，着重解决管纱毛羽与断头的问题。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种玻璃纤维细纱浸润剂，为3～8wt%的水溶液，其中水溶液中溶质包括以下重量比的组分，以占溶质总重量计：
其中，所述硅烷偶联剂选自含乙烯基、氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的两种；
所述水性环氧乳液中环氧树脂的环氧当量为150～250；
所述小分子量环氧树脂乳液中小分子量环氧树脂的分子量为200～800；
所述溶质总重量为100%。
2.如权利要求1所述的浸润剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂的重量比为10～15%。
3.如权利要求1所述的浸润剂，其特征在于：所述pH值调节剂选自柠檬酸、醋酸、甲酸、盐酸中的一种。
4.如权利要求1所述的浸润剂，其特征在于：所述润滑剂的重量比为30～40%。
5.一种玻璃纤维细纱浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
①、分别称取下述组分，组分总量占浸润剂的3～8wt%，其余为水；各组分在组分总量中的重量比为：
其中，所述硅烷偶联剂选自含乙烯基、氨基或环氧基的硅烷偶联剂中的两种；
所述水性环氧乳液中环氧树脂的环氧当量为150～250；
所述小分子量环氧树脂乳液中小分子量环氧树脂的分子量为200～800；
所述各组分的总重量为100%；
②、向浸润剂总水量的40～50%的水中加入pH值调节剂，搅拌，至pH值为3～11；
③、将硅烷偶联剂分别加入步骤②的溶液中，搅拌至水解反应完全；
④、步骤③反应产物中依次加入润滑剂、水性环氧乳液和小分子量环氧树脂乳液，搅拌，加入剩余的水，搅拌，即得玻璃纤维细纱浸润剂。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤③的反应完全的检测方法为：取反应液置于干净的透明玻璃容器中，在光线充足处观测，若溶液表面无油花、溶液透明无沉淀或悬浮物，即表明水解反应完全。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤④中润滑剂、水性环氧乳液和小分子量环氧树脂乳液均是以水溶液方式加入步骤③反应产物中。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤①和③中硅烷偶联剂的重量比为10～15%。
9.如权利要求5所述的浸润剂，其特征在于：步骤①和③中pH值调节剂选自柠檬酸、醋酸、甲酸、盐酸中的一种。
10.如权利要求5所述的浸润剂，其特征在于：步骤④中润滑剂的重量比为30～40%。
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