CN103121800B - 一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂，按重量百分比该浸润剂由以下组分组成：双氰胺甲醛树脂1%-10%，水性环氧树脂1%-20%，水性聚氨酯1%-20%，阳离子表面活性剂0.1%-5%，偶联剂0.1%-5%，改性纳米颗粒0.1%-1%，去离子水41%-96.7%。本发明浸润剂中添加了改性的无机纳米颗粒，涂覆该浸润剂的玻璃纤维强度可达0.61N/TEX以上，并且添加纳米颗粒后，可以改善其复合材料的界面结构，提高复合材料强度。本发明方法采用的配方简单、实用，具有较大的实际应用价值。

Description

一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂
技术领域
本发明属于浸润剂材料领域，特别涉及一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂。
背景技术
玻璃纤维因为其良好的机械性能和物理性能被广泛的用来生产复合材料，是应用最广泛的增强材料。对于一定的玻璃纤维和树脂基体，界面是影响复合材料性能的主要因素。玻璃纤维表面光滑且呈现化学惰性、表面能低，作为树脂基复合材料的增强体时与树脂间的结合不好，制备出的复合材料很难充分发挥出玻璃纤维纤维优异的力学性能。复合材料的性能在很大程度上取决于纤维与基体树脂的界面结合程度，纤维与基体树脂的浸润性和界面粘接性是影响复合材料性能的最关键因素之一，这也是目前纤维领域研究的热点。
浸润剂中添加纳米颗粒是从一个新的角度提高复合材料的性能。纳米粒子有巨大的比表面积，会产生显著的界面效应，可以有效改善玻璃纤维表面惰性，改善复合材料的界面结构，从而提高纤维和树脂之间的粘结强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂，本发明采用的配方简单、实用，适用于工业化生产；制备的浸润剂可以有效提高玻璃纤维和树脂基体粘结强度，提高复合材料性能；
本发明的一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂，按重量百分比，该浸润剂由以下组分组成：水性环氧树脂1-10%，双氰胺甲醛树脂1-20%，水性聚氨酯1-20%，偶联剂0.1-3%，阳离子表面活性剂0.1-5%，改性无机纳米颗粒0.1-1%，去离子水41-96.7%。
所述水性环氧树脂为双酚A型环氧树脂，相对分子质量为250～1000，平均粒径为0.1～2.0μm。
所述双氰胺甲醛树脂，密度为1.198g/cm3，粘度为500～560mPa·s。
所述水性聚氨酯相对分子量为150～1500，平均粒径为0.2～2.0μm。
所述阳离子表面活性剂为胺盐类表面活性剂、季铵盐类表面活性剂、咪唑啉类表面活性剂中的一种。
所述阳离子表面活性剂为胺盐类表面活性剂。
所述偶联剂为硅烷偶联剂，型号为KH-550，KH-560，KH-792，A186中的一种。
所述硅烷偶联剂的型号为KH-550。
所述无机纳米颗粒需要提前经过硅烷偶联剂改性，硅烷偶联剂用量所占纳米颗粒质量百分比为2%～10%。
所述改性无机纳米颗粒为改性的SiO2颗粒或ZrO2颗粒，粒径为50～150nm。
所述改性无机纳米颗粒为改性的SiO2颗粒。
本发明组分经过物理搅拌，混合均匀后制得玻璃纤维浸润剂成品。
本发明的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂的制备方法，包括：按重量百分配比称取水性环氧树脂1-10%，添加到去离子水中，温度保持50-70℃，机械搅拌0.5-2h，然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂1-20%、水性聚氨酯1-20%、阳离子表面活性剂0.1-5%、偶联剂0.1-3%，各搅拌0.5-2h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性无机纳米颗粒0.1-1%，最后加入去离子水，搅拌1.5-3h，即得浸润剂，其中去离子水总的重量百分比为41-96.7%。
优选：按重量百分配比称取双酚A型环氧树脂3.5%，添加到已加入50%去离子水的容器内，温度保持60℃，机械搅拌1h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂，各搅拌0.5h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性SiO2颗粒0.1-1%（SiO2经过硅烷偶联剂改性），去离子水余量，搅拌2.5h，即得浸润剂。
有益效果
（1）本发明采用的配方简单、实用，具有较大的实际应用价值；
（2）本发明制备的浸润剂可以提高玻璃纤维和树脂的粘结强度，在复合材料界面上起到机械咬合作用；
（3）本发明浸润剂中添加了改性的无机纳米颗粒，涂覆该浸润剂的玻璃纤维强度可达0.61N/TEX以上，并且添加纳米颗粒后，可以改善其复合材料的界面结构，提高复合材料强度。
附图说明
图1为涂覆了添加0.3%SiO2浸润剂的玻璃纤维的场发射扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
按重量百分配比称取3.5%的双酚A型环氧树脂，添加到已加入重量百分比为50%的去离子水的容器内，温度保持60℃，机械搅拌1h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂（KH-550）0.5%，各搅拌0.5h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性SiO2颗粒0.1%（SiO2经过0.5%KH-792改性），最后加入重量百分比为37.1%的去离子水，搅拌2.5h，即得浸润剂。使用该浸润剂处理后的玻璃纤维强度N/TEX为0.61。图1为浸润剂处理后玻璃纤维表面扫描电镜照片。
实施例2
按重量百分配比称取3.5%的双酚A型环氧树脂，添加到已加入重量百分比为50%的去离子水的容器内，温度保持60℃，机械搅拌1h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂（KH-550）0.5%，各搅拌0.5h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性SiO2颗粒0.3%（SiO2经过0.5%KH-792改性），最后加入重量百分比为36.9%的去离子水，搅拌2.5h，即得浸润剂。强使用该浸润剂处理后的玻璃纤维度N/TEX为0.65。
实施例3
按重量百分配比称取3.5%的双酚A型环氧树脂，添加到已加入重量百分比为50%的去离子水的容器内，温度保持50℃，机械搅拌2h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂（KH-550）0.5%，各搅拌2h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性SiO2颗粒0.5%（SiO2经过0.5%KH-792改性），最后加入重量百分比为36.7%的去离子水，搅拌3h，即得浸润剂。使用该浸润剂处理后的玻璃纤维强度N/TEX为0.68。
实施例4
按重量百分配比称取3.5%的双酚A型环氧树脂，添加到已加入重量百分比为50%的去离子水的容器内，温度保持70℃，机械搅拌0.5h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂（KH-550）0.5%，各搅拌1h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性SiO2颗粒0.7%（SiO2经过0.5%KH-792改性），最后加入重量百分比为36.5%的去离子水，搅拌1.5h，即得浸润剂。使用该浸润剂处理后的玻璃纤维强度N/TEX为0.68。
实施例5
按重量百分配比称取3.5%的双酚A型环氧树脂，添加到已加入重量百分比为50%的去离子水的容器内，温度保持60℃，机械搅拌1h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂（KH-550）0.5%，各搅拌0.5h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，然后加入改性ZrO2颗粒0.4%（ZrO2经过0.5%KH-792改性），最后加入重量百分比为36.8%的去离子水，搅拌2.5h，即得浸润剂。使用该浸润剂处理后的玻璃纤维强度N/TEX为0.66。
对比实施例1
按重量百分配比称取3.5%的双酚A型环氧树脂，添加到已加入重量百分比为50%的去离子水的容器内，温度保持60℃，机械搅拌1h。然后按重量百分比依次加入双氰胺甲醛树脂5%、水性聚氨酯3.5%、阳离子表面活性剂0.3%、硅烷偶联剂（KH-550）0.5%，各搅拌0.5h，其中阳离子表面活性剂事先用去离子水稀释，最后加入重量百分比为37.2%的去离子水，搅拌2.5h，即得浸润剂。使用该浸润剂处理后的玻璃纤维强度N/TEX为0.55。

Claims (8)

1.一种玻璃纤维用添加无机纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：按重量百分比，该浸润剂由以下组分组成：水性环氧树脂1-10％，双氰胺甲醛树脂1-20％，水性聚氨酯1-20％，偶联剂0.1-3％，阳离子表面活性剂0.1-5％，改性无机纳米颗粒0.1-1％，去离子水41-96.7％；其中阳离子表面活性剂为胺盐类表面活性剂、季铵盐类表面活性剂、咪唑啉类表面活性剂中的一种；改性无机纳米颗粒为改性的SiO2颗粒或ZrO2颗粒，粒径为50～150nm。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述水性环氧树脂为双酚A型环氧树脂，相对分子质量为250～1000，平均粒径为0.1～2.0μm。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述双氰胺甲醛树脂，密度为1.198g/cm3，粘度为500～560mPa·s，水性聚氨酯相对分子量为150～1500，平均粒径为0.2～2.0μm。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述阳离子表面活性剂为胺盐类表面活性剂。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，型号为KH-550，KH-560，KH-792，A186中的一种。
6.根据权利要求5所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂的型号为KH-550。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述无机纳米颗粒需要提前经过硅烷偶联剂改性，硅烷偶联剂用量所占纳米颗粒质量百分比为2％～10％。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维用添加纳米颗粒的浸润剂，其特征在于：所述改性无机纳米颗粒为改性的SiO2颗粒。
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