CN108819372A - 一种高强度高模量的纤维材料及其制备方法 - Google Patents

一种高强度高模量的纤维材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高强度高模量的纤维材料，该材料分为双层结构设计，其中外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为30‑60重量份、玻璃纤维为40‑70重量份、润滑剂为1‑3重量份、颜料助剂为3‑5重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为50‑65份、Al2O3为15‑22份、MgO为9‑18份、CaO为5‑13份、Y2O3为1‑4份、Li2O为1‑3份、K2O为1‑2份、Na2O1‑3份。外层通过选用低粘度尼龙树脂基体，利用低粘度尼龙树脂优异的流动性，提高了玻纤在尼龙树脂基体中分散均匀度，使玻纤能被树脂基体包覆完全，表观性能非常优异；内层通过对各氧化物组分的优选与组合，特别是引入Y2O3，增加成形温度与液相线温度的温差，改善拉丝作业情况，更有利于高强度高模量纤维的工业化生产。

Description

一种高强度高模量的纤维材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高性能纤维领域，具体是一种高强度高模量的纤维材料及其制备方法。
背景技术
高性能纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维，一般指强度大于17.6cN/dtex，弹性模量在440cN/dtex以上的纤维。如耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能。这些纤维大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。其中高强度高模量的纤维材料在工业生产中用途广泛，强度大于20克/旦以上,模量大于400克/旦以上的纤维为高强度高模量纤维。要实现高强度和高模量，需要增加其结构的强度，提升被强度破坏的难度。这有两种方法：一种是在聚合物溶液或熔体纺丝成形过程中形成理想的结构，如高分子液晶溶液纺丝或液晶熔体纺丝；另一种是通过复合结构的方法，将不同类型的高强度高模量材料组合在一起，形成优势互补，从而有效提升强度，所以需要发明一种一种高强度高模量的纤维材料来解决实际生产中出现的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度高模量的纤维材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高强度高模量的纤维材料，该材料分为双层结构设计，外层设计有有机纤维层，内层设计有无机纤维层，其中外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为30-60重量份、玻璃纤维为40-70重量份、润滑剂为1-3重量份、颜料助剂为3-5重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为50-65份、Al2O3为15-22份、MgO为9-18份、CaO为5-13份、Y2O3为1-4份、Li2O为1-3份、K2O为1-2份、Na2O1-3份。
所述高强度高模量的纤维材料的制备方法，该材料分为双层结构设计，其中外层有机纤维层制备工艺步骤如下：将尼龙树脂和玻璃纤维研磨成粉末材料粉末；按比例称取尼龙树脂和玻璃纤维粉末并加入广口容器内，再依次加入70-80%的润滑剂以及颜料助剂，高速搅拌30~60min；在温度70-85℃，高速搅拌10~30min，直至混合均匀，即得到外层有机纤维层；
内层无机纤维层制备工艺如下：将各原料进行配比混合均匀后放入铂金坩埚，在1500-1600℃下熔融和保温共3-5小时，将所制得的玻璃倒入水中，制成碎玻璃，晾干后加入坩埚炉，并经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，得到玻璃纤维组合物原丝饼或纱团，其成形粘度为1200-1300℃；液相线温度为1150-1250℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：外层有机纤维层通过选用低粘度尼龙树脂基体，利用低粘度尼龙树脂优异的流动性，提高了玻纤在尼龙树脂基体中分散均匀度，使玻纤能被树脂基体包覆完全，树脂基体与玻纤的界面结合更好，能够方便的挤出获得高玻璃纤维含量，表观性能非常优异；本发明制备的高纤维增强尼龙复合材料具有高强度和高模量，且随着玻纤含量的增加，材料的力学性能明显上升，大大拓宽了玻纤增强尼龙复合材料的应用领域；
内层无机纤维层通过对各氧化物组分的优选与组合，特别是引入Y2O3 ，在保证高强度与高模量的情况下，其熔化温度、澄清温度与成形温度降低，增加成形温度与液相线温度的温差，改善拉丝作业情况，更有利于高强度高模量纤维的工业化生产。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，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。
实施例1
一种高强度高模量的纤维材料，按重量份数，尼龙树脂为30重量份、玻璃纤维为40重量份、润滑剂为1重量份、颜料助剂为3重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为65份、Al2O3为22份、MgO为18份、CaO为13份、Y2O3为4份、Li2O为3份、K2O为2份、Na2O为3份。所述高强度高模量的纤维材料的制备方法，其中外层有机纤维层制备工艺步骤如下：
将尼龙树脂和玻璃纤维研磨成粉末材料粉末；按比例称取尼龙树脂和玻璃纤维粉末并加入广口容器内，再依次加入70%的润滑剂以及颜料助剂，高速搅拌30min；在温度70℃，高速搅拌10min，直至混合均匀，即得到外层有机纤维层；
内层无机纤维层制备工艺如下：将各原料进行配比混合均匀后放入铂金坩埚，在1500℃下熔融和保温共3小时，将所制得的玻璃倒入水中，制成碎玻璃，晾干后加入坩埚炉，并经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，得到玻璃纤维组合物原丝饼或纱团，其成形粘度为1200℃；液相线温度为1150℃。
实施例2
一种高强度高模量的纤维材料如下，按重量份数，外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为60重量份、玻璃纤维为70重量份、润滑剂为3重量份、颜料助剂为5重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为50份、Al2O3为15份、MgO为9份、CaO为5份、Y2O3为1份、Li2O为1份、K2O为1份、Na2O为1份。所述高强度高模量的纤维材料的制备方法，其中外层有机纤维层制备工艺步骤如下：
将尼龙树脂和玻璃纤维研磨成粉末材料粉末；按比例称取尼龙树脂和玻璃纤维粉末并加入广口容器内，再依次加入80%的润滑剂以及颜料助剂，高速搅拌60min；在温度85℃，高速搅拌30min，直至混合均匀，即得到外层有机纤维层；
内层无机纤维层制备工艺如下：将各原料进行配比混合均匀后放入铂金坩埚，在1600℃下熔融和保温共5小时，将所制得的玻璃倒入水中，制成碎玻璃，晾干后加入坩埚炉，并经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，得到玻璃纤维组合物原丝饼或纱团，其成形粘度为1300℃；液相线温度为1250℃。。
实施例3
一种高强度高模量的纤维材料如下，按重量份数，外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为45重量份、玻璃纤维为55重量份、润滑剂为2重量份、颜料助剂为4重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为57份、Al2O3为18份、MgO为13份、CaO为7份、Y2O3为2份、Li2O为2份、K2O为1份、Na2O为2份。所述高强度高模量的纤维材料的制备方法，其中外层有机纤维层制备工艺步骤如下：
将尼龙树脂和玻璃纤维研磨成粉末材料粉末；按比例称取尼龙树脂和玻璃纤维粉末并加入广口容器内，再依次加入75%的润滑剂以及颜料助剂，高速搅拌45min；在温度80℃，高速搅拌20min，直至混合均匀，即得到外层有机纤维层；
内层无机纤维层制备工艺如下：将各原料进行配比混合均匀后放入铂金坩埚，在1550℃下熔融和保温共4小时，将所制得的玻璃倒入水中，制成碎玻璃，晾干后加入坩埚炉，并经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，得到玻璃纤维组合物原丝饼或纱团，其成形粘度为1250℃；液相线温度为1180℃。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种高强度高模量的纤维材料，其特征在于，该材料分为双层结构设计，外层设计有有机纤维层，内层设计有无机纤维层，其中外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为30-60重量份、玻璃纤维为40-70重量份、润滑剂为1-3重量份、颜料助剂为3-5重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为50-65份、Al2O3为15-22份、MgO为9-18份、CaO为5-13份、Y2O3为1-4份、Li2O为1-3份、K2O为1-2份、Na2O1-3份。
2.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的纤维材料，其特征在于，外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为30重量份、玻璃纤维为40重量份、润滑剂为1重量份、颜料助剂为3重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为65份、Al2O3为22份、MgO为18份、CaO为13份、Y2O3为4份、Li2O为3份、K2O为2份、Na2O为3份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的纤维材料，其特征在于，按重量份数，外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为60重量份、玻璃纤维为70重量份、润滑剂为3重量份、颜料助剂为5重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为50份、Al2O3为15份、MgO为9份、CaO为5份、Y2O3为1份、Li2O为1份、K2O为1份、Na2O为1份。
4.根据权利要求1所述的一种高强度高模量的纤维材料，其特征在于，按重量份数，外层有机纤维层按重量份数，包括：尼龙树脂为45重量份、玻璃纤维为55重量份、润滑剂为2重量份、颜料助剂为4重量份；内层无机纤维层的按重量份数，包括，SiO2为57份、Al2O3为18份、MgO为13份、CaO为7份、Y2O3为2份、Li2O为2份、K2O为1份、Na2O为2份。
5.一种如权利要求1-4任一所述的高强度高模量的纤维材料的制备方法，其特征在于，该材料分为双层结构设计，其中外层有机纤维层制备工艺步骤如下：
将尼龙树脂和玻璃纤维研磨成粉末材料粉末；按比例称取尼龙树脂和玻璃纤维粉末并加入广口容器内，再依次加入70-80%的润滑剂以及颜料助剂，高速搅拌30~60min；在温度70-85℃，高速搅拌10~30min，直至混合均匀，即得到外层有机纤维层；
内层无机纤维层制备工艺如下：将各原料进行配比混合均匀后放入铂金坩埚，在1500-1600℃下熔融和保温共3-5小时，将所制得的玻璃倒入水中，制成碎玻璃，晾干后加入坩埚炉，并经过多孔铂金漏板流出，进行浸润剂涂覆后再用拉丝机牵引，得到玻璃纤维组合物原丝饼或纱团，其成形粘度为1200-1300℃；液相线温度为1150-1250℃。
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