CN104276767A

CN104276767A - 一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂

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Publication number: CN104276767A
Application number: CN201410453161.6A
Authority: CN
Inventors: 张志坚; 王巍; 叶凤林; 刘阳; 张鑫; 杨萌
Original assignee: Jushi Group Co Ltd
Current assignee: Jushi Group Co Ltd
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2015-01-14
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: CN104276767B

Abstract

一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂，由硅烷偶联剂、成膜剂、抗静电剂、润滑剂、pH调节剂和水制成，其中成膜剂由环氧树脂乳液、氨基改性的聚醋酸乙烯酯乳液和环氧改性的聚醋酸乙烯酯乳液组成，所述的润滑剂包括干态润滑剂，所用浸润剂的固含量为7.0～12.0％，下列各组分的含量以其质量占浸润剂固体质量的百分比表示如下：(1)硅烷偶联剂，含量在2.0～10.0％；(2)pH调节剂，含量在0.5～5.0％；(3)成膜剂，含量在10.0～90.0％；(4)抗静电剂，含量在0.5～8.0％；(5)润滑剂，含量在0.5～10.0％。本发明的浸润剂能改善玻璃纤维干态润滑性，使用该浸润剂生产的玻璃纤维纱具有集束性好、毛羽少、干态摩擦小、在高速切割时使用顺畅性好、与热固性塑料相容性好等特点。

Description

一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂

(一)技术领域

本发明涉及一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂。

(二)背景技术

在拉丝和纤维加工的过程中，需要在玻璃纤维的表面涂覆一层浸润剂，浸润剂主要成分包括偶联剂、成膜剂、润滑剂以及抗静电剂等助剂。

偶联剂主要有改善非极性与极性物质之间的界面相容性的作用，是无机玻璃材料与无机树脂材料之间的粘结剂。

成膜剂是玻璃纤维高速拉丝过程中所用的浸润剂中的主要成分,它可使数百根玻璃纤维粘合起来,在纤维表面形成一层保护膜,并赋予玻璃纤维良好的浸润性、硬挺性、成带性、短切性和分散性等工艺性能,保护玻璃纤维在后道加工工序中不受损伤,从而满足玻璃纤维制品各种成型工艺性能的要求。

抗静电剂主要是消除玻纤在使用过程中产生的静电，保持使用的顺畅性。

润滑剂主要是使玻璃纤维原丝与各工艺装置之间保持一定的润滑作用，避免二者间摩擦系数过大而引起原丝张力过大，造成飞丝、丝束打毛及原丝筒粘并退解困难等问题的产生，同时在原丝筒后加工过程如络纱、短切过程，起到润滑作用，使原丝具有良好的滑爽性，防止因机械磨损而产生的毛丝。

目前一般使用的增强热固性塑料用的玻璃纤维浸润剂，在复合材料成型过程，特别是高速短切的工艺中，摩擦很大，如果没有优良的“润滑”作用，因摩擦而积累的毛羽将会影响短切顺畅性，严重的情况下，毛羽将堵塞短切刀而中断使用，同时如果没有优良的“润滑”作用，在设备状态一致的条件下，短切速度会下降，导致复合材料中玻璃纤维含量下降，影响复合材料的机械强度。

(三)发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂，该浸润剂能改善玻璃纤维干态润滑性，使用该浸润剂生产的玻璃纤维纱具有集束性好、毛羽少、干态摩擦小、在高速切割时使用顺畅性好、与热固性塑料相容性好等特点，从而提高短切效率，提高复合材料中的玻璃纤维含量，最终提高复合材料的机械强度。

下面对本发明采用的技术方案做具体说明。

本发明提供了一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂，由硅烷偶联剂、成膜剂、抗静电剂、润滑剂、pH调节剂和水制成，其中成膜剂由环氧树脂乳液、氨基改性的聚醋酸乙烯酯乳液和环氧改性的聚醋酸乙烯酯乳液组成，所述的润滑剂包括干态润滑剂，所用浸润剂的固含量为7.0～12.0％，下列各组分的含量以其质量占浸润剂固体质量的百分比表示如下：

(1)硅烷偶联剂，含量在2.0～10.0％；

(2)pH调节剂，含量在0.5～5.0％；

(3)成膜剂，含量在10.0～90.0％；

(4)抗静电剂，含量在0.5～8.0％；

(5)润滑剂，含量在0.5～10.0％。

本发明中，若组分以乳液的形式加入，则其含量以其固体质量占浸润剂固体质量的百分比表示。

本发明所述的偶联剂主要是与玻璃表面结合，提供疏水界面与成膜剂相容，起到无机与有机界面之间的结合作用，偶联剂一般选自硅烷偶联剂如γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等，偶联剂质量一般占浸润剂固体质量的2.0％～10.0％，优选5.0～7.0％。

本发明所述的pH调节剂优选弱酸，如醋酸，主要是提供酸性介质来水解偶联剂，一般其占浸润剂固体质量的0.5～5.0％，优选为1.0～3.0％。

本发明所述的成膜剂主要是提供集束性，并且与树脂互相作用，提供良好的界面，本发明所述的成膜剂包含聚醋酸乙烯酯、环氧树脂等，其中聚醋酸乙烯酯有氨基改性与环氧改性两种。氨基改性聚醋酸乙烯酯可以起到交联作用，提供硬挺性，数均分子量约为20000-80000，一般其占浸润剂固体质量的15.0-60.0％，优选为33.0～38.0％；环氧改性聚醋酸乙烯酯可以提供硬挺性及与树脂相容性作用，数均分子量约为30000-100000，一般其占浸润剂固体质量的10.0-50.0％，优选25.0～30.0％；环氧树脂为双酚A型环氧树脂，数均分子量约为1000-10000，一般其占浸润剂固体质量的10.0-40.0％，优选18.0～23.0％。

本发明所述的抗静电剂，主要是消除由于使用过程中摩擦导致的静电，改善玻璃纤维的切割性，不致于由于静电而粘附刀片，影响使用的顺畅性，抗静电剂选用季铵盐，一般在浸润剂中含量为0.5％～8.0％，优选3.0～6.0％。

本发明所述的润滑剂主要起润滑作用，润滑剂一般占浸润剂固体物质含量的0.5％～10.0％，优选2.0～5.0％。本发明所述的润滑剂包含干态润滑剂，以改善干态润滑性，除了干态润滑剂外，还可以加入传统液态润滑剂。传统润滑剂在常温下为液态，在玻璃纤维烘制后迁移至玻璃纤维表面，但不能起到修复玻璃纤维表面缺陷、减小摩擦的作用。传统润滑剂可以使用有机硅油等。干态润滑剂在常温下为固态，可以减小拉丝过程摩擦来减少毛丝，提高拉丝的顺畅性，且在烘制过程迁移至玻璃纤维表面，并能修复其表面缺陷，提高浸润剂涂覆的均匀性，并且在玻璃纤维合股过程中，减小干态摩擦，从而减少毛羽，在高速使用过程大幅度降低摩擦提高其使用顺畅性。干态润滑剂可使用市售商品，优选分子量为1000-5000的PEG等。

本发明中，玻璃纤维纱的润滑剂的含量一般控制在在0.01～8.00％，具体量需要根据玻璃纤维使用性能要求决定，从产品需要达到的干态润滑性能指标及实际实验结果，润滑剂有效含量在2.0～5.0％可满足生产工艺及使用条件要求。

本发明的浸润剂最佳使用温度控制在22-28℃。

本发明所述的浸润剂可应用于增强热固性塑料用的玻璃纤维，所述的热固性塑料如不饱和聚酯树脂或聚氨酯树脂等。本发明浸润剂应用于如片状膜塑料(SMC)，长纤维注射(LFI)等工艺，可以大幅减小干态润滑，有效解决毛丝及高速使用过程的顺畅性问题。

使用本发明的改善干态润滑性的浸润剂生产的玻璃纤维纱具有毛羽少、润滑性好、高速使用顺畅性好等优点，不影响后道复合材料性能。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

(1)本发明使用的润滑剂包含干态润滑剂，相比于传统液态润滑剂可改善玻璃纤维的干态润滑性，干态润滑作用越好，其短切效率越高，导致玻璃纤维与热固性塑料形成的制品中玻璃纤维含量越高，做成的成品的强度越高。

(2)本发明的成膜剂采用环氧树脂乳液、环氧改性的聚醋酸乙烯酯乳液、氨基改性的聚醋酸乙烯酯乳液的组合，可以给玻璃纤维提供良好的集束性、硬挺性以及与热固性塑料的相容性。

(四)具体实施方式

下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此：

参见下表，这些实例中为了达到硬质玻璃纤维润滑性，提高生产效率和不影响玻璃钢强度的要求，我们主要是在特定浸润剂配方中调整传统润滑剂与干态润滑剂的比例。

硅烷偶联剂购自EVONIK公司，为γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；

数均分子量为50000氨基改性聚醋酸乙烯酯乳液，购自Frankin公司的682；

数均分子量为30000环氧改性聚醋酸乙烯酯乳液，购自Celanese公司的1971；

数均分子量为4000环氧树脂乳液，结构为双酚A型，购自DSM公司的961；

抗静电剂为18个碳原子长链型季铵盐，可购自BASF公司的264A；

传统润滑剂为分子量为2000的聚乙二醇乳液，干态润滑剂为分子量为2000的聚丙烯乳液，熔点为60℃，购自MICHELMAN公司的MD960。

具体配方实例实施如下：

浸润剂固含量为11.5％；

表1是一些配方的实例(其中的数值均为各成分基于浸润剂固体质量的百分含量)：

组分	实例1	实例2	实例3	实例4	实例5
						硅烷偶联剂	6.0	6.0	6.0	6.0	6.0
醋酸	2.0	2.0	2.0	2.0	2.0
						氨基改性聚醋酸乙烯酯	35.6	35.6	35.6	35.6	35.6
环氧树脂乳液	20.8	20.8	20.8	20.8	20.8
						环氧改性聚醋酸乙烯酯	27.1	27.1	27.1	27.1	27.1
传统湿润滑剂	4.0	3.0	2.0	1.0	0

干态润滑剂	0	1.0	2.0	3.0	4.0
						抗静电剂	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5

在长纤维注射用纱产品上进行试验，由11个原丝筒合股成线密度为4400tex的产品。

我们将该合股纱在喷射设备上做高速短切实验，通过在一定时间称取短切玻璃纤维的重量来进行评价，实例测试结果如下：

组分	实例1	实例2	实例3	实例4	实例5
						毛羽量(mg/kg)	30.5	18.2	11.2	11.8	11.5
短切时间(min)	0.51	0.53	0.49	0.52	0.51
						短切玻璃纤维重量(g)	2807.4	4005.6	4716.1	4769.8	5022.9
短切速度(m/min)	325.4	482.5	525.2	563.7	582.2
						制品玻璃纤维含量(％)	15.2	18.7	22.6	24.8	25.4
制品弯曲强度(MPa)	95.2	110.4	132.7	145.7	151.3

(备注：短切速度越大，说明干润滑效果越好，有利于原丝筒后加工过程的与复合材料成型过程润滑作用)

从以上测试可以看出，在复合材料成型过程中“湿润滑”作用不大，起主要作用的是干态润滑，干态润滑作用越好，其短切效率越高，制品中玻璃纤维含量越高，做成的成品的强度越高。

本发明实施例是根据润滑剂作用特点，通过干态润滑剂的选用来满足原丝筒后加工及复合材料成型过程所需要的干润滑作用，从而研制出改善干态润滑性的浸润剂，特别适用于高速切割顺畅性。

Claims

1.一种增强热固性塑料用的玻璃纤维的浸润剂，由硅烷偶联剂、成膜剂、抗静电剂、润滑剂、pH调节剂和水制成，其中成膜剂由环氧树脂乳液、氨基改性的聚醋酸乙烯酯乳液和环氧改性的聚醋酸乙烯酯乳液组成，所述的润滑剂包括干态润滑剂，所用浸润剂的固含量为7.0～12.0％，下列各组分的含量以其质量占浸润剂固体质量的百分比表示如下：

(1)硅烷偶联剂，含量在2.0～10.0％；

(2)pH调节剂，含量在0.5～5.0％；

(3)成膜剂，含量在10.0～90.0％；

(4)抗静电剂，含量在0.5～8.0％；

(5)润滑剂，含量在0.5～10.0％。

2.如权利要求1所述的浸润剂，其特征在于：氨基改性聚醋酸乙烯酯乳液以其固体质量计占浸润剂固体质量的15.0-60.0％，环氧改性聚醋酸乙烯酯乳液以其固体质量计占浸润剂固体质量的10.0-50.0％，环氧树脂乳液以其固体质量计占占浸润剂固体质量的10.0-40.0％。

3.如权利要求2所述的浸润剂，其特征在于：氨基改性聚醋酸乙烯酯乳液以其固体质量计占浸润剂固体质量的33.0～38.0％，环氧改性聚醋酸乙烯酯乳液以其固体质量计占浸润剂固体质量的25.0～30.0％，环氧树脂乳液以其固体质量计占占浸润剂固体质量的18.0～23.0％。

4.如权利要求3所述的浸润剂，其特征在于：下列各组分的含量以其质量占浸润剂固体质量的百分比表示如下：

(1)硅烷偶联剂，含量在5.0～7.0％；

(2)pH调节剂，含量在1.0～3.0％；

(4)抗静电剂，含量在3.0～6.0％；

(5)润滑剂，含量在2.0～5.0％。

5.如权利要求1～4之一所述的浸润剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自下列之一：γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

6.如权利要求1～4之一所述的浸润剂，其特征在于：所述氨基改性聚醋酸乙烯酯的数均分子量为20000-80000；所述环氧改性聚醋酸乙烯酯的数均分子量为30000-100000；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，其数均分子量为1000-10000。

7.如权利要求1～4之一所述的浸润剂，其特征在于：所述的抗静电剂为季铵盐。

8.如权利要求1～4之一所述的浸润剂，其特征在于：所述的润滑剂为干态润滑剂。

9.如权利要求1～4之一所述的浸润剂，其特征在于：所述的干态润滑剂为分子量在1000-5000的的PEG。

10.如权利要求1～4之一所述的浸润剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自下列之一：γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；所述氨基改性聚醋酸乙烯酯的数均分子量为20000-80000；所述环氧改性聚醋酸乙烯酯的数均分子量为30000-100000；所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂，其数均分子量为1000-10000；所述的抗静电剂为季铵盐；所述的干态润滑剂为分子量在1000-5000的PEG；所述的pH调节剂为弱酸。