CN105369437B - 制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法，将拉丝形成的玻璃纤维经过浸润剂处理后，再经过表面处理，然后直接与聚氨酯单体进行反应，得到聚氨酯/玻璃纤维复合纤维。所制得的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维可直接经过捻线，整经，穿经等步骤然后织布，最终得到超薄聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布。本发明的制备方法没有热处理步骤，提高了色度等产品一致性。
Description
本申请是申请号为201410457094.5，申请日为2014年9月10日，发明创造名称为“聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种复合纤维的制备方法，具体涉及一种聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布的制备方法。
背景技术
玻璃纤维是一种工程材料，具有耐高温，抗腐蚀，强度高，密度小，吸湿低，延伸小及绝缘好等一系列优异特性。玻璃纤维布的生产借鉴了传统的纺织技术，并创造出独特的后加工体系。
传统的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布在制备时是先将玻璃原料拉丝，然后捻线、整经、穿经，织成玻璃纤维布后将聚氨酯复合在玻璃纤维布上，从而得到复合纤维布。但是按照传统的制备方法将玻璃纤维布与聚氨酯等高分子复合形成的玻纤布厚度比较大，而且其生产技术难度大，对产品质量要求高，被视为玻璃纤维系列制品中的高新技术产品。
例如中国专利 103507278 A（申请号 201210216602.1）公开了一种溶液浸渍法制备玻纤布增强热塑性聚氨酯复合材料的方法，首先制备热塑性聚氨酯溶液，将玻纤布浸渍于热塑性聚氨酯溶液中，对浸渍有聚氨酯溶液的玻纤布进行干燥处理，制得玻纤布浸渍片材，对玻纤布浸渍片材热压成型，即得到复合材料。按照这种方法制得的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布，由于玻纤布的致密性，聚氨酯涂层只能在布的表面进行复合，聚氨酯单体和聚合物很难进入到玻璃纤维布的内部，导致这种聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布的性能均一性较差。而且采用整匹玻璃布进行复合，对设备和技术的工艺要求非常严格，废品率比较高。
中国专利文献CN 103804888 A公开了一种连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法，制备时先制备热塑性聚氨酯薄膜，然后将玻纤布叠加到两层热塑性聚氨酯薄膜的中间，经过热压辊，使热塑性聚氨酯浸入到玻纤布中，再经过冷却装置，制得玻纤布预浸带；将预浸带剪裁、铺叠并热压成型，得到连续玻纤增强热塑性聚氨酯复合材料。按照这种方法制得的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布超过0.4毫米，很难得到超薄的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维布。而且由于聚氨酯与玻璃纤维采用的是物理复合，所以容易造成聚氨酯和玻璃纤维的分离，大大限制了其应用范围。特别是在电子产业领域，基本不能采用该工艺进行生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、产品质量稳定、可制备超薄纤维布的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法。
实现本发明目的的技术方案是一种聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法，包括以下步骤：
①拉丝，将玻璃原料在全铂坩埚或者代铂坩埚融化，然后通过漏板拉制成玻璃纤维原丝，在拉制过程中，玻璃纤维原丝表面涂覆一层浸润剂。
②玻璃纤维表面处理，将步骤①获得的玻璃纤维原丝在表面处理剂中停留0.1 s～20s完成表面处理，经过表面处理剂处理后的玻璃纤维表面上包括化学活性基团。
③聚氨酯复合，将步骤②经过表面处理的玻璃纤维经过聚氨酯的水溶液，停留时间为2～10s，玻璃纤维的表面涂敷一层聚氨酯涂层，从而得到聚氨酯/玻璃纤维复合纤维。玻璃纤维表面涂敷的聚氨酯涂层的厚度为200纳米～10微米。
④捻线前处理，将步骤③所制备的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维在清水中进行洗涤10s～20s，以除去未接枝的聚氨酯。
⑤将步骤④处理后的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维按照现有工艺加捻成纱、整经、穿经，然后织造得到聚氨酯玻璃纤维复合纤维布。
上述步骤①中所用的浸润剂的组成如下：偶联剂1份～10份，润滑剂1份～10份，环氧成膜剂1份～20份，粘结剂2份～10份，表面活性剂2份～10份，水40份～70份。
作为优选的，步骤①拉制得到的单根玻璃纤维原丝的直径为5μm～50μm。
上述步骤②玻璃纤维表面处理所用的表面处理剂为硅烷偶联剂的水溶液，浓度为1%～510%。
可选择的，所述硅烷偶联剂为单胺的硅烷偶联剂，或者是二胺的硅烷偶联剂，或者是三胺的硅烷偶联剂。
步骤②经过表面处理剂处理后的玻璃纤维表面上的化学活性基团包括氨基和羟基。
一种如上所述的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法制备的复合纤维布。
上述复合纤维布的厚度为0.05mm～2mm。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法先在玻璃原料拉丝后形成的单根玻璃纤维原丝上形成聚氨酯涂层，得到聚氨酯/玻璃纤维复合纤维，这种复合纤维由于外层有聚氨酯涂层的保护，可有效防止原丝捻成的纺织纱散丝、形成毛丝，增强了纺织纱的硬挺度、分散性及滑爽性。可以说聚氨酯涂层起到了传统工艺中所用浸润剂的部分成分的成膜作用。
（2）由于玻璃纤维表面上形成聚氨酯涂层，聚氨酯涂层已经起到了成膜作用，因此本发明制备方法所采用的浸润剂与传统浸润剂相比，减少了传统浸润剂中起成膜作用的淀粉-油剂类等成分。
（3）本发明所采用的制备工艺中省去了热处理步骤。传统工艺所使用的浸润剂中由于含有淀粉-油剂类等成分，将玻纤布与聚氨酯等高分子材料复合时，必须对浸渍了聚氨酯等高分子材料的玻纤布进行高温处理，将淀粉-油剂类等成分除去后玻纤才能与高分子材料复合成功。而本发明由于浸润剂中没有淀粉-油剂类等成分，无需热处理步骤即可将聚氨酯在玻纤表面成膜。
（4）进一步的，由于本发明所采用的工艺无需热处理，因此减少了产品外观颜色的色差，产品的成品率有较大幅度提高；另外产品稳定性高、毒性低，具有广泛的应用前景。本发明的制备方法步骤简单，易于实现规模化生产。
（5）与传统的将聚氨酯复合在玻璃纤维布上从而得到复合纤维布的工艺相比，本发明将聚氨酯复合在玻璃原料拉丝后形成的单根玻璃纤维上，所得到的复合纤维可以制备超薄的纤维布。将单根玻璃纤维通过聚氨酯溶液进行快速复合，可以在玻璃纤维表面形成一层纳米级的聚氨酯涂层，其厚度只有200纳米～10微米，从而由该纤维束制得的纤维布厚度最低能低至0.05毫米，非常适合在电子产品领域进行应用。
具体实施方式
（实施例1）
本实施例的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法包括以下步骤：
①拉丝。将玻璃原料在全铂坩埚或者代铂坩埚融化（本实施例中为无碱玻璃球在1240℃～1260℃下融化），然后通过铂铑合金漏板拉制成玻璃纤维原丝。单根玻璃纤维原丝的直径为5μm～20μm。在拉制过程中，单根玻璃纤维原丝表面涂覆一层浸润剂。
所述浸润剂乳液的组成如下：偶联剂1份～10份，润滑剂1份～10份，环氧成膜剂1份～20份，粘结剂2份～10份，表面活性剂2份～10份，水40份～70份。浸润剂中固体含量为30%～60%，可燃物含量为5%～15%。
本实施例所使用的浸润剂乳液的组成如下：偶联剂6份，润滑剂5份，环氧成膜剂10份，粘结剂5份，表面活性剂5份，水69份。其中固体含量为31%，可燃物含量为11%。
浸润剂乳液中乳胶粒子的直径主要分布在100～1000nm，本实施例中乳胶粒子的直径为200～500nm。
所述偶联剂采用的是美国联碳公司所生产的牌号为A―1100的硅烷偶联剂，所述润滑剂采用的是美国OCF公司所生产的牌号为K-12的润滑剂，所述环氧成膜剂采用的是BASF公司所生产的牌号为Glascol®HN4的环氧树脂，粘结剂采用的是南京瑞迪森公司所生产的牌号为RL-1030的聚乙烯醇胶树脂。表面活性剂是美国 DOW生产的 DOWFAX 2A1树脂。
②玻璃纤维表面处理。将步骤①获得的单根玻璃纤维原丝在表面处理剂中停留0.1 s～20s，本实施例中为5s完成表面处理。经过表面处理剂处理后的玻璃纤维表面上包括以羟基和氨基为主的化学活性基团。
所述表面处理剂为硅烷偶联剂的水溶液，浓度为1%～10%。所述硅烷偶联剂为单胺的硅烷偶联剂，或者是二胺的硅烷偶联剂，或者是三胺的硅烷偶联剂。典型的有3-丙基三乙氧基甲硅烷胺（3-aminopropyl- triethoxysilane，CAS NO.919-30-2，以下简称APS）、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（3-（Methacryloyloxy）propyl]trimethoxysilane，CASNO. 2530-85-0，以下简称MPA）以及二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷（(3-trimethoxysilylpropyl) diethylenetriamine，CAS NO. 35141-30-1，以下简称DETA）。
本实施例所用的表面处理剂为APS水溶液。
③聚氨酯复合。将步骤②经过表面处理的玻璃纤维经过聚氨酯的水溶液，停留时间为2～10s（本实施例中为4s）；玻纤表面的活性基团与聚氨酯迅速发生化学反应，玻璃纤维的表面涂敷一层聚氨酯涂层，从而得到聚氨酯/玻璃纤维复合纤维。聚氨酯涂层的厚度为200纳米～10微米。
所述聚氨酯为水性聚氨酯乳液，聚氨酯水溶液中水性聚氨酯乳液的浓度为10%～25%。本实施例所用的水性聚氨酯乳液为BASF公司所生产的牌号为JONCRYL-U4188的水性聚氨酯乳液，浓度为35%。
④捻线前处理。将步骤③所制备的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维在在清水中进行洗涤10～20s，以除去未接枝的聚氨酯。处理后的复合纤维已经可以直接在设备上加捻成纱。
⑤将步骤④处理后的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维按照现有工艺加捻成纱、整经、穿经，然后织造得到聚氨酯玻璃纤维复合纤维布。
由于本实施例先在玻璃原料拉丝后形成的单根玻璃纤维原丝上形成聚氨酯涂层，得到聚氨酯/玻璃纤维复合纤维，这种复合纤维由于外层有聚氨酯涂层的保护，可有效防止原丝捻成的纺织纱散丝、形成毛丝，增强了纺织纱的硬挺度、分散性及滑爽性。可以说聚氨酯涂层起到了传统工艺中所用浸润剂的部分成分的成膜作用，因此本实施例所使用的浸润剂中没有包含淀粉-油剂类等成膜成分。
相应的，由于浸润剂中没有包含淀粉-油剂类等成膜成分，制备工艺中省去了热处理步骤，减少了产品外观颜色的色差，产品的成品率有较大幅度提高。
根据布匹色差标准检测，本实施例制得的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的色差，测得复合纤维布的色差为5级。
（实施例2）
本实施例的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：
步骤①中浸润剂乳液中乳胶粒子的直径为500～1000nm。
步骤②玻璃纤维表面处理使用的是2%的MPA水溶液，处理时间为2s。
根据布匹色差标准检测本实施例制得的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的色差，测得复合纤维布的色差为5级。
（实施例3）
本实施例的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的制备方法其余与实施例1相同，不同之处在于：
步骤①中拉制的单根玻璃纤维原丝的直径为20μm～40μm。
步骤②玻璃纤维表面处理使用的是2%的DETA水溶液，处理时间为1s。
根据布匹色差标准检测本实施例制得的聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的色差，测得复合纤维布的色差为5级。
（对比例1）
分别测量实施例1制备的复合纤维布和按照传统工艺制备的复合纤维布的厚度。
1、将实施例1的步骤①至步骤④准备的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维在加捻设备上加捻成纱，捻向为Z捻，捻度为35捻/米。将加捻号的纱按照经纱号数200-1000号（tex）、单纤维直径5μm～50μm、经密15-20根/cm、卷长50m/卷上机织造，采用平纹织法，制得的复合纤维布的厚度为0.2 mm。
2、按照传统工艺，步骤①制得的原丝首先在加捻设备上加捻成纱，捻向为Z捻，捻度为35捻/米。将加捻号的纱按照经纱号数200-1000号（tex）、单纤维直径5μm～50μm、经密15-20根/cm、卷长50m/卷上机织造。制得的纤维布在200℃以上高温处理后，进行表面化学处理，然后与聚氨酯复合，在90-95℃烘干定型后得到的复合纤维布的厚度为0.5 mm。
与传统的将聚氨酯复合在玻璃纤维布上从而得到复合纤维布的工艺相比，本发明将聚氨酯复合在玻璃原料拉丝后形成的单根玻璃纤维上，可以在玻璃纤维表面形成一层纳米级的聚氨酯涂层，其厚度只有200纳米～10微米。若选择拉丝后得到的直径为10μm以下的玻璃纤维原丝按照步骤②至步骤④处理后，由该纤维束制得的纤维布厚度最低能低至0.05毫米，非常适合在电子产品领域进行应用。
Claims (5)
1.一种制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法，其特征在于包括以下步骤：
①拉丝，将玻璃原料在全铂坩埚或者代铂坩埚融化，然后通过漏板拉制成玻璃纤维原丝，在拉制过程中，玻璃纤维原丝表面涂覆一层浸润剂；所用的浸润剂的组成如下：偶联剂1份～10份，润滑剂1份～10份，环氧成膜剂1份～20份，粘结剂2份～10份，表面活性剂2份～10份，水40份～70份；
②玻璃纤维表面处理，将步骤①获得的玻璃纤维原丝在表面处理剂中停留0.1 s～20s完成表面处理，经过表面处理剂处理后的玻璃纤维表面上包括化学活性基团；所述表面处理剂为硅烷偶联剂的水溶液，浓度为1%～10%；
③聚氨酯复合，将步骤②经过表面处理的玻璃纤维经过聚氨酯的水溶液，停留时间为2～10s，玻璃纤维的表面涂敷一层聚氨酯涂层，从而得到聚氨酯/玻璃纤维复合纤维；
④捻线前处理，将步骤③所制备的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维在清水中进行洗涤10s～20s，以除去未接枝的聚氨酯；
⑤将步骤④处理后的聚氨酯/玻璃纤维复合纤维按照现有工艺加捻成纱、整经、穿经，然后织造得到聚氨酯玻璃纤维复合纤维布。
2.根据权利要求1所述的制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法，其特征在于：步骤①拉制得到的单根玻璃纤维原丝的直径为5μm～50μm。
3.根据权利要求1所述的制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为单胺的硅烷偶联剂，或者是二胺的硅烷偶联剂，或者是三胺的硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法，其特征在于：步骤②经过表面处理剂处理后的玻璃纤维表面上的化学活性基团包括氨基和羟基。
5.根据权利要求1所述的制备聚氨酯玻璃纤维复合纤维布的方法，其特征在于：步骤③中玻璃纤维表面涂敷的聚氨酯涂层的厚度为200纳米～10微米。
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