CN108892397A - 一种新型玻璃纤维浸润剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型玻璃纤维浸润剂,属于复合材料技术领域。按重量份数计,依次称取:30~50份改性成膜液,2~5份有机硅润滑剂,2~4份阳离子润滑剂,1~2份抗静电剂和40~50份去离子水,将改性成膜液与有机硅润滑剂混合于搅拌机中,并向搅拌机中加入阳离子润滑剂和抗静电剂,于温度为30~45℃,转速为160~250r/min的条件下,搅拌混合20~30min后,得坯料液,将坯料液与水混合,于温度为30~40℃,转速为300~400r/min的条件下,搅拌混合30~40min后,得新型玻璃纤维浸润剂。本发明技术方案制备的新型玻璃纤维浸润剂具有优异的耐酸碱性、抗弯性和耐水性能的特点,在复合材料技术行业的发展中具有广阔的前景。

Description

一种新型玻璃纤维浸润剂
技术领域
本发明公开了一种新型玻璃纤维浸润剂,属于复合材料技术领域。
背景技术
在玻璃纤维拉丝生产制备过程中,需要在玻璃纤维表面涂覆一种以有机物乳液或溶液为主体的多相组分的专用表面处理剂。这种表面处理剂能够把数百根玻璃纤维单丝集束成一股原丝,并且在原丝缠绕成原丝筒后原丝不相互粘结,而且使玻璃纤维在后加工过程中柔软、减少机械磨损,行业内称这些专用表面处理剂为玻璃纤维浸润剂。浸润剂可分为三大类,一类是纺织型浸润剂,第二类是增强纺织型浸润剂;第三类是增强型浸润剂。玻璃纤维浸润剂,通常由成膜剂或粘结剂、偶联剂、抗静电剂、润滑剂、保湿剂、pH调节剂等多种组分组成,一般配制成固含量为5%-10%、以水为介质的乳液,其中的成膜剂是浸润剂主要的组成成分,是影响玻璃纤维增强复合材料界面结合强度的关键因素。
浸润剂的作用可概括为以下四个方面:
(1)润滑-保护作用:该作用包括玻璃纤维池窑拉丝过程中的湿润滑以及玻璃纤维后加工过程中所需的干润滑。湿润滑指浸润剂中的“润滑剂组分”可在玻璃纤维拉丝过程中使玻璃纤维原丝与涂油器及集束槽之间保持一定润滑。干润滑指玻璃纤维原丝在后加工过程中避免原丝与纺织机械二者间由摩擦系数过大引起的原丝张力不均所造成飞丝及原丝退解困难。(2)粘结-集束作用:浸润剂中的成膜剂粘结组分可以使玻璃纤维单丝粘结成一束玻璃纤维原丝,保证原丝的完整性,避免应力集中于一根或数根单丝上,以减少断丝或散丝,便于原丝筒的退解及玻璃纤维纱的纺织后加工,保持玻璃纤维纱的完整性、流动性,减少施加张力下产生的毛团。(3)为玻璃纤维提供进一步加工和应用所需的特性。这些特性包括短切性、成带性、分散性等,特别是玻璃纤维在热固性或热塑性树脂以及橡胶、无机非材料等基材中要求能够迅速浸润的性能等。(4)使玻璃纤维增强体与树脂基体能够有良好的界面相容性及界面化学结合或化学吸附等性能,起到增强效果。
而传统的统玻璃纤维浸润剂还存在使用后,玻璃纤维的耐酸碱性、抗弯性和耐水性能无法进一步提高的问题,导致在使用过程中无法达到理想效果,因此,如何改善传统璃纤维浸润剂的缺点,以求探索研制出具有良好综合性能的璃纤维浸润剂是待解决的问题。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是:针对传统玻璃纤维浸润剂使用后,使得玻璃纤维的耐酸碱性、抗弯性和耐水性能无法进一步提高的问题,提供了一种新型玻璃纤维浸润剂。
为了解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:
一种新型玻璃纤维浸润剂,是由以下重量份数的原料组成:
改性成膜液 30~50份
有机硅润滑剂 2~5份
阳离子润滑剂 2~4份
抗静电剂 1~2份
去离子水 40~50份
所述改性成膜液的制备方法为:
将纳米二氧化硅与水按质量比1:100~1:150混合,超声分散,调节pH至4.0~5.0,并加入纳米二氧化硅质量0.2~0.4倍的硅烷偶联剂KH-550,搅拌反应后,过滤,洗涤,干燥,得改性纳米二氧化硅;将异弗尔酮二胺与马来酸二乙酯安摩尔比1.0:1.8~1.0:2.0混合,于氮气氛围下,搅拌反应后,得聚天冬氨酸酯混合物,将聚天冬氨酸酯混合物与环氧大豆油按质量比3:1~4:1混合,并加入聚天冬氨酸酯混合物质量0.14~0.24倍的改性纳米二氧化硅和聚天冬氨酸酯混合物质量0.01~0.02倍的催化剂,于氮气氛围下搅拌反应后,得改性聚天冬氨酸酯混合物,将改性聚天冬氨酸酯混合物与水按质量比1:10~3:10混合,并加入改性聚天冬氨酸酯混合物质量0.2~0.4倍的分散剂,搅拌混合后,超声分散,得改性成膜液。
所述有机硅润滑剂为甲基硅油,乙基硅油或苯甲基硅油中任意一种。
所述阳离子润滑剂为硝酸锂,氯化锂或季铵盐中任意一种。
所述抗静电剂为抗静电剂1631,氯化铵或多乙烯胺缩合物中任意一种。
所述催化剂为氯化锌,氯化镁或三乙烯二胺中任意一种。
所述分散剂为分散剂NNO,分散剂MF或分散剂5040中任意一种。
本发明的有益效果是:
本发明在制备新型玻璃纤维浸润剂使用改性成膜液,首先,改性成膜液中含有聚天冬氨酸酯,在加入产品中后,可在产品使用中在玻璃纤维表面固化成膜,从而使玻璃纤维的耐酸碱性能和耐水性提高,并且由于聚天冬氨酸酯的包覆,可提高使用产品后的玻璃纤维的韧性;其次,改性成膜液中含有的聚天冬氨酸酯在经过改性后表面接枝环氧大豆油,从而可使聚天冬氨酸酯在玻璃纤维形成复杂的交联网络,进而使改性成膜液的包覆能力提高,使玻璃纤维在使用产品后,耐酸碱性能和耐水性进一步提高;再者改性成膜液中加入了改性二氧化硅,二氧化硅在经过改性后表面接枝氨基硅烷偶联剂,在加入产品中后可均匀分散于产品中,由于环氧大豆油在催化剂作用下可发生开环反应,并与氨基结合,从而在环氧大豆油的作用下,改性二氧化硅可与聚天冬氨酸酯结合,并在产品使用后,均匀分布于玻璃纤维表面,进而提高使用产品后玻璃纤维的抗弯曲强度;并且由于二氧化硅均匀分布于玻璃纤维表面,可在玻璃纤维表面形成乳突结构,在提高玻璃纤维防水性的同时,增加玻璃纤维的表面粗糙度,提高玻璃纤维的使用性能。
具体实施方式
将纳米二氧化硅与水按质量比1:100~1:150混合于烧杯中,于频率为45~60kHz的条件下超声分散30~40min后,用质量分数为30~60%的乙酸调节烧杯内物料的pH至4.0~5.0,并于温度为80~85℃,滴入速率为5~10mL/min的条件下向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.2~0.4倍的硅烷偶联剂KH-550,于温度为40~60℃,转速为300~400r/min的条件下,搅拌反应3~5h后,过滤,得滤饼,将滤饼用去离子水洗涤8~10次后,于温度为50~70℃的条件下干燥8~10h后,得改性纳米二氧化硅;将异弗尔酮二胺与马来酸二乙酯安摩尔比1.0:1.8~1.0:2.0混合于三口烧瓶中,向三口烧瓶中以15~20mL/min的速率通入氮气,于温度为70~80℃,转速为280~380r/min的条件下,搅拌反应10~12h后,得聚天冬氨酸酯混合物,将聚天冬氨酸酯混合物与环氧大豆油按质量比3:1~4:1混合于四口烧瓶中,并向四口烧瓶中加入聚天冬氨酸酯混合物质量0.14~0.24倍的改性纳米二氧化硅和聚天冬氨酸酯混合物质量0.01~0.02倍的催化剂,向四口烧瓶中以10~20mL/min的速率通入氮气,于温度为90~130℃,转速为300~400r/min的条件下,搅拌反应8~12h后,得改性聚天冬氨酸酯混合物,将改性聚天冬氨酸酯混合物与水按质量比1:10~3:10混合烧瓶中,并向烧瓶中加入改性聚天冬氨酸酯混合物质量0.2~0.4倍的分散剂,于温度为45~55℃,转速为400~600r/min的条件下,搅拌混合30~60min后,并于频率为45~55kHz的条件下超声分散10~20min,得改性成膜液;按重量份数计,依次称取:30~50份改性成膜液,2~5份有机硅润滑剂,2~4份阳离子润滑剂,1~2份抗静电剂和40~50份去离子水,将改性成膜液与有机硅润滑剂混合于搅拌机中,并向搅拌机中加入阳离子润滑剂和抗静电剂,于温度为30~45℃,转速为160~250r/min的条件下,搅拌混合20~30min后,得坯料液,将坯料液与水混合,于温度为30~40℃,转速为300~400r/min的条件下,搅拌混合30~40min后,得新型玻璃纤维浸润剂。所述有机硅润滑剂为甲基硅油,乙基硅油或苯甲基硅油中任意一种。所述抗静电剂为抗静电剂1631,氯化铵或多乙烯胺缩合物中任意一种。所述催化剂为氯化锌,氯化镁或三乙烯二胺中任意一种。所述分散剂为分散剂NNO,分散剂MF或分散剂5040中任意一种。
实例1
将纳米二氧化硅与水按质量比1:150混合于烧杯中,于频率为60kHz的条件下超声分散40min后,用质量分数为60%的乙酸调节烧杯内物料的pH至5.0,并于温度为85℃,滴入速率为10mL/min的条件下向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.4倍的硅烷偶联剂KH-550,于温度为60℃,转速为400r/min的条件下,搅拌反应5h后,过滤,得滤饼,将滤饼用去离子水洗涤10次后,于温度为70℃的条件下干燥10h后,得改性纳米二氧化硅;将异弗尔酮二胺与马来酸二乙酯安摩尔比1.0:2.0混合于三口烧瓶中,向三口烧瓶中以20mL/min的速率通入氮气,于温度为80℃,转速为380r/min的条件下,搅拌反应12h后,得聚天冬氨酸酯混合物,将聚天冬氨酸酯混合物与环氧大豆油按质量比4:1混合于四口烧瓶中,并向四口烧瓶中加入聚天冬氨酸酯混合物质量0.24倍的改性纳米二氧化硅和聚天冬氨酸酯混合物质量0.02倍的催化剂,向四口烧瓶中以20mL/min的速率通入氮气,于温度为130℃,转速为400r/min的条件下,搅拌反应12h后,得改性聚天冬氨酸酯混合物,将改性聚天冬氨酸酯混合物与水按质量比3:10混合烧瓶中,并向烧瓶中加入改性聚天冬氨酸酯混合物质量0.4倍的分散剂,于温度为55℃,转速为600r/min的条件下,搅拌混合60min后,并于频率为55kHz的条件下超声分散20min,得改性成膜液;按重量份数计,依次称取:50份改性成膜液,5份有机硅润滑剂,4份阳离子润滑剂,2份抗静电剂和50份去离子水,将改性成膜液与有机硅润滑剂混合于搅拌机中,并向搅拌机中加入阳离子润滑剂和抗静电剂,于温度为45℃,转速为250r/min的条件下,搅拌混合30min后,得坯料液,将坯料液与水混合,于温度为40℃,转速为400r/min的条件下,搅拌混合40min后,得新型玻璃纤维浸润剂。所述有机硅润滑剂为甲基硅油。所述抗静电剂为抗静电剂1631。所述催化剂为氯化锌。所述分散剂为分散剂NNO。
实例2
将异弗尔酮二胺与马来酸二乙酯安摩尔比1.0:2.0混合于三口烧瓶中,向三口烧瓶中以20mL/min的速率通入氮气,于温度为80℃,转速为380r/min的条件下,搅拌反应12h后,得聚天冬氨酸酯混合物,将聚天冬氨酸酯混合物与环氧大豆油按质量比4:1混合于四口烧瓶中,并向四口烧瓶中加入聚天冬氨酸酯混合物质量0.24倍的纳米二氧化硅和聚天冬氨酸酯混合物质量0.02倍的催化剂,向四口烧瓶中以20mL/min的速率通入氮气,于温度为130℃,转速为400r/min的条件下,搅拌反应12h后,得改性聚天冬氨酸酯混合物,将改性聚天冬氨酸酯混合物与水按质量比3:10混合烧瓶中,并向烧瓶中加入改性聚天冬氨酸酯混合物质量0.4倍的分散剂,于温度为55℃,转速为600r/min的条件下,搅拌混合60min后,并于频率为55kHz的条件下超声分散20min,得改性成膜液;按重量份数计,依次称取:50份改性成膜液,5份有机硅润滑剂,4份阳离子润滑剂,2份抗静电剂和50份去离子水,将改性成膜液与有机硅润滑剂混合于搅拌机中,并向搅拌机中加入阳离子润滑剂和抗静电剂,于温度为45℃,转速为250r/min的条件下,搅拌混合30min后,得坯料液,将坯料液与水混合,于温度为40℃,转速为400r/min的条件下,搅拌混合40min后,得新型玻璃纤维浸润剂。所述有机硅润滑剂为甲基硅油。所述抗静电剂为抗静电剂1631。所述催化剂为氯化锌。所述分散剂为分散剂NNO。
实例3
将纳米二氧化硅与水按质量比1:150混合于烧杯中,于频率为60kHz的条件下超声分散40min后,用质量分数为60%的乙酸调节烧杯内物料的pH至5.0,并于温度为85℃,滴入速率为10mL/min的条件下向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.4倍的硅烷偶联剂KH-550,于温度为60℃,转速为400r/min的条件下,搅拌反应5h后,过滤,得滤饼,将滤饼用去离子水洗涤10次后,于温度为70℃的条件下干燥10h后,得改性纳米二氧化硅;将异弗尔酮二胺与马来酸二乙酯安摩尔比1.0:2.0混合于三口烧瓶中,向三口烧瓶中以20mL/min的速率通入氮气,于温度为80℃,转速为380r/min的条件下,搅拌反应12h后,得聚天冬氨酸酯混合物,将聚天冬氨酸酯混合物于四口烧瓶中,并向四口烧瓶中加入聚天冬氨酸酯混合物质量0.24倍的改性纳米二氧化硅和聚天冬氨酸酯混合物质量0.02倍的催化剂,向四口烧瓶中以20mL/min的速率通入氮气,于温度为130℃,转速为400r/min的条件下,搅拌反应12h后,得改性聚天冬氨酸酯混合物,将改性聚天冬氨酸酯混合物与水按质量比3:10混合烧瓶中,并向烧瓶中加入改性聚天冬氨酸酯混合物质量0.4倍的分散剂,于温度为55℃,转速为600r/min的条件下,搅拌混合60min后,并于频率为55kHz的条件下超声分散20min,得改性成膜液;按重量份数计,依次称取:50份改性成膜液,5份有机硅润滑剂,4份阳离子润滑剂,2份抗静电剂和50份去离子水,将改性成膜液与有机硅润滑剂混合于搅拌机中,并向搅拌机中加入阳离子润滑剂和抗静电剂,于温度为45℃,转速为250r/min的条件下,搅拌混合30min后,得坯料液,将坯料液与水混合,于温度为40℃,转速为400r/min的条件下,搅拌混合40min后,得新型玻璃纤维浸润剂。所述有机硅润滑剂为甲基硅油。所述抗静电剂为抗静电剂1631。所述催化剂为氯化锌。所述分散剂为分散剂NNO。
对比例:上海某化工材料生产有限公司生产的玻璃纤维浸润剂。
将实例1至实例3所得的新型玻璃纤维浸润剂及对比例产品进行性能检测,具体检测方法如下:
取不同配方浸润剂处理的玻璃纤维0.5克左右将其扎环放入烘箱中,在100℃烘干1小时后,取出放入干燥器内冷却,冷却后用分析天平称取质量。配制室温下10%的氢氧化钠溶液。将称量好的玻璃纤维分别放入10%浓度的氢氧化钠溶液中沸煮2h,取出用蒸馏水清洗干净。放入烘箱中105℃烘干1小时,放入干燥器冷却至室温称重,比较腐蚀前后质量变化。
玻璃纤维束的弯曲强度参照GB/T7690.3在WDW-30型万能试验机上进行测试。取50cm的纤维束,两个端头固定在电子万能试验机上。每种试样重复5次,取平均值。
具体检测结果如表1所示:
表1新型玻璃纤维浸润剂性能检测结果
检测项目 实例1 实例2 实例3 对比例
失重率/% 0.13 2.35 5.77 11.16
弯曲强度/MPa 742 726 713 605
吸水率/% 0.013 0.032 0.029 0.842
由表1检测结果可知,本发明技术方案制备的新型玻璃纤维浸润剂具有优异的耐酸碱性、抗弯性和耐水性能的特点,在复合材料技术行业的发展中具有广阔的前景。

Claims (6)

1.一种新型玻璃纤维浸润剂,其特征在于,是由以下重量份数的原料组成:
改性成膜液 30~50份
有机硅润滑剂 2~5份
阳离子润滑剂 2~4份
抗静电剂 1~2份
去离子水 40~50份
所述改性成膜液的制备方法为:
将纳米二氧化硅与水按质量比1:100~1:150混合,超声分散,调节pH至4.0~5.0,并加入纳米二氧化硅质量0.2~0.4倍的硅烷偶联剂KH-550,搅拌反应后,过滤,洗涤,干燥,得改性纳米二氧化硅;将异弗尔酮二胺与马来酸二乙酯安摩尔比1.0:1.8~1.0:2.0混合,于氮气氛围下,搅拌反应后,得聚天冬氨酸酯混合物,将聚天冬氨酸酯混合物与环氧大豆油按质量比3:1~4:1混合,并加入聚天冬氨酸酯混合物质量0.14~0.24倍的改性纳米二氧化硅和聚天冬氨酸酯混合物质量0.01~0.02倍的催化剂,于氮气氛围下搅拌反应后,得改性聚天冬氨酸酯混合物,将改性聚天冬氨酸酯混合物与水按质量比1:10~3:10混合,并加入改性聚天冬氨酸酯混合物质量0.2~0.4倍的分散剂,搅拌混合后,超声分散,得改性成膜液。
2.根据权利要求1所述的一种新型玻璃纤维浸润剂,其特征在于:所述有机硅润滑剂为甲基硅油,乙基硅油或苯甲基硅油中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种新型玻璃纤维浸润剂,其特征在于:所述阳离子润滑剂为硝酸锂,氯化锂或季铵盐中任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种新型玻璃纤维浸润剂,其特征在于:所述抗静电剂为抗静电剂1631,氯化铵或多乙烯胺缩合物中任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种新型玻璃纤维浸润剂,其特征在于:所述催化剂为氯化锌,氯化镁或三乙烯二胺中任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种新型玻璃纤维浸润剂,其特征在于:所述分散剂为分散剂NNO,分散剂MF或分散剂5040中任意一种。
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