CN107012585B - 超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法 - Google Patents

超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超细无碱玻璃纤维棉，按质量百分比计，由以下组分组成：超细无碱玻璃纤维80～90％，粘结助剂10～20％；超细无碱玻璃纤维按质量百分比计，由以下组分组成：SiO255～59％，Al2O313～18％，MgO 2.5～4.5％，CaO 15～24％，Na2O 0～0.5％，K2O 0～0.3％，Fe2O30.15～0.4％，B2O36～8.5％和TiO 0.5～1.5％；碱性金属氧化物Na2O+K2O的总含量小于0.6％，SiO2+Al2O3+MgO+CaO含量之和大于92.5％。还涉及超细无碱玻璃纤维棉的制备方法，超细无碱玻璃纤维重量轻，纤维直径极细且均匀，具有优异的机械性能。

Description

超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法
技术领域
本发明属于功能复合材料技术领域，涉及超细无碱玻璃纤维棉的制备方法。
背景技术
无碱玻璃纤维是指纤维成分中碱金属氧化物含量小于1％的铝硼硅酸盐，具有良好电绝缘性、耐高温、抗腐蚀、机械强度高、比重轻和耐水性等一系列优异特性，是其它功能材料和结构材料难以比拟的。无碱玻璃纤维是发展现代化工业、农业、国防和尖端科学最佳的基础性功能材料；同时无碱玻璃纤维因为具有碱金属含量较少，使得其介电常数仅为6.5左右，可主要用于电子线路板的增强材料和其他各种塑料增强复合材料。
在普通玻璃纤维增强改性聚丙烯(pp)材料中，由于PP和玻璃纤维的材料极性相容性差异，在成型大件产品时候会出现表面浮纤、材料流动性差、产品部分翘曲变形等现象；同时存在着产品强度不高，生产效率较低和成本较高的缺陷，给产品的推广应用带来不利的影响；特别是在制品日益大型化及结构复杂化的背景下，对制品的强度提出了更高的要求；因此，利用无碱玻璃纤维具有良好电绝缘性和机械强度高的特优良性，开发出一种塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法，来很好的解决实际材料应用的苛刻要求。
公开号为CN105887278一种热塑性玻璃纤维增强PP复合材料专用玻璃纤维布，本发明涉及纤维布技术领域；它的制作流程如下：一、混纺纤维纱的制备：在无碱玻璃纤维池窑拉丝生产线专用炉台上增加PP纱放卷装置，在拉制玻璃纤维无捻粗纱的过程中，按玻璃纤维∶PP纤维＝6∶4比例设计纱号；二、玻璃纤维布的制备；三、后序处理。降低生产成本，简化生产工艺，提高产品强度，适合大规模生产。
公开号为CN105504489一种无碱玻璃纤维增强改性聚丙烯复合材料及其制备方法，其中所述的无碱玻璃纤维增强改性聚丙烯复合材料包括以下质量份数的原料：均聚PP树脂45～55份；无碱玻璃纤维28～32份；滑石粉13～17份；相容剂4～6份；抗氧剂0.5～2份，抗浮纤剂0.5～2份；润滑剂0.5～2份。采用了该发明中的无碱玻璃纤维增强改性聚丙烯复合材料能够使大长径比无碱玻璃纤维在材料中更好地均匀分散，能够有效提高尼龙组合物的表面光洁性和加工流动性，从而有利于更好加工表面光洁的产品。
上述两发明专利中所公开的塑料增强无碱玻璃纤维均是利用池窑拉丝生产的直径为6～10μm粗纤维；纤维直径约粗，无碱玻璃纤维和塑料的有机结合就越困难，造成产品表面出现浮纤、材料流动性差、甚至翘曲变形等影响；同时，无添加或者添加的粘结助剂未达到效果，都会导致玻璃纤维与塑料的结合力较差，导致制备出的产品机械强度较差；因此，如何制备出纤维直径较细且分布均匀；与塑料结合紧密的塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法是亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纤维直径较细、直径分布均匀的塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉及其制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、超细无碱玻璃纤维棉，按质量百分比计，由以下组分组成：超细无碱玻璃纤维80～90％，粘结助剂10～20％，所述超细无碱玻璃纤维按质量百分比计，由以下组分组成：SiO2 55～59％，Al2O3 13～18％，MgO 2.5～4.5％，CaO 15～24％，Na2O 0～0.5％，K2O 0～0.3％，Fe2O3 0.15～0.4％，B2O3 6～8.5％和TiO 0.5～1.5％；碱性金属氧化物Na2O+K2O的总含量小于0.6％，SiO2+Al2O3+MgO+CaO含量之和大于92.5％。
进一步，所述超细无碱玻璃纤维的直径95％都正态分布在0.5～2μm。
进一步，所述粘结助剂包括憎水剂、固化剂、偶联剂和柔性剂。
进一步，所述憎水剂选用氨基硅油、甲基硅油、瓦克硅油、羟基硅油或羟基氨基硅油中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5～5％。
进一步，所述固化剂选用硫酸铵或硫酸乙酯中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5～3％。
进一步，所述偶联剂选用KH550、KH560、KH792硅烷偶联剂、NDZ-101或NDZ-311钛酸酯偶联剂中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5-4％；所述柔性剂选用SS、SS-100、SS-200、丁腈橡胶、聚丙烯酸酯或丁苯乳胶中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5～3％。
2、超细无碱玻璃纤维棉的制备方法，包括如下步骤：1)根据超细无碱玻璃纤维各元素的化学计量选取石英砂、腊石、石灰石、白云石、白泡石、萤石、芒硝和硬硼钙石均匀混合后投入窑炉煅烧，熔化出成分均匀和无杂质透明的玻璃液；2)将玻璃液通过漏板形成一次玻璃细丝流股；3)将一次玻璃细丝流股在高温、高速的火焰气流作用下被二次熔融配吹和牵引成超细无碱玻璃纤维；4)将各粘接助剂混合后配制的粘接剂溶液均匀雾化喷洒于超细无碱玻璃纤维表面，并均匀的分散在成型网上；5)通过烘房烘干得到成品塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉。
进一步，按重量份数计，选取40-44份石英砂、20-30份腊石、10-15份石灰石、10-13份白云石、5-11份白泡石、1-5份萤石、1-5份芒硝和1-3份硬硼钙石，均匀混合后投入窑炉煅烧，熔化出成分均匀和无杂质透明的玻璃液。
进一步，步骤1)所述玻璃液温度控制在1460±10℃，步骤3)所述二次熔融喷吹的温度控制在1260±10℃。
进一步，步骤5)烘房温度控制在145～165℃，烘干时间控制在7～10min。
本发明的有益效果在于：控制超细玻璃纤维中碱性金属氧化物R2O(Na2O+K2O)含量小于0.6％，可有效降低玻璃液的析晶倾向，提高超细无碱玻璃纤维的机械强度；控制SiO2+Al2O3+MgO+CaO含量之和大于92.5％，可有效细化纤维，提高超细无碱玻璃纤维的机械强度；并且通过控制玻璃液温度在1460±10℃和二次熔融成纤喷吹温度控制在1260±10℃，从而制备出的超细无碱玻璃纤维直径95％都正态分布在0.5～2μm；本发明超细无碱玻璃纤维棉纤维直径较细且均匀，能与塑料紧密结合，非常实用塑料增强使用。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1
按重量份数计，选取42份石英砂、26份腊石、13份石灰石、11份白云石、9份白泡石、4份萤石、3.5份芒硝和2.5份硬硼钙石，混合均匀后投入窑炉煅烧，玻璃液温度控制在1460℃，熔化出成分均匀的玻璃液；然后玻璃液通过漏板形成玻璃一次细丝流股；玻璃细丝流股在1260℃的火焰气流作用下又二次熔融和牵引成超细玻璃纤维，然后配制相对于超细玻璃纤维重量比为2％甲基硅油，0.5％硫酸铵，3％KH560硅烷偶联剂，1％SS-200粘结助剂均匀雾化喷洒于超细无碱玻璃纤维棉表面，并均匀的分散在成型网上；最后在148℃烘房内烘干8min；
经检测成品塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉平均纤维直径1.5μm，长度方向机械强度为15N/25mm，宽度方向机械强度8N/25mm；测得超细无碱玻璃纤维棉增强后塑料的机械强度与其它玻璃纤维增强后塑料相比，具体结果如下：
由此可以看出，通过添加平均纤维直径1.5μm超细无碱玻璃纤维棉，成品塑料的拉伸强度比添加平均纤维直径8μm无碱玻璃纤维的高出20MPa，弯曲强度高出17MPa，起到明显的机械增强作用，具有巨大的实用价值。
实施例2
按重量份数计，选取40份石英砂、23份腊石、15份石灰石、10份白云石、11份白泡石、5份萤石、2.5份芒硝和1.5份硬硼钙石，混合均匀后投入窑炉煅烧，玻璃液温度控制在1460℃，熔化出成分均匀的玻璃液；然后玻璃液通过漏板形成玻璃一次细丝流股；玻璃细丝流股在1260℃的火焰气流作用下又二次熔融和牵引成超细玻璃纤维；然后配制相对于超细玻璃纤维重量比为2.5％甲基硅油，0.5％硫酸铵，3％KH560硅烷偶联剂，3％SS-100粘结助剂均匀雾化喷洒于超细无碱玻璃纤维棉表面，并均匀的分散在成型网上；最后在152℃烘房内烘干9min；
经检测成品塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉平均纤维直径1.3μm，长度方向机械强度为18N/25mm，宽度方向机械强度10N/25mm；测得超细无碱玻璃纤维棉增强后塑料的机械强度与其它玻璃纤维增强后塑料相比，具体结果如下：
由此可以看出，通过添加平均纤维直径1.3μm超细无碱玻璃纤维棉，成品塑料的拉伸强度比添加平均纤维直径8μm无碱玻璃纤维的高出15MPa，弯曲强度高出19MPa，起到明显的机械增强作用，可以带来可观的经济效益。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.超细无碱玻璃纤维棉，其特征在于，按质量百分比计，由以下组分组成：超细无碱玻璃纤维80～90%，粘结助剂10～20%，所述超细无碱玻璃纤维按质量百分比计，由以下组分组成：SiO2 55~59%，Al2O3 13~18%，MgO 2.5~4.5%，CaO 15~24%，Na2O 0~0.5%，K2O 0~0.3%，Fe2O3 0.15~0.4%，B2O3 6~8.5% 和TiO 0.5~1.5%；碱性金属氧化物Na2O+K2O的总含量小于0.6%，SiO2+Al2O3+MgO+CaO含量之和大于92.5%；所述超细无碱玻璃纤维的直径95%都正态分布在0.5～2μm。
2.如权利要求1所述的超细无碱玻璃纤维棉，其特征在于，所述粘结助剂包括憎水剂、固化剂、偶联剂和柔性剂。
3.如权利要求2所述的超细无碱玻璃纤维棉，其特征在于，所述憎水剂选用氨基硅油、甲基硅油、瓦克硅油、羟基硅油或羟基氨基硅油中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5~5%。
4.如权利要求2所述的超细无碱玻璃纤维棉，其特征在于，所述固化剂选用硫酸铵或硫酸乙酯中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5~3%。
5.如权利要求2所述的超细无碱玻璃纤维棉，其特征在于，所述偶联剂选用KH550、KH560、KH792硅烷偶联剂、NDZ-101或NDZ-311钛酸酯偶联剂中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5-4%；所述柔性剂选用SS、SS-100、SS-200、丁腈橡胶、聚丙烯酸酯或丁苯乳胶中的一种或几种，重量占玻璃纤维棉的总重量的0.5~3%。
6.权利要求1-5任一所述的超细无碱玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）根据超细无碱玻璃纤维各元素的化学计量选取石英砂、腊石、石灰石、白云石、白泡石、萤石、芒硝和硬硼钙石均匀混合后投入窑炉煅烧，熔化出成分均匀和无杂质透明的玻璃液；2）将玻璃液通过漏板形成一次玻璃细丝流股；3）将一次玻璃细丝流股在高温、高速的火焰气流作用下被二次熔融喷吹和牵引成超细无碱玻璃纤维；4）将各粘接助剂混合后配制的粘接剂溶液均匀雾化喷洒于超细无碱玻璃纤维表面，并均匀的分散在成型网上；5）通过烘房烘干得到成品塑料增强用超细无碱玻璃纤维棉。
7.如权利要求6所述的超细无碱玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于，按重量份数计，选取40-44份石英砂、20-30份腊石、10-15份石灰石、10-13份白云石、5-11份白泡石、1-5份萤石、1-5份芒硝和1-3份硬硼钙石，均匀混合后投入窑炉煅烧，熔化出成分均匀和无杂质透明的玻璃液。
8.如权利要求6所述的超细无碱玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于，步骤1）所述玻璃液温度控制在1460±10℃，步骤3）所述二次熔融喷吹的温度控制在1260±10℃。
9.如权利要求6所述的超细无碱玻璃纤维棉的制备方法，其特征在于，步骤5）烘房温度控制在145～165℃，烘干时间控制在7～10min。
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