CN108975730B - 一种玻璃纤维浸润剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种玻璃纤维浸润剂，包括偶联剂、润滑剂、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液、交联剂、pH值调节剂和水，各组分的含量以质量百分比表示如下：偶联剂0.1～0.5％、润滑剂0.1～0.5％、聚醋酸乙烯酯乳液2.0～12.0％、环氧乳液1.0～6.0％、交联剂0.05～0.5％、pH值调节剂0.05～0.5％、水80.0～96.7％。所述的环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液，所述的聚醋酸乙烯酯乳液包括交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯，其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯质量比为1:1～5:1。使用本发明浸润剂，生产的玻纤纱不仅可以改善纱线的颜色和断裂强度，还能有效提高玻纤流动性并提高其与基体树脂的相容性，由其增强制得的污水降解罐用SMC材料具有玻纤分布均匀，表面光滑，制品成品率高，机械性能佳等优点。

Description

一种玻璃纤维浸润剂及其应用

技术领域

本发明涉及玻璃纤维生产领域，尤其涉及一种用于涂覆玻璃纤维的浸润剂，具体的涉及一种污水降解罐用玻璃纤维浸润剂及其应用。

背景技术

污水降解罐是指以合成树脂为基体、玻璃纤维增强材料制作而成的专门用于处理生活污水的设备，是国家积极推广的复合材料产品。因其具有质量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀、色彩鲜艳、光洁度达到镜面效果等优点，被广泛用于化工、石油、建筑、环保等领域，主要适用于工业企业生活区和城市居民生活小区等民用建筑的生活污水净化处理。

早期污水降解罐多采用机械缠绕成型，该方式费时且完成品质不稳定。现在更常用的做法是使用SMC(Sheet Molding Compound，片状模塑料)工艺制备。该方法具有一体成型误差小、施工简便且刚性强等优点。

SMC材料作为污水降解罐的重要组成部分，是一种玻璃纤维增强复合材料。污水降解罐体积大、结构复杂，对玻纤产品的流动性能、浸透、浸穿性能、力学性能等均有很高要求。

对于一般的SMC材料的物理性能要求如下表所示：

测试项目	单位	SMC制品
			弯曲强度(ASTM D-790)	MPa	≥120
拉伸强度(ASTM D-638)	MPa	≥50
			无缺口冲击强度(ASTM D-256)	MPa	≥60

目前常规的SMC用纱能够满足一般制品的要求，但是，对于污水降解罐这种工程用SMC材料，体积较大，内部挡板沟槽和转角多，对玻璃纤维流动性和制品强度要求更高。常规的SMC浸润剂制得的玻璃纤维纱流动性、开纤性不佳，玻璃纤维流动不到位易造成制品缺料，玻纤分布不均等问题，还会导致力学性能离散大，制品表面玻纤纹路清晰等问题。

为了解决污水降解罐的玻纤分布、外观效果及机械性能等技术问题，研制一种针对污水降解罐制造用的玻璃纤维浸润剂具有重要意义。

发明内容

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的目的是提供一种浸润剂配方，该浸润剂通过改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，不仅改善纱线的颜色和断裂强度，还能够有效提高玻璃纤维流动性、开纤性，并提高玻璃纤维与基体树脂的相容性，制得的污水降解罐用SMC材料具有玻纤分布均匀，表面光滑，制品成品率高，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，包括偶联剂、润滑剂、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液、交联剂、pH值调节剂和水，其中，各组分的含量以质量百分比表示如下：

可选择地，各组分的含量以质量百分比表示如下：

可选择地，环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液，其含量占玻璃纤维浸润剂质量的1.8～5.0％。

可选择地，聚醋酸乙烯酯乳液包括交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯，其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯质量比为1:1～5:1。

优选地，聚醋酸乙烯酯乳液包括交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯，其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯质量比为5:2～5:4。

可选择地，交联剂为含氮类有机交联剂，其含量占玻璃纤维浸润剂质量的0.05～0.5％。

可选择地，各组分的含量以质量百分比表示如下：

其中，偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的二种及以上的混合物。

可选择地，偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的混合物，其中，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1～3:1。优选地，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1～3:2，

可选择地，润滑剂为聚酰亚胺类润滑剂。

可选择地，pH值调节剂为乙酸、草酸或冰醋酸中的一种或多种。

根据本发明的另一个方面，提供前述玻璃纤维浸润剂在污水降解罐制造上的应用。

可选择地，本发明的玻璃纤维浸润剂可用于生产着色玻璃纤维增强SMC材料领域。

可选择地，本发明的玻璃纤维浸润剂可用于制备大纵深模压高度、力学性能要求高、结构复杂的工程部件。

本发明提供的玻璃纤维浸润剂，成膜剂选用聚醋酸乙烯酯乳液和环氧乳液进行复配，选用合适的偶联剂和交联剂，通过选择各组分的含量配比，以制备得到具有优异的玻璃纤维流动性、开纤性能以及优异的机械性能等优点的浸润剂。

具体地，本发明提供的玻璃纤维浸润剂的组分包括偶联剂、润滑剂、成膜剂、交联剂、pH值调节剂和水，其中，成膜剂由聚醋酸乙烯酯乳液和环氧乳液组成。

本发明的玻璃纤维浸润剂中各组分的作用及含量说明如下：

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的顺畅性又要使其在后道工序中能够与被增强的基体树脂混合均匀，使玻璃纤维分布均一。

本发明采用聚醋酸乙烯酯乳液和环氧乳液的组合作为成膜剂。优选的，聚醋酸乙烯酯包括交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯，其中，成膜剂各组分占浸润剂总质量的比例，以质量百分比计，交联型聚醋酸乙烯酯的含量为1.0～7.0％、增塑改性聚醋酸乙烯酯的含量为1.0～5.0％、环氧乳液的含量为1.0～6.0％。发明人通过研究发现，采用上述几种成膜剂组分的配合使用能明显改善玻璃纤维的流动性、开纤性以及集束性。本发明中选择交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯的质量比为1:1～5:1。

优选地，本发明的玻璃纤维浸润剂中，以质量百分比计，交联型聚醋酸乙烯酯的含量为2.0～6.0％，增塑改性聚醋酸乙烯酯的含量为1.0～4.5％，环氧乳液的含量为1.5～6％。更优选的，交联型聚醋酸乙烯酯的含量为4.0～6.0％、增塑改性聚醋酸乙烯酯的含量为1.0～4.0％、环氧乳液的含量为1.8～5.0％。其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯的质量比为5:2～5:4。

发明人通过研究发现，选用双酚A型环氧乳液制备得到的玻璃纤维具有更好的流动性及集束性。

本发明的玻璃纤维浸润剂中，交联剂为含氮类有机交联剂，以质量百分比计，交联剂的含量为0.05～0.5％，优选为0.1～0.5％。

偶联剂作为本发明浸润剂的重要组成成分之一，其作用是作为无机玻璃纤维与成膜剂有机聚合物之间结合的桥梁。玻璃纤维表面富含羟基亲水基团，成膜剂属于疏水物质，偶联剂通过物理和化学的作用使玻璃纤维和成膜剂紧密相连以实现良好的界面结合，因此偶联剂的选择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，含乙烯基、甲基丙烯酰氧基、氨基或环氧基的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。本发明限定偶联剂的质量占浸润剂总质量的0.1～0.5％、优选为0.1～0.4％，更优选为0.2～0.4％。

发明人发现，选用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷以及乙烯基三甲氧基硅烷中的任意二种及以上的混合物作为偶联剂，制备得到的玻璃纤维浸润剂能够使玻纤增强的污水降解罐具有更好的机械性能。

优选地，发明人通过大量研究发现，选用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷复配作为本发明的偶联剂制备得到的玻璃纤维浸润剂的效果最佳，增强的SMC材料具备明显提升的拉伸强度和弯曲强度。其中，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1～3:1，优选为1:1～3:2。

润滑剂作为本发明浸润剂的重要组分之一，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。润滑剂含量过少将达不到润滑效果，过多则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，本发明润滑剂的含量占浸润剂总量的0.1～0.5％，优选0.1～0.4％，更优选0.1～0.3％。本发明的润滑剂选用聚酰亚胺类润滑剂，聚酰亚胺类润滑剂可降低浸润剂的表面张力，减少毛散丝、飞丝情况发生，有利于拉丝作业的顺利进行，并有效提高玻璃纤维的集束性。

pH值调节剂主要起调节浸润剂pH值的作用。为了满足本发明中偶联剂的水解与分散要求，本发明浸润剂需控制为偏酸性环境，pH值调节剂选用乙酸、草酸或冰醋酸中的一种或多种，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0.05～0.5％，优选为0.1～0.4％，进一步优选为0.1～0.2％。

本发明中的水优选去离子水，其主要作用是分散浸润剂中各组分，其占浸润剂总质量的质量百分比为80.0～96.7％，优选为82.2～96.2％，更优选为84.4～94.7％。

作为本发明的优选示例，玻璃纤维浸润剂含有下述组分，各组分的含量以质量百分比表示如下：

优选示例一：

其中，偶联剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，并且，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1～3:1。

优选示例二：

其中，环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液，聚醋酸乙烯酯乳液包括交联型聚醋酸乙烯酯乳液和增塑改性聚醋酸乙烯酯乳液，其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯的质量比为1:1～5:1。

本发明还提供了上述浸润剂在污水降解罐制造上的用途，该浸润剂可用于生产着色玻璃纤维增强SMC材料领域，由于其玻纤良好的流动性与开纤性，尤其适用于制备与污水降解罐类似，体积大且力学性能要求较高的结构复杂工程用大部件。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

第一，本发明的玻璃纤维浸润剂使用的成膜剂选用两种聚醋酸乙烯酯和环氧乳液进行复配，通过控制成膜剂中三种组分的配比优化玻璃纤维的加工性能，提高了玻璃纤维的流动性和开纤性，使用本发明的玻璃纤维浸润剂制备得到的产品表面更加美观。

第二，本发明的玻璃纤维浸润剂通过偶联剂、成膜剂、润滑剂之间的相互配合，提高了玻璃纤维的集束性和硬挺度，明显提升SMC材料的机械性能。

第三，本发明的玻璃纤维浸润剂通过选择偶联剂、润滑剂、成膜剂及pH值调节剂等组分及其配比，使得制得的玻纤增强材料在模压过程中玻纤分布均一，与树脂的相容性好，具有更好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。

下面将通过具体实施例的方式详细解释本发明提供的玻璃纤维浸润剂

实施例1

一种玻璃纤维浸润剂，包括偶联剂、润滑剂、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液、交联剂、pH值调节剂和水，其中，各组分的含量以质量百分比表示如下：

实施例1的玻璃纤维浸润剂制备得到的玻纤复合材料的玻纤含量25.07％、毛羽量8.6mg/kg、无缺口冲击强度63.4MPa、拉伸强度101MPa，玻纤含量高，分布均匀，制品表面光滑，整体外观性能好。

实施例2

一种玻璃纤维浸润剂，包括偶联剂、润滑剂、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液、交联剂、pH值调节剂和水，其中，各组分的含量以质量百分比表示如下：

实施例2的玻璃纤维浸润剂制备得到的玻纤复合材料的玻纤含量18.83％、毛羽量6.12mg/kg、无缺口冲击强度60.6MPa、拉伸强度105.8MPa，毛羽量低使得制备得到的玻璃纤维复合材料具有更好的集束性。

实施例3

一种玻璃纤维浸润剂，包括偶联剂、润滑剂、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液、交联剂、pH值调节剂和水，其中，各组分的含量以质量百分比表示如下：

实施例3的玻璃纤维浸润剂制备得到的玻纤复合材料的玻纤含量19.63％、毛羽量7.55mg/kg、无缺口冲击强度73.56MPa、拉伸强度110.6MPa，制备得到的玻璃纤维复合材料具有更好的机械性能。

其中，本发明实施例中的玻璃纤维浸润剂使用的偶联剂为生产型号为MEMO的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和生产型号为AMEO的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷中的一种或两种、润滑剂为聚酰亚胺类润滑剂、交联剂为F42、聚醋酸乙烯酯乳液为CELENESE的JS-135和JS218-2、环氧乳液为TX-207环氧乳液、pH值调节剂为乙酸。

下面通过列表的方式示出本发明的部分实施例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/％。表1为本发明的部分具体实施例列表。

表1

对比例

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：

其中，偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷；润滑剂为聚氧乙烯醚；成膜剂1为低交联度聚醋酸乙烯酯乳液；成膜剂2为高分子量环氧乳液；成膜剂3为一种不饱和聚酯乳液；pH值调节剂为乙酸。

测试例

将表1中本发明的部分实施例与对比例分别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污水降解罐用SMC材料的外观性能进行测试得到表2。表2为本发明实施例与对比例的性能测试对照表。

表2

从上述测试例我们可以看出，使用本发明提供的浸润剂制得的玻璃纤维复合SMC材料性能更佳，具体体现在玻璃纤维的集束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A4～A10的平均毛羽量为10.74mg/kg，对比例的毛羽量为15.35mg/kg，本发明实施例与对比例相比毛羽量降低了30.04％，说明该浸润剂大大提高了玻璃纤维的集束性。

在复合材料的机械性能测试方面，实施例A4～A10的平均参数分别为：平均弯曲强度为180.91MPa，平均无缺口冲击强度为65.93MPa，平均拉伸强度为106.13MPa，与对比例相比，平均弯曲强度提升了12.84％，平均无缺口冲击强度提升了25.87％，平均拉伸强度提升了4.74％。

在污水降解罐用SMC材料的外观方面，可观察对比例制品边缘缺料，部分玻纤露在制品表面，甚至发生局部玻纤团聚，玻纤分布不均匀。与对比例相比，本发明模压得到的SMC制品边缘完整，玻纤分布均匀，表面光滑，仅部分实施例含少许玻纤留痕，整体外观性能佳。

综上所述，本发明具有下述有益效果：

第一，本发明的玻璃纤维浸润剂使用的成膜剂选用两种聚醋酸乙烯酯和环氧乳液进行复配，通过控制成膜剂中三种组分的配比优化玻璃纤维的加工性能，提高了玻璃纤维的流动性和开纤性，使用本发明的玻璃纤维浸润剂制备得到的产品表面更加美观。

第二，本发明的玻璃纤维浸润剂通过偶联剂、成膜剂、润滑剂之间的相互配合，提高了玻璃纤维的集束性和硬挺度，明显提升SMC材料的机械性能。

第三，本发明的玻璃纤维浸润剂通过选择偶联剂、润滑剂、成膜剂及pH值调节剂等组分及其配比，使得制得的玻纤增强材料在模压过程中玻纤分布均一，与树脂的相容性好，具有更好的外观效果及机械性能。

本发明还提供了上述浸润剂在污水降解罐制造上的用途。该浸润剂可用于生产着色玻璃纤维增强SMC材料领域，由于其玻璃纤维良好的流动性与开纤性，尤其适用于制备与污水降解罐类似，具有较大纵深模压高度和力学性能的结构复杂，工程用大结构部件。

需要说明的是，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，从而使得包括一系列要素的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……”限定的要素，并不排除在包括要素的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限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，包括偶联剂、润滑剂、聚醋酸乙烯酯乳液、环氧乳液、交联剂、pH值调节剂和水，其中，各组分的含量以质量百分比表示如下：

偶联剂 0.1~0.5%

润滑剂 0.1~0.5%

聚醋酸乙烯酯乳液 2.0~12.0%

环氧乳液 1.0~6.0%

交联剂 0.05~0.5%

pH值调节剂 0.05~0.5%

水 80.0~96.7%；

所述聚醋酸乙烯酯乳液包括交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯，其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯质量比为1:1~5:1；

所述偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的混合物，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷的质量比为1:1~3:1。

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

偶联剂 0.1~0.4%

润滑剂 0.1~0.4%

聚醋酸乙烯酯乳液 2.0~10.0%

环氧乳液 1.5~6.0%

交联剂 0.05~0.5%

pH值调节剂 0.05~0.5%

水 82.2~96.2%。

3.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述环氧乳液为双酚A型环氧树脂乳液，其含量占所述玻璃纤维浸润剂质量的1.8~5.0%。

4.如权利要求1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包括交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯，其中，交联型聚醋酸乙烯酯和增塑改性聚醋酸乙烯酯质量比为5:2~5:4。

5.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述交联剂为含氮类有机交联剂，其含量占所述玻璃纤维浸润剂质量的0.05~0.5%。

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

偶联剂 0.2~0.4%

润滑剂 0.1~0.3%

聚醋酸乙烯酯乳液 3.0~9.0%

环氧乳液 1.8~5.0%

交联剂 0.1~0.5%

pH值调节剂 0.1~0.4%

水 84.4~94.7%。

7.如权利要求1~6中任一项所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述润滑剂为聚酰亚胺类润滑剂，所述pH值调节剂为乙酸或草酸中的一种或多种。

8.一种如权利要求1~6中任一项所述的玻璃纤维浸润剂在污水降解罐制造上的应用。