CN104692674A - 玄武岩纤维专用环氧型浸润剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂及其制备方法。玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，按照重量百分比计由如下组分组成：环氧乳液成膜剂5.0～8.0%；润滑剂0.1～1%；粘结剂0.5～1.5%；增塑剂0.5～1.5%；抗静电剂0.2～1.0%；偶联剂0.5～1.0%；余量为软水。本发明是适用于玄武岩增强热固性酚醛环氧树脂复合材料的增强纺织型浸润剂，纺织性好且能促进玄武岩纤维与被增强的热固性高分子聚合物的结合力。

Description

玄武岩纤维专用环氧型浸润剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纤维浸润剂及其制备方法，尤其涉及一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂及其制备方法，属于纤维浸润剂领域。

背景技术

玄武岩是在全球的大部分国家地壳中都广泛存在坚硬而致密的一种火山岩。玄武岩纤维是采用在许多方面类似于玻璃纤维拉丝的连续方法制造而成。和E玻璃纤维一样，玄武岩纤维也是用铂铑合金漏板拉制而成。在纤维冷却时涂覆浸润剂，纤维送入拉丝设备和卷绕设备，然后绕在纱筒上。它在复合材料用途中明显优于E玻璃纤维，有着更高的断裂载荷和更高的杨氏模量，有人做过对比试验，相同条件下，玄武岩环氧复合材料试样的强度比E玻纤环氧试样高13.7%，刚性高17.5%；此外，玄武岩纤维天然耐受紫外线和高能量电磁辐射，在低温下仍能保持真性能，具有更好的耐酸性。近年来，我国政府大量投入资金支持玄武岩及其复合材料研究项目，带动了大批企业和科研院所开展相关技术研究和试验开发。

浸润剂既能有效地润滑玄武岩纤维表面，又能将数百根乃至数千跟纤维单丝集成一束，还能改变玄武岩纤维表面状态，这样不仅满足了玄武岩纤维后道工序加工性能的要求，而且在复合材料中还能促进玄武岩纤维与被增强的高分子聚合物的结合力。

中国专利201210401128公开了一种名称为“玄武岩纤维表面改性浸润剂及其制备方法”，公开日为2013年1月30日。该专利公开的玄武岩纤维浸润剂，包括重量百分比为0.2％至0.6％的有机硅烷偶联剂、0.05％至0.3％的pH调节剂、3.0％至10.0％的聚醋酸乙烯酯乳液、0.2％至2.0％的聚氨酯乳液、0.5％至3.0％的水性环氧树脂成膜物、1.0％至5.0％的聚烯烃乳液、0.1％至1.0％的有机硅乳液与0.1％至1.0％的抗静电剂，且余量为水。在玄武岩生产拉丝的过程中直接涂覆于玄武岩纤维的表面，经烘干后即完成表面改性。

但现有技术还存在如下问题：1、现有E玻璃纤维浸润剂技术中石蜡、淀粉纺织型浸润剂中的石蜡和淀粉会阻碍纤维和有机树脂的结合，所以使用石蜡、淀粉型纺织浸润剂织造的玻璃纤维布必须热清洗除去浸润剂涂层后方能使用，不适合增强型玄武岩纤维生产使用。2、申请号为CN201210401128的发明专利公布的浸润剂应用于玄武岩纤维拉丝和增强热塑性复合材料效果好，但纺织性较差，无法满足织造成纤维布的要求，也不适用于热固性酚醛环氧树脂复合材料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂及其制备方法。本发明是适用于玄武岩增强热固性酚醛环氧树脂复合材料的增强纺织型浸润剂，纺织性好且能促进玄武岩纤维与被增强的热固性高分子聚合物的结合力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于，按照重量百分比计由如下组分组成：

环氧乳液成膜剂                            5.0～8.0%；

润滑剂                                    0.1～1%；

粘结剂                                    0.5～1.5%；

增塑剂                                    0.5～1.5%；

抗静电剂                                  0.2～1.0%；

偶联剂                                    0.5～1.0%；

软水                                      余量。

所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，由双酚A型环氧树脂制作而成的50%左右含量的水溶性乳液，环氧值大于0.44。

所述的润滑剂选用的是牌号为YG-203的咪唑啉润滑剂，购自西安友基公司。

所述的粘结剂选用的是牌号为801的水溶性环氧树脂，购自西安友基公司。

所述的增塑剂选用的是牌号为PEG4000，分子量3500~4500的聚乙二醇，购自江苏海安石油化工厂。

所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂。

所述的偶联剂根据玄武岩纤维增强酚醛环氧复合材料生产和使用环境温度变化情况，选用美国道康宁公司牌号为Z-6132的偶联剂，该偶联剂适合于酚醛环氧树脂与玄武岩纤维的键合作用；同时其长期耐热温度可达300℃，能够满足使用环境对复合材料的要求，不能用常见耐热较差的KH-550等偶联剂替代。

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、先将抗静电剂按照20%的质量浓度溶解成水溶液；

b、其余组分根据配比量分别与软水按照50%的质量比例进行稀释；

c、准备配比量50%的软水，搅拌状态下加入预先稀释好的各种组分原料，最后按配比量加足软水，搅拌均匀即可投入使用。

采用本发明的优点在于：

1、采用本发明中的浸润剂拉制的玄武岩纤维能承受多次弯折摩擦不断裂，具有良好的纺织性能，单纤维强度高。

2、采用本发明中的浸润剂拉制的玄武岩纤维织成的纤维布不需要热处理即可用于热固性酚醛环氧树脂复合材料制造，且与基体树脂复合时浸透快、结合力强，能够满足高温成型的偶联效果。

3、采用本发明中的浸润剂拉制的玄武岩纤维生产的增强热固性复合材料，高低温变化环境条件下纤维与复合材料不会分层，结合持久，耐高低温效果好。

4、本发明浸润剂配制方法简便，容易掌握，重复性好。

5、本发明中，所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，其特点是使用牌号为E-51双酚A型环氧树脂制作而成的50%左右含量的水溶性乳液，购自巴陵石化公司；环氧值小于0.44的如E-20环氧乳液不能用于此配方，原因在于成膜后硬度太大，柔软性差，不利于改善玄武岩纤维的耐弯折性能。

6、本发明中，所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂，能够有效消除纤维使用过程中摩擦产生的静电；此处绝不能使用常见玻璃纤维浸润剂中所采用的1631作为抗静电剂，原因在于1631的润滑性太好，玄武岩纤维本身滑爽性就大，再使用1631后会导致纤维太滑无法纺织。

具体实施方式

实施例1

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，按照重量百分比计由如下组分组成：

环氧乳液成膜剂                            5.0～8.0%

润滑剂                                    0.1～1%

粘结剂                                    0.5～1.5%

增塑剂                                    0.5～1.5%

抗静电剂                                  0.2～1.0%

偶联剂                                    0.5～1.0%

软水                                      余量；

所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，其特点是使用牌号为E-51双酚A型环氧树脂制作而成的50%左右含量的水溶性乳液，购自巴陵石化公司；环氧值小于0.44的如E-20环氧乳液不能用于此配方，原因在于成膜后硬度太大，柔软性差，不利于改善玄武岩纤维的耐弯折性能。

所述的润滑剂选用的是牌号为YG-203的咪唑啉润滑剂，购自西安友基公司。

所述的粘结剂选用的是牌号为801的水溶性环氧树脂，购自西安友基公司。

所述的增塑剂选用的是牌号为PEG4000，分子量3500~4500的聚乙二醇，购自江苏海安石油化工厂。

所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂；此处绝不能使用常见玻璃纤维浸润剂中所采用的1631作为抗静电剂，原因在于1631的润滑性太好，玄武岩纤维本身滑爽性就大，再使用1631后会导致纤维太滑无法纺织。

所述的偶联剂根据玄武岩纤维增强酚醛环氧复合材料生产和使用环境温度变化情况，选用美国道康宁公司牌号为Z-6132的偶联剂，该偶联剂适合于酚醛环氧树脂与玄武岩纤维的键合作用；同时其长期耐热温度可达300℃，能够满足使用环境对复合材料的要求，不能用常见耐热较差的KH-550等偶联剂替代，这是本发明的又一个技术要点。

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂的制备方法，包括如下步骤：

1. 硝酸锂考虑其室温下的溶解度，预先按照20%的质量浓度溶解成水溶液；

2. 其余组分根据配比量分别与软水按照50%的质量比例进行稀释；

3. 准备配比量50%的软水，搅拌的情况下加入预先稀释好的各种组分原料，最后按配比量加足软水，搅拌均匀即可投入使用。

实施例2

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，按照重量百分比计由如下组分组成：

环氧乳液成膜剂                            5.0%；

润滑剂                                    0.1%；

粘结剂                                    0.5%；

增塑剂                                    0.5%；

抗静电剂                                  0.2%；

偶联剂                                    0.5%；

软水                                      余量。

所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，环氧值大于0.44。

所述的润滑剂选用的是牌号为YG-203的咪唑啉润滑剂。

所述的粘结剂选用的是牌号为801的水溶性环氧树脂。

所述的增塑剂选用的是牌号为PEG4000，分子量3500~4500的聚乙二醇。

所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂。

所述的偶联剂选用美国道康宁公司牌号为Z-6132的偶联剂。

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂的制备方法，包括如下步骤：

a、先将抗静电剂按照20%的质量浓度溶解成水溶液；

b、其余组分根据配比量分别与软水按照50%的质量比例进行稀释；

c、准备配比量50%的软水，搅拌状态下加入预先稀释好的各种组分原料，最后按配比量加足软水，搅拌均匀即可投入使用。

实施例3

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，按照重量百分比计由如下组分组成：

环氧乳液成膜剂                            8.0%；

润滑剂                                    1%；

粘结剂                                    1.5%；

增塑剂                                    1.5%；

抗静电剂                                  1.0%；

偶联剂                                    1.0%；

软水                                      余量。

所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，环氧值大于0.44。

所述的润滑剂选用的是牌号为YG-203的咪唑啉润滑剂。

所述的粘结剂选用的是牌号为801的水溶性环氧树脂。

所述的增塑剂选用的是牌号为PEG4000，分子量3500~4500的聚乙二醇。

所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂。

所述的偶联剂选用美国道康宁公司牌号为Z-6132的偶联剂。

实施例4

一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，按照重量百分比计由如下组分组成：

环氧乳液成膜剂                            6.0%；

润滑剂                                    0.5%；

粘结剂                                    1.0%；

增塑剂                                    0.8%；

抗静电剂                                  0.6%；

偶联剂                                    0.7%；

软水                                      余量。

所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，环氧值大于0.44。

所述的润滑剂选用的是牌号为YG-203的咪唑啉润滑剂。

所述的粘结剂选用的是牌号为801的水溶性环氧树脂。

所述的增塑剂选用的是牌号为PEG4000，分子量3500~4500的聚乙二醇。

所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂。

所述的偶联剂选用美国道康宁公司牌号为Z-6132的偶联剂。

实施例5

应用本发明拉制的玄武岩纤维（A样品）与国内某企业玄武岩纤维（B样品）测试数据对比测试见下表：

测试项目	单纤维直径（um）	含水率（%）	可燃物含量（%）	拉伸强度（N/tex）	耐摩擦次数
						A	10.9	0.03	0.65	0.67	306
B	10.7	0.023	0.54	0.51	245

Claims (8)

1.一种玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于，按照重量百分比计由如下组分组成：

环氧乳液成膜剂                            5.0～8.0%；

润滑剂                                    0.1～1%；

粘结剂                                    0.5～1.5%；

增塑剂                                    0.5～1.5%；

抗静电剂                                  0.2～1.0%；

偶联剂                                    0.5～1.0%；

软水                                      余量。

2.根据权利要求1所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于：所述的环氧乳液成膜剂为EPO-106，环氧值大于0.44。

3.根据权利要求1或2所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于：所述的润滑剂选用的是牌号为YG-203的咪唑啉润滑剂。

4.根据权利要求3所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于：所述的粘结剂选用的是牌号为801的水溶性环氧树脂。

5.根据权利要求1、2或4所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于：所述的增塑剂选用的是牌号为PEG4000，分子量3500~4500的聚乙二醇。

6.根据权利要求5所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于：所述的抗静电剂选用的是无机物硝酸锂。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂，其特征在于：所述的偶联剂选用美国道康宁公司牌号为Z-6132的偶联剂。

8.根据权利要求1所述的玄武岩纤维专用环氧型浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、先将抗静电剂按照20%的质量浓度溶解成水溶液；

b、其余组分根据配比量分别与软水按照50%的质量比例进行稀释；

c、准备配比量50%的软水，搅拌状态下加入预先稀释好的各种组分原料，最后按配比量加足软水，搅拌均匀即可投入使用。