CN108503239A - 一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玻璃纤维浸润剂，包含以下组分，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：偶联剂0.1‑2.0％；润滑剂0.05‑2.0％；不饱和聚酯乳液1.0‑10.0％；聚醋酸乙烯酯乳液1.0‑10.0％；环氧乳液2.0‑10.0％；易着色剂0.1‑5.0％；pH值调节剂0.05‑1.0％；水60.0‑95.7％。采用该浸润剂涂覆生产玻璃纤维，能够改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，有效提高玻璃纤维流动性、开纤性、易着色性能，并提高玻璃纤维与基体树脂的相容性，制得的着色级SMC模压制品材料具有玻璃纤维分布均匀，表面光滑无纹路，机械性能佳等特点。

Description

一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于玻璃纤维浸润剂技术领域，尤其涉及一种着色级用玻璃纤维浸润剂及其制备和运用。

背景技术

近年SMC制品具有轻质、高强、耐腐蚀、成本低及可大规模生产、可设计性好、外观质量佳、易成型、使用舒适等诸多优点，已在汽车业﹑建筑业等行业中得到越来越广泛的应用。随着SMC技术和生活水平的不断提高，人们对SMC制品的力学性能﹑外观质量及各种特殊性能提出了更为苛刻的要求，也促使SMC市场更加细分和专业化。例如汽车应用领域包括A级表面的外饰件与高强力学性能的结构件，建筑领域包括一般工业设施与住宅领域如整体卫生间等。

在住宅领域，庞大市场需求推动建筑业蓬勃发展，全球每年新建或改建住宅户数高达数亿户，庞大市场需求推动建筑业蓬勃发展，也给复合材料装饰材料特别是高表面性能的着色级SMC制品带来了巨大的商机，特别是在浴缸﹑整体浴室设备﹑水槽﹑天花板﹑门板等领域，这些制品都大量采用高性能SMC材料，而且此类制品正朝着大型化和高级化发展。

目前SMC制品的制备普遍采用玻璃纤维，鉴于上述原因，在制备SMC产品时，亟需提高玻璃纤维的流动性和开纤性，同时提高玻璃纤维与基体树脂的相容性，使得玻璃纤维在制得的SMC材料中具有优异的均匀性，且需要表面光滑无纹路，机械性能佳等特点。

发明内容

本发明旨在提供一种玻璃纤维浸润剂，采用该浸润剂涂覆生产玻璃纤维，能够改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，有效提高玻璃纤维流动性、开纤性、易着色性能，并提高玻璃纤维与基体树脂的相容性，制得的着色级SMC模压制品材料具有玻璃纤维分布均匀，表面光滑无纹路，机械性能佳等特点。

根据本发明的一个方面，提供一种玻璃纤维浸润剂，包含以下组分，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：

其中，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：

其中，所述易着色剂为联苯型盐类物质。

其中，所述环氧乳液采用双酚A型环氧树脂乳液和脂环族环氧树脂乳液的组合物；其中，所述双酚A型环氧树脂乳液和所述脂环族环氧树脂乳液的质量比为5:1-1:3。

其中，所述双酚A型环氧树脂乳液和所述脂环族环氧树脂乳液的质量比为4:1-1:2。

其中，所述聚醋酸乙烯酯乳液为交联型聚醋酸乙烯酯乳液。

其中，所述偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的组合物；其中，所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和所述3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的质量比为5:1-1:1。

其中，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：

其中，所述偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的组合物；所述环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液和脂环族环氧树脂乳液的组合物；所述聚醋酸乙烯酯乳液为交联型聚醋酸乙烯酯乳液；所述易着色剂为联苯型盐类物质；所述润滑剂为聚酰亚胺类物质；所述的水为去离子水。

根据本发明的另一方面，提供一种玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括如下步骤：

1)在第一容器中加入偶联剂质量30-50倍的水，再加入pH值调节剂，搅拌下加入偶联剂，搅拌均匀分散至澄清；

2)在第二容器中加入不饱和聚酯乳液2-5倍的常温水，再加入不饱和聚酯乳液，搅拌至均匀分散；

3)在第三容器中加入双酚A型环氧树脂乳液2-5倍的常温水，再加入双酚A型环氧树脂乳液，搅拌至均匀分散；

4)在第四容器中加入脂环族环氧树脂乳液2-5倍的常温水，再加入脂环族环氧树脂乳液，搅拌至均匀分散；

5)在第五容器中加入聚醋酸乙烯酯乳液2-5倍的常温水，再加入聚醋酸乙烯酯乳液，搅拌至均匀分散；

6)在第六容器中加入润滑剂3-8倍的40-80℃水，再加入润滑剂，搅拌至均匀分散后放至常温；

7)在第七容器中加入易着色剂2-5倍的常温水，再加入易着色剂，搅拌至均匀分散；

8)将所述第一容器至第七容器中的原料加入到第八容器中，再加入余量常温水，搅拌均匀分散后即得所述玻璃纤维浸润剂。

根据本发明的第三个方面，提供一种玻璃纤维浸润剂在卫浴类制品上的应用。

本发明提供的玻璃纤维浸润剂，主要的创新点是在配方中引入联苯型盐类物质。该物质能够很好的赋予玻璃纤维着色和开纤性能，在卫浴类制品表面能够很好的淡化玻璃纤维颜色。成膜剂选用不饱和聚酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液以及环氧乳液三种组分进行复配；并选用合适的偶联剂，研究各组分的含量配比，以制备得到具有优异的玻璃纤维流动性、开纤性能等优点的浸润剂。

具体地，上述浸润剂包括偶联剂、润滑剂、易着色剂、成膜剂、pH值调节剂和水。其中，成膜剂由不饱和聚酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液和环氧乳液组成；水为去离子水。

成膜剂作为浸润剂的主要成分，对玻璃纤维的加工性能起着决定性的影响，起到保护玻璃纤维、提高玻璃纤维流动性、集束性以及与基体树脂的相容性的作用。其既要保证玻璃纤维生产顺畅性又要在后道工序中能够与被增强的基体树脂混合均匀，且玻璃纤维分布均一。

成膜剂种类较多，本发明采用不饱和聚酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧树脂乳液的复配组合物作为成膜剂。其中，环氧乳液选用双酚A型环氧树脂乳液和脂环族环氧树脂乳液的复配组合，两者质量比为5:1-1:3，优选为4:1-1:2。该质量配比可以很好地提高玻璃纤维的流动性及开纤性能。聚醋酸乙烯酯乳液选用交联型聚醋酸乙烯酯，也可以进一步提高玻璃纤维的流动性及开纤性能。不饱和聚酯乳液选用低不饱和度聚酯，提高与SMC中不饱和树脂的相似相溶性，从而保证力学性能优势。

不饱和聚酯乳液的质量百分比控制为1.0-10.0％，优选2.0-8.0％，进一步优选3.0-7.0％；聚醋酸乙烯酯乳液的质量百分比控制为1.0-10.0％，优选1.0-9.0％，进一步优选2.0-7.0％；环氧乳液的质量百分比控制为2.0-10.0％，优选2.0-8.0％，进一步优选2.5-6.0％。发明人通过研究发现，采用上述含量的成膜剂组分配比，在与易着色剂的配合使用能明显改善玻璃纤维的流动性、开纤性以及含浸性能。

偶联剂作为无机玻璃纤维与成膜剂有机聚合物之间结合的桥梁，是浸润剂的另一重要组成部分。其作用是玻璃纤维表面富含羟基亲水基团，而成膜剂则属于疏水物质；偶联剂在玻璃纤维和成膜剂之间通过物理和化学作用使它们紧密相连从而实现良好的界面结合，并且偶联剂的选择还是影响玻璃纤维强度以及玻璃纤维增强制品强度的关键。

常用的偶联剂为硅烷偶联剂，发明人通过研究发现，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂与本发明提供的成膜剂、润滑剂相互配合，能够有效提高玻璃纤维与树脂的相容性。其中，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的质量比为5:1-1:1，优选为4:1-2:1。本发明限定偶联剂的质量占浸润剂总质量的0.1-2.0％、优选为0.1-1.0％，进一步优选为0.2-0.8％。使用该含量配比的偶联剂制备的浸润剂，能够使玻璃纤维增强材料具有更好的机械性能。

润滑剂主要是为了保证玻璃纤维在拉丝、后处理以及使用等过程的润滑效果。润滑剂含量过少则达不到润滑效果，过多会影响原丝之间的粘结性，并影响在基体树脂中的浸透和相容性，对玻璃纤维复合材料的机械性能有负面影响，本发明浸润剂中，润滑剂选用聚酰亚胺类润滑剂，其质量比为0.05-2.0％，优选0.1-1.0％，进一步优选0.5-0.8％。该配比的聚酰亚胺类润滑剂可降低浸润剂表面张力，减少毛散丝、飞丝情况发生，利于拉丝作业的顺利进行，并有效提高玻璃纤维的集束性；同时达到很好的浸润效果，并且不影响原丝之间的粘结性。

易着色剂在本浸润剂体系中对玻璃纤维的着色性能和开纤性能均有重要作用，该类原料的加入可以使玻璃纤维很好的与SMC树脂配方相容，易与SMC中色浆结合染色，在其模压制品表面达到视觉一致的效果。本发明申请中，易着色剂为联苯型盐类物质，其含量占比为0.1-5.0％，优选为0.2-3.5％，进一步优选为0.5-3.0％。该含量范围的联苯型盐类物质的使用，能够有利于玻璃纤维的流动和开纤，最终实现高表面性能的制品要求，可使玻璃纤维均匀分散并单丝化于制品中。

pH值调节剂主要起调节浸润剂pH值的作用，常见的pH值调节剂有醋酸、柠檬酸、甲酸、氨水或有机胺类等。为了满足本发明中偶联剂的水解与分散要求，本发明的浸润剂需控制为偏酸性环境，并优选乙酸作为pH值调节剂，pH值调节剂的质量占浸润剂总质量的0.05-1.0％，优选为0.08-0.8％，进一步优选为0.08-0.6％。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

第一，本发明使用不饱和聚酯乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液组成的成膜剂与易着色剂进行复配，并研究了合适的含量配比，可以明显改善玻璃纤维的流动性、开纤性以及含浸性能，制品表面性能佳。

第二，本发明研究了浸润剂配方中环氧树脂乳液的配比组成，与本发明的成膜剂，润滑剂、易着色剂相互配合，提高了玻璃纤维的集束性，还能够有效提高玻璃纤维与树脂的相容性，明显提升SMC材料的机械性能。

第三，本发明提供的浸润剂选择了合适的偶联剂、润滑剂、易着色剂、成膜剂及pH值调节剂等组分及其配比，制得的玻璃纤维增强材料在模压过程中玻璃纤维分布均一，玻璃纤维与树脂的相容性好，具有优异的外观效果及机械性能。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明的玻璃纤维浸润剂，包括偶联剂0.1-2.0％，优选的0.1-1.0％，进一步优选的0.2-0.8％；

润滑剂0.05-2.0％，优选的0.1-1.0％，进一步优选的0.5-0.8％；

不饱和聚酯乳液1.0-10.0％，优选的2.0-8.0％，进一步优选的3.0-7.0％；

聚醋酸乙烯酯乳液1.0-10.0％，优选的1.0-9.0％，进一步优选的2.0-7.0％；

环氧乳液2.0-10.0％，优选的2.0-8.0％，进一步优选的2.5-6.0％；

易着色剂0.1-5.0％，优选的0.2-3.5％，进一步优选的0.5-3.0％；

pH值调节剂0.05-1.0％，优选的0.08-0.8％，进一步优选的0.08-0.6％；

去离子水60.0-95.7％，优选的68.7-94.52％，进一步优选的74.8-91.22％。

其中，易着色剂为联苯型盐类物质；润滑剂为聚酰亚胺类物质；环氧乳液采用双酚A型环氧树脂乳液和脂环族环氧树脂乳液的组合物，质量比为5:1-1:3，优选的4:1-1:2；聚醋酸乙烯酯乳液为交联型聚醋酸乙烯酯乳液；偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的组合物，质量比为5:1-1:1，优选的4:1-2:1。

该浸润剂的制备方法，包括以下步骤：

1)在第一容器中加入甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂质量30-50倍的去离子水，再加入预定质量的pH值调节剂，搅拌下加入预定质量的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷偶联剂，搅拌均匀分散至澄清；

2)在第二容器中加入不饱和聚酯乳液2-5倍的常温去离子水，再加入不饱和聚酯乳液，搅拌至均匀分散；

3)在第三容器中加入双酚A型环氧树脂乳液2-5倍的常温去离子水，再加入双酚A型环氧树脂乳液，搅拌至均匀分散；

4)在第四容器中加入脂环族环氧树脂乳液2-5倍的常温去离子水，再加入脂环族环氧树脂乳液，搅拌至均匀分散；

5)在第五容器中加入聚醋酸乙烯酯乳液2-5倍的常温去离子水，再加入聚醋酸乙烯酯乳液，搅拌至均匀分散；

6)在第六容器中加入润滑剂3-8倍的40-80℃去离子水，再加入润滑剂，搅拌至均匀分散后放至常温；

7)在第七容器中加入易着色剂2-5倍的常温去离子水，再加入易着色剂，搅拌至均匀分散；

8)将第一容器至第七容器中的原料加入到第八容器中，再加入余量常温去离子水，搅拌均匀分散后即得所述玻璃纤维浸润剂。

其中，常温指20-30℃。

下面列出玻璃纤维浸润剂的具体实施例：

实施例

表1示出了浸润剂中各组分质量占浸润剂总质量的百分比值，各组分对应的数值为质量百分比/％。其中，

偶联剂：甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，牌号MEMO，3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷牌号A187；

润滑剂牌号JS-808，Pulcra Chemicals生产；

不饱和聚酯乳液牌号为JS-105B，南通亨得利高分子材料有限公司生产；

聚醋酸乙烯酯乳液牌号为JS-135，CELENESE生产；

环氧乳液：双酚A型环氧树脂乳液牌号为JS-209，Momentive生产；脂环族环氧树脂乳液牌号为JS-208，COIM生产；

易着色剂牌号为TX-W1，巨石分厂生产；

pH值调节剂使用乙酸。

表1浸润剂具体实施例列表

对比测试例

为了进一步说明本发明的有益效果，选择目前常用的SMC用浸润剂作为对比实施例，该浸润剂中各组分的含量以质量百分比表示如下：

将上述实施例与对比例应用于玻璃纤维的生产，并将对应的玻璃纤维应用于玻璃纤维复合材料的制备，对其机械性能以及最终得到的卫浴用SMC模压材料的外观性能进行测试。结果如下：

表2不同玻璃纤维性能测试结果

从上述测试例我们可以看出，使用本发明提供的浸润剂实施例1制得的玻璃纤维复合SMC材料模压制品性能最佳，具体体现在玻璃纤维的分散性以及复合制品的机械性能与外观性能等方面。

在毛羽量测试方面，实施例1的平均毛羽量6.02mg/kg，对比例的毛羽量为11.42mg/kg，与对比例的毛羽量相比，毛羽量降低了47.3％，说明该浸润剂大大提高了玻璃纤维的耐磨性。

在复合材料的机械性能测试方面，实施例1具有较高的力学水平。

在外观方面，可观察对比例制品边缘缺料，部分玻璃纤维露在制品表面，甚至发生局部玻璃纤维团聚，玻璃纤维分布不均匀。与对比例相比，本发明模压得到的SMC制品边缘完整，玻璃纤维分布均匀，表面光滑，仅部分实施例含少许玻璃纤维留痕，整体外观性能佳。

综上所述，采用本发明的浸润剂涂覆生产玻璃纤维，能够改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，有效提高玻璃纤维流动性、开纤性、易着色性能，并提高玻璃纤维与基体树脂的相容性；制得的着色级SMC模压制品材料具有玻璃纤维分布均匀，表面光滑无纹路，机械性能佳等特点。

最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，包含以下组分，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：

2.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：

3.如权利要求1或2所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述易着色剂为联苯型盐类物质。

4.如权利要求1或2所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述环氧乳液采用双酚A型环氧树脂乳液和脂环族环氧树脂乳液的组合物；其中，所述双酚A型环氧树脂乳液和所述脂环族环氧树脂乳液的质量比为5:1-1:3。

5.如权利要求4所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述双酚A型环氧树脂乳液和所述脂环族环氧树脂乳液的质量比为4:1-1:2。

6.如权利要求1或2所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述聚醋酸乙烯酯乳液为交联型聚醋酸乙烯酯乳液。

7.如权利要求1或2所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的组合物；其中，所述甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和所述3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的质量比为5:1-1:1。

8.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述各组分的含量以质量百分比表示如下：

其中，所述偶联剂为甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的组合物；所述环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液和脂环族环氧树脂乳液的组合物；所述聚醋酸乙烯酯乳液为交联型聚醋酸乙烯酯乳液；所述易着色剂为联苯型盐类物质；所述润滑剂为聚酰亚胺类物质；所述的水为去离子水。

9.一种如权利要求1-8中任一项所述的玻璃纤维浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在第一容器中加入偶联剂质量30-50倍的水，再加入pH值调节剂，搅拌下加入偶联剂，搅拌均匀分散至澄清；

2)在第二容器中加入不饱和聚酯乳液2-5倍的常温水，再加入不饱和聚酯乳液，搅拌至均匀分散；

3)在第三容器中加入双酚A型环氧树脂乳液2-5倍的常温水，再加入双酚A型环氧树脂乳液，搅拌至均匀分散；

4)在第四容器中加入脂环族环氧树脂乳液2-5倍的常温水，再加入脂环族环氧树脂乳液，搅拌至均匀分散；

5)在第五容器中加入聚醋酸乙烯酯乳液2-5倍的常温水，再加入聚醋酸乙烯酯乳液，搅拌至均匀分散；

6)在第六容器中加入润滑剂3-8倍的40-80℃水，再加入润滑剂，搅拌至均匀分散后放至常温；

7)在第七容器中加入易着色剂2-5倍的常温水，再加入易着色剂，搅拌至均匀分散；

8)将所述第一容器至第七容器中的原料加入到第八容器中，再加入余量常温水，搅拌均匀分散后即得所述玻璃纤维浸润剂。

10.一种如权利要求1-8中任一项所述的玻璃纤维浸润剂在卫浴类制品上的应用。