CN108191267A - 一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂及其制备方法 - Google Patents

一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂及其制备方法 Download PDF

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吴海强
黄兴明
金鑫霞
余奕发
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Abstract

本发明公开了一种缠绕气瓶用玄武岩纤维纱的浸润剂，包括偶联剂、成膜剂、助成膜剂、润滑剂、PH调节剂和去离子水，所述偶联剂为γ‑氨丙基三乙氧基硅烷或/和γ‑丙基三甲氧基硅烷；所述成膜剂为分子量300‑1000的环氧树脂乳化环氧乳液；所述助成膜剂为改性环氧树脂水溶液及水溶性聚氨酯；所述润滑剂为矿物油类阳离子或非离子润滑剂；所述水为去离子水；所述PH调节剂为冰醋酸。

Description

一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料领域，特别是涉及一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂。
背景技术
近年来，我国的机动车保有量逐年上升，石油进口比例不断攀升，带来严重的能源安全问题。同时，机动车排放的汽车尾气引起的空气污染问题也频繁发生，危害人们的生存健康。荷兰、印度、德国和法国等都已明确2025年开始逐步禁售燃油车，取而代之的是污染物排放少的新能源汽车。新能源汽车中的热门，电动汽车，因为锂离子电池的能量密度低带来的“里程焦虑”问题一直未能突破，近两年在政府补贴下滑的情况下发展缓慢。天然气汽车技术原理与燃油汽车类似，技术成熟，并且天然气燃烧无氮氧化物和硫化物的排放，绿色环保，具有较好的推广前景。
天然气汽车中的储气瓶，最初由纯钢或铝制成，但重量大、储气量少，续航里程短。金属内胆外缠绕一层纤维复合材料，可大大增强气瓶的储气压力，增加储气量。现有的缠绕气瓶用纤维有玻璃纤维和碳纤维，玻璃纤维强度低、密度大，减重效果有限；碳纤维强度高、密度小，但价格高，推广难度大。玄武岩纤维介于两者之间，具有较高的性价比，市场前景广阔。
玄武岩纤维生产过程中通常会使用浸润剂进行表面处理，浸润剂的配方不仅对缠绕成型过程至关重要，同时还会影响纤维与树脂之间的相容性和气瓶的机械性能。若浸润剂选择不当，玄武岩纤维纱线容易过软或过硬、成带性差、毛纱多、浸润速度慢和浸润效果差等问题。我公司虽对玄武岩纤维增强环氧树脂进行了长期研究，开发了多种针对环氧树脂的浸润剂配方，但在树脂浸润速度和浸润效果上无法满足缠绕气瓶的要求。
因此，为解决用于缠绕气瓶用玄武岩纤维纱的浸润速度慢和浸润效果差的问题，研制一种专用的缠绕气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂，用于制作低成本的轻量化天然气气瓶，对我国汽车轻量化和节能减排具有非常重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供结构一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱，兼顾碳纤维和玻璃纤维的优点。
本发明的另一目的在于提供一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱的制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种缠绕气瓶用玄武岩纤维纱的浸润剂，包括偶联剂、成膜剂、助成膜剂、润滑剂、PH调节剂和去离子水，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或/和γ-丙基三甲氧基硅烷；所述成膜剂为分子量300-1000的环氧树脂乳化环氧乳液；所述助成膜剂为改性环氧树脂水溶液及水溶性聚氨酯；所述润滑剂为矿物油类阳离子或非离子润滑剂；所述水为去离子水；所述PH调节剂为冰醋酸；所述浸润剂中下列各组分的含量以其原料占浸润剂配方体系的百分比表示如下；
其余为去离子水。
本发明中偶联剂的作用是修复纤维表面的微裂痕和“桥接”纤维与基体树脂，可以很好的保证玄武岩纤维增强气瓶后的一些强度性能，成膜剂是整个配方体系中的主要成分，对玄武岩纤维丝束起到保护作用，并且对最终气瓶的强度起着决定性的影响，使用分子量300-1000的环氧树脂乳化环氧乳液作为成膜剂。此环氧乳液拉丝所得产品集束性好，软硬度合适，缠绕气瓶时对树脂的浸透性佳，并保证了其产品气瓶的机械强度。助成膜剂选用改性环氧树脂水溶液及水溶性聚氨酯起到调整纱线的柔软度，保证产品的技术性及外观无毛羽，用量过多产品偏硬不利于合股，用量太少集束性较差。润滑剂选用矿物油类阳离子或非离子润滑剂主要是为满足玄武岩纤维在拉丝、合股、后道使用工序中的润滑效果。但过多使用会影响纤维的集束性，并会影响最终气瓶制品的机械性能。与现有技术相比，本发明所述的浸润剂生产玄武岩纤维断裂强度高、柔软性适宜、成带性好、毛纱少，而且树脂浸润速度快、浸润效果好，可满足缠绕气瓶生产和使用过程中的各项要求。
一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱的制备方法，包含如下步骤：在一个干净的容器中加入20倍至30倍所述偶联剂量的去离子水，然后加入所述PH调节剂，搅拌均匀后再缓慢地加入所述偶联剂，持续搅拌30-50分钟至液面上方无油状物质；所述成膜剂采用所述成膜剂量2倍的去离子水进行稀释后加入容器；所述润滑剂用10倍于其量的热水充分搅拌，再加凉水冷却后加入容器；最后加水至总量。
本发明具有如下有益效果：与现有技术相比，本发明所述的浸润剂生产玄武岩纤维断裂强度高、柔软性适宜、成带性好、毛纱少，而且树脂浸润速度快、浸润效果好，可满足缠绕气瓶生产和使用过程中的各项要求。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
一种缠绕气瓶用玄武岩纤维纱的浸润剂，包括偶联剂、成膜剂、助成膜剂、润滑剂、PH调节剂和去离子水，各个实施例的具体组分如下：
所述的偶联剂使用环氧基硅烷偶联剂以及氨基硅烷偶联剂产品牌号分别为KH-550、KH-560
所述的环氧树脂乳液成膜剂，采用低分子量非改性环氧树脂乳化而成，其相对分子质量为300-1000，平均粒子直径0.1-3um，固含量40～60％，环氧树脂的产品牌号为WSR6101(E-44)
所述的助成膜剂改性环氧树脂水溶液采用NBR-290(生产厂家中材科技特种纤维事业部)
所述的助成膜剂水溶性聚氨酯采用NBSY-140-1(生产厂家中材科技特种纤维事业部)
所述的润滑剂1使用7607(代理厂家南京义盛长科技有限公司)
所述的润滑剂2使用6760(代理厂家南京义盛长科技有限公司)
表一：各实施例成分含量表(余量为去离子水)
表二：各实施例性能表
通过以上4组实施例的结果可以看出，通过对组分配比和含量的设计，我们可以得到符合要求的浸润剂，其中尤以实施例3效果最佳。
一种缠绕气瓶用玄武岩纤维纱的浸润剂的配制方法，包括以下步骤：
在一个干净的容器中加入20倍至30倍偶联剂量的去离子水，然后加入PH调节剂，搅拌均匀后再缓慢地加入偶联剂，持续搅拌30-50分钟至液面上方无油状物质；成膜剂采用成膜剂量2倍的去离子水进行稀释后加入容器；润滑剂用10倍于其量的热水充分搅拌，加凉水冷却后加入容器；最后加水至总量。
以上所述为本发明公布的部分实施例，并不是全部的实施例，任何本领域技术人员基于本发明公布的技术范围内，所想到变化但无创造性改变的，都应涵盖在本发明公布的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂，其特征在于：包括偶联剂、成膜剂、助成膜剂、润滑剂、PH调节剂和去离子水，
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或/和γ-丙基三甲氧基硅烷；
所述成膜剂为分子量300-1000的环氧树脂乳化环氧乳液；
所述助成膜剂为改性环氧树脂水溶液及水溶性聚氨酯；
所述润滑剂为矿物油类阳离子或非离子润滑剂；
所述水为去离子水；
所述PH调节剂为冰醋酸；
所述浸润剂中下列各组分的含量以其原料占浸润剂配方体系的百分比表示如下；
2.根据权利要求1所述的一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂，其特征在于：
所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或/和γ-丙基三甲氧基硅烷。
4.一种如权利要求1所述的一种全缠绕复合气瓶用玄武岩纤维纱浸润剂的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
在一个干净的容器中加入20倍至30倍所述偶联剂量的去离子水，
然后加入所述PH调节剂，
搅拌均匀后再缓慢地加入所述偶联剂，
持续搅拌30-50分钟至液面上方无油状物质；
所述成膜剂采用所述成膜剂量2倍的去离子水进行稀释后加入容器；
所述润滑剂用10倍于其量的热水充分搅拌，再加凉水冷却后加入容器；
最后加水至总量。
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