CN109502995B - 一种玻璃纤维浸润剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种玻璃纤维浸润剂，包括以下组分，各组分的含量以重量百分比表示为：硅烷偶联剂0.4～1.2％，成膜剂6.0～35.0％，润滑剂0.08～2.0％，pH值调节剂0.06～2.8％，水59～93.46％；其中，所述成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物。采用该浸润剂配方生产的透明板材用无捻粗纱，具有短切性能好、毛羽少、在树脂中分散性好，透明度高等特点，能满足客户对产品的质量要求。

Description

一种玻璃纤维浸润剂及其应用

技术领域

本发明涉及浸润剂技术领域，适用于玻璃纤维生产，具体涉及一种玻璃纤维浸润剂及其应用。

背景技术

玻璃纤维增强塑聚酯基板材(连续板材)，英文缩写为FRP，是指用不饱和聚酯树脂浸渍玻璃纤维毡、玻璃纤维织物或短切纤维，然后凝胶固化而制得的制品。该制品轻质、高强、抗冲击性能好，特别是具有独特的透光性，同时还具有优良的耐腐蚀、耐大气老化性，可简化设计，安装、拆换简单的特点。随着连续板材成型技术的成熟，目前国内连续板材用纱市场已经非常庞大；生产的透明板、半透明板、有色板、防腐板等广泛应用于大型工业厂房、超市、体育场馆、温室大棚、车棚等场所。

连续板材通常选用玻纤作为其增强材料，玻璃纤维用于生产透明板材，其性能在很大程度上取决于玻璃纤维在树脂中的分散状态和浸透结合程度；而浸润剂技术是决定透明板材透明性的关键技术，对透明板的生产起着非常重要的作用；其在玻璃纤维的加工和使用过程中起到保护玻璃纤维的作用；可以使玻纤具有硬挺度适中，分散性优异，树脂浸透速度快，透明度高等特点，满足客户的生产使用性能要求。

国内增强透明采光板的玻纤使用的浸润剂技术最早是使用水溶性环氧树脂681、水溶性不饱和聚酯SR-1作为浸润剂的主要组分，虽然在一定程度上满足了玻纤的生产需要，但该种浸润剂与玻纤及基体树脂的折光率不匹配，生产采光板透光率不好；加之该种浸润剂上的亲水性太强，与生产采光板的基体树脂界面结合不好，导致最终产品容易老化，寿命短。后续在实际生产过程中，对于透明板材生产的浸润剂配方技术也有过一定的更新改进，但是还是不能有效地解决玻纤分散性、毛羽、静电、浸透速度、透光率之间的矛盾。

因此，针对上述现有技术存在的问题，亟需研究开发一款浸润剂，使得由其涂覆生产的玻纤能够满足透明板材的生产要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃纤维浸润剂配方，采用该浸润剂配方生产的透明板材用无捻粗纱，具有短切性能好、毛羽少、在树脂中分散性好，透明度高等特点，能满足客户对产品的质量要求。

根据本发明的一个方面，提供一种玻璃纤维浸润剂，包括以下组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物。

其中，各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述丙烯酸改性环氧树脂乳液与所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的质量比为(0.5～2.5):(1～6.25)。

其中，

所述丙烯酸改性环氧乳液的粒径为0.3～2.0μm；

所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的粒径为0.1～1.1μm。

其中，所述硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂或两者的组合物；

所述润滑剂为硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的组合物；

所述pH值调节剂采用酸，选用柠檬酸、甲酸、乙酸或盐酸中的一种。

其中，所述硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂的组合物，两者的质量比为1:4～2:1。

其中，所述硅油类润滑剂为有机硅乳液，所述阳离子表面活性剂为聚乙烯亚胺季铵盐；

所述硅油类润滑剂与所述阳离子表面活性剂的质量比为1:2～5:1。

其中，各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂的组合物，两者的质量比为1:4～2:1；

所述成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物；所述丙烯酸改性环氧树脂乳液的粒径为0.3～2.0μm，所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的粒径为0.1～1.1μm；所述丙烯酸改性环氧树脂乳液与所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的质量比为(1～2):(1～3)；

所述润滑剂为硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的组合物，两者的质量比为1:2～2.5:1；

所述pH值调节剂为柠檬酸。

本发明的玻璃纤维浸润剂中的水包括原料自带的水以及外加的去离子水，本发明中，组分若是乳液或是溶液形式，其含量以其固体质量占浸润剂总质量的百分比计。

浸润剂中偶联剂主要用于提高玻璃纤维与其他组分的结合性能，提高玻璃纤维的切割、分散性能。本发明的玻璃纤维浸润剂采用的硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂或采用带氨基的硅烷偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂的组合。当偶联剂中含氨基时，是属于催化性的，可以在酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛的聚合中作催化剂，也可作为环氧和聚氨酯树脂的固化剂，这时偶联剂完全参与反应，形成新键。氨基硅烷类的偶联剂属于通用型，几乎能与各种树脂起偶联作用，可适用不同树脂体系。采用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂可以较好的提高玻璃纤维的机械性能及透光性能，对提高透明板材透光性及耐老化性有益。进一步通过对比试验发现带氨基的硅烷偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂组合，且质量比在1:4～2:1时，玻璃纤维集束性，硬挺度最佳，同时在水中的分散效果最好。本发明中，硅烷偶联剂含量为0.4～1.2％时，玻璃纤维硬挺度较高，切割性最好；优选的，偶联剂含量为0.6～1.2％；进一步优选的，偶联剂含量为0.8～1.2％；可以使玻璃纤维具有非常好的集束性，毛羽量少，且玻璃纤维树脂浸透时间快，透光性好。

本发明所述的成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物，总含量为6.0～35.0％，优选为6.0～23.0％，进一步优选为8.0～20.0％。丙烯酸改性环氧树脂具有较好的耐光、耐候，耐热性能，大大提高采光板在使用过程中的寿命；硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液能与偶联剂较好的结合，使得偶联剂起到的桥梁作用更加稳固，玻璃纤维机械性能有较大提高。采用以上两种成膜剂能有效满足纱线的短切使用和在树脂中的分散、浸透性能要求。丙烯酸改性的环氧乳液，Tg为10～25℃，粒径为0.3～2.0μm；硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液，Tg为18～30℃，粒径为0.1～1.1μm；使用Tg与粒径适中的成膜剂能有效保证玻璃纤维具有合适的硬挺度，同时原料稳定性好，不易导致生产过程中出现浸润剂沉淀及结皮，保证生产环境卫生。其中，改性所用的硅烷偶联剂可以是带氨基的硅烷偶联剂，例如γ-氨丙基三乙氧基硅烷等。

经过试验对比，丙烯酸改性环氧树脂乳液与硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的质量比在(0.5～2.5):(1～6.25)时，玻璃纤维硬挺度较高，切割性较好，脱离含量范围易导致玻璃纤维切割性变差，出现连刀；优选的，质量比在(0.5～2):(1～3.75)，玻璃纤维硬挺度适中，毛羽少；进一步优选的，质量比为(1～2):(1～3)，可以进一步获得较好的透光性。

润滑剂用来满足玻璃纤维在拉丝、络纱以及使用过程的润滑效果和减少毛羽，同时有助于纱线在树脂中的分散。综合考虑各项性能的优越性，本发明玻璃纤维浸润剂中的润滑剂为硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的组合，其中硅油类润滑剂为有机硅乳液，阳离子表面活性剂为聚乙烯亚胺季铵盐。有机硅乳液具有电性能优异，且能在较大的温度、湿度频率范围内保持其介电性能的稳定，耐氧化性、耐腐蚀，耐候性优良，且亲水性较好，易分散，对环境危害小。聚乙烯亚胺季铵盐能较好的适应浸润剂酸性环境，其表面吸附能力极强，能较好吸附空气中的水分，在起到润滑作用的同时，也具有一定的抗静电作用。其中，硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的质量之比为1:2～5:1，此时玻璃纤维毛羽好，分散性、透光度一般；优选的，质量之比为1:2～2.5:1，玻璃纤维毛羽正常，分散性、透光度较好，综合性能更优。

此外，在浸润剂中润滑剂的含量至关重要，润滑剂的含量多少决定了拉丝、络纱作业的顺畅与否，决定了玻璃纤维本身的硬挺度，同时因为其本身很难成膜，影响了玻璃纤维短切分散性能。本发明中，润滑剂的含量为0.08～2.0％，可以使玻璃纤维具有较好的抗静电性；优选的，含量为0.08～1.6％，玻璃纤维硬挺度适中，分散性、透光性较好；进一步优选的，润滑剂的含量为0.4～1.2％，可进一步减少毛羽。

本发明中，pH值调节剂采用酸，可选择柠檬酸、甲酸、乙酸或盐酸中的一种，pH值调节剂用于浸润剂中的偶联剂的分散和原料的稳定，其含量为0.06～2.8％，优选为0.06～2.4％，最优选为0.08～2.0％。

水为去离子水，含量为59.0～93.46％，优选为71.8～93.26％，进一步优选为75.6～90.72％。

根据本发明的另一个方面，提供一种由前述玻璃纤维浸润剂涂覆生产的玻璃纤维。

根据本发明的第三个方面，提供一种前述玻璃纤维浸润剂在透明板材用纱生产上的应用。

本发明所述的浸润剂应用于透明板材用玻璃纤维纱的生产，一般采用的拉丝工艺为800～4000孔漏板拉丝，每根原丝由100～500单丝集束而成，单纤维直径控制在12～17微米，烘干工艺可采用微波和蒸汽烘干，烘制温度为115至140℃，烘制时间可根据烘干成膜情况及迁移情况而定。最终的产品为2400Tex，也可根据客户的需求而生产。

与现有技术相比，使用本发明的浸润剂生产的玻璃纤维纱，具有短切性能好、毛羽少、在树脂中分散性能好、浸透速度快、透明度高等特点，能满足透明板材生产工艺和性能要求。

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具体实施例，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，包括以下组分，各组分的含量以重量百分比表示为：硅烷偶联剂0.4～1.2％，成膜剂6.0～35.0％，润滑剂0.08～2.0％，pH值调节剂0.06～2.8％，水59～93.46％；

优选的，各组分的含量以重量百分比表示为：硅烷偶联剂0.6～1.2％，成膜剂6.0～23.0％，润滑剂0.08～1.6％，pH值调节剂0.06～2.4％，水71.8～93.26％；

进一步优选的，各组分的含量以重量百分比表示为：硅烷偶联剂0.8～1.2％，成膜剂8.0～20.0％，润滑剂0.4～1.2％，pH值调节剂0.08～2.0％，水75.6～90.72％。

其中，成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物。两者的质量比为(0.5～2.5):(1～6.25)，优选的，质量比为(0.5～2):(1～3.75)；进一步优选的，两者质量比为(1～2):(1～3)。丙烯酸改性环氧乳液的粒径为0.3～2.0μm，硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的粒径为0.1～1.1μm。

硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂或两者的组合物，两者的质量比为1:4～2:1。

润滑剂为硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的组合物，硅油类润滑剂为有机硅乳液，阳离子表面活性剂为聚乙烯亚胺季铵盐；硅油类润滑剂与阳离子表面活性剂的质量比为1:2～5:1，优选的，质量比为1:2～2.5:1。

pH值调节剂采用酸，选用柠檬酸、甲酸、乙酸或盐酸中的一种，优选的，为柠檬酸。

水为去离子水。

下面列出本申请玻璃纤维浸润剂的部分具体实施例。

实施例

表1示出了一些浸润剂中各组分含量的具体实施例，各组分对应的数值为质量百分比/％。需要指出的是，表1中具体的实施例数据并不对本发明的保护范围构成限制。

其中，

偶联剂A为带氨基的硅烷偶联剂，型号为S-70；

偶联剂B为γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂，型号为A-06；

成膜剂A为丙烯酸改性环氧乳液，型号T-08，由巨石集团一分厂生产，其Tg在10～25℃之间；

成膜剂B为硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液，型号T-66，由巨石集团一分厂生产，其Tg在18～30℃之间；

润滑剂A为有机硅乳液；

润滑剂B为阳离子表面活性剂采用聚乙烯亚胺季铵盐；

pH值调节剂为柠檬酸。

浸润剂的最终pH值控制在2.5～6.0，LOI值控制在0.35～1.0％。

各实施例采用的拉丝工艺为3600孔漏板拉丝，最终的每根原丝由200～400单丝合股而成，单纤维直径控制在11～16μm；烘干工艺采用蒸汽烘干，烘制温度为120～135℃，烘干时间为10～14小时；原丝调理时间为8～10小时；最终的产品为2380～2520Tex。

表1浸润剂各具体实施例列表

对比测试例

为了进一步说明本发明的有益效果，选择目前常用的透明板材浸润剂以及不同含量配比的浸润剂配方作为对比例，对各实施例以及各对比例的制品性能进行对比测试。

对比例1配方：

偶联剂A：乙烯基三乙氧基硅烷，产品牌号为A-08：生产厂家为赢创工业，0.16％；

偶联剂B：乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷，产品牌号X-87：生产厂家为赢创工业，0.35％

成膜剂：聚酯改性的环氧乳液：产品牌号为J-89：生产厂家为巨石集团一分厂，8.50％

润滑剂A：聚氧乙烯醚，产品牌号为T-83：生产厂家为科凯化工，0.50％

润滑剂B：多乙烯胺缩合物，产品牌号为T-14：生产厂家为巨石一分厂，0.40％

pH值调节剂：乙酸。0.20％

去离子水：89.89％

对比例2配方：

偶联剂A：乙烯基三乙氧基硅烷，产品牌号为A-08：生产厂家为赢创工业，0.27％；

偶联剂B：乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷，产品牌号X-87：生产厂家为赢创工业，0.22％；

成膜剂：聚酯改性的环氧乳液：产品牌号为J-89：生产厂家为巨石集团一分厂，6.50％；

润滑剂A：聚氧乙烯醚，产品牌号为T-83：生产厂家为科凯化工，0.27％；

润滑剂B：多乙烯胺缩合物，产品牌号为T-14：生产厂家为巨石一分厂，0.22％；

pH值调节剂：乙酸，0.15％；

去离子水：92.37％。

表2示出了不同含量配比的浸润剂配方的部分对比例。其中，各组分的具体种类选择与各实施例相同。

表2不同含量配比的对比例示例

组分	对比例3	对比例4	对比例5	对比例6
					偶联剂A	0.20	0.30	0.25	0.40
偶联剂B	0.20	0	0.15	0.20
					成膜剂A	7	10	11.5	13
成膜剂B	1	2.5	6	23
					润滑剂A	0.30	0.15	0.25	0.12
润滑剂B	0	0.15	0.05	0.10
					pH调节剂	0.15	0.22	0.16	0.20
去离子水	91.15	86.68	81.64	62.98
					pH值	4.62	4.75	4.65	4.70
LOI(％)	0.53	0.64	0.88	0.96

表3示出了各实施例和各对比例制品的性能测试结果。

表3制品性能对比测试结果

从以上的配方实例与对比例测试中，我们可以从中看出，实施例1～8相比于对比例，具有较少的毛羽，优异的短切分散性能、透明性，较快的树脂浸透时间，综合性能优越。

本发明根据透明板材生产工艺技术特点，通过浸润剂原料的选择，配方的优化，采用合适的玻璃纤维生产工艺，生产出满足高端要求客户需求的无捻粗纱产品。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：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 (8)

1.一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，包括以下组分，各组分的含量以重量百分比表示如下：

其中，所述成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物；所述丙烯酸改性环氧树脂乳液与所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的质量比为(0.5～2.5):(1～6.25)；

所述硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂的组合物，两者的质量比为1:4～2:1。

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

3.如权利要求1或2所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，

所述丙烯酸改性环氧乳液的粒径为0.3～2.0μm；

所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的粒径为0.1～1.1μm。

4.如权利要求1或2所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，

所述润滑剂为硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的组合物；

所述pH值调节剂采用酸，选用柠檬酸、甲酸、乙酸或盐酸中的一种。

5.如权利要求4所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述硅油类润滑剂为有机硅乳液，所述阳离子表面活性剂为聚乙烯亚胺季铵盐；

所述硅油类润滑剂与所述阳离子表面活性剂的质量比为1:2～5:1。

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

其中，所述硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂与γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷偶联剂的组合物，两者的质量比为1:4～2:1；

所述成膜剂为丙烯酸改性环氧树脂乳液和硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的组合物；所述丙烯酸改性环氧树脂乳液的粒径为0.3～2.0μm，所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的粒径为0.1～1.1μm；所述丙烯酸改性环氧树脂乳液与所述硅烷偶联剂改性交联型PVAc乳液的质量比为(1～2):(1～3)；

所述润滑剂为硅油类润滑剂和阳离子表面活性剂的组合物，两者的质量比为1:2～2.5:1；

所述pH值调节剂为柠檬酸。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的玻璃纤维浸润剂涂覆生产的玻璃纤维。

8.一种如权利要求1-6任一项所述的玻璃纤维浸润剂在透明板材用纱生产中的应用。