CN110861322A - 一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料成型技术，具体地说，是一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，包括以下步骤：将纤维纱架上连续玻璃纤维经过穿纱板合股后通过装有光敏树脂和纳米颜料的彩色浸胶槽，将连续玻璃纤维束进行连续浸渍；在牵引设备的带动下，浸渍后的玻璃纤维束进入到第一光固化设备中进行初步光固化；在牵引设备的带动下，经过初步光固化的玻璃纤维束经过成型模具和缠绕装置挤出多余的光敏树脂形成筋材状材料；筋材状材料再牵引设备的带动下进入到第二光固化设备中进行再次光固化成型，形成最终的大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料；在牵引设备的带动下，大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料进入切割装置根据事先设定好的长度进行切割分装。

Description

一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺
技术领域
本发明涉及复合材料成型技术，具体地说，是一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺。
背景技术
近年来，随着玻璃纤维材料的发展，玻璃纤维与热固性树脂的复合材料有着很好的前景，越来越多的玻璃纤维筋被用于地板格栅、护栏、梯子等场合，对颜色和外观等的要求越来越多，但颜填料等的加入会影响生产过得不到中紫外光线的穿透效果，影响固化速度和固化效率，对产品的性能影响较大。
同时，热固性树脂由于其耐温性高、受压不易变形、刚性大、硬度高、不易燃、制品尺寸稳定性好等优势，常用于制造增强塑料、泡沫塑料、各种电工用模塑料、浇铸制品等。目前的热固性复合材料成型工艺主要包括手糊成型工艺、模压成型工艺、层压成型工艺、缠绕成型工艺和拉挤成型工艺。其都是采用一定的方法将纤维和基体树脂混合，加热树脂使之固化成型，然后冷却定型得到复合材料。但是由于热固性树脂固化过程中需要加热，为达到较好的固化度，还需要保温一定的时候，固化时间长，固化过程中能耗高，污染大，生产效率低。并且随着能源问题和环境问题的日益严峻，人们迫切希望寻找一种新的低能耗、低污染的技术来缓解能源危机与环境污染。
基于这种背景下，光固化技术引起了许多研究人员的注意。光固化反应通常为光引发剂吸收特定波长范围的光，引发单体或其组合物通过链式加成反应得到聚合物。在油墨、分子印刷、生物骨骼和组织工程材料、微芯片、光学树脂、粘土和金属纳米复合材料、液晶材料等领域得到广泛应用。与传统的热固化加工方式相比，这种固化方法的固化速度快、固化条件温和、光源引发无需溶剂且低能耗低污染，可大大缩短其成型时间，提高生产效率，为工厂化大规模生产带来巨大利益，并且光固化玻璃纤维增强复合材料的固化条件比较温和，为节能减排、环境保护带来很大优势。与传统的热固化装置相比，光固化装置更加简便所占空间更少，装置更加节能，装置的保护与维修也更方便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一：将纤维纱架上连续玻璃纤维经过穿纱板合股后通过装有光敏树脂和纳米颜料的彩色浸胶槽，将连续玻璃纤维束进行连续浸渍；
步骤二：在牵引设备的带动下，浸渍后的玻璃纤维束进入到第一光固化设备中进行初步光固化；
步骤三：在牵引设备的带动下，经过初步光固化的玻璃纤维束经过成型模具和缠绕装置挤出多余的光敏树脂形成筋材状材料；
步骤四：筋材状材料再牵引设备的带动下进入到第二光固化设备中进行再次光固化成型，形成最终的大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料；
步骤五：在牵引设备的带动下，大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料进入切割装置根据事先设定好的长度进行切割分装。
在上述技术方案中，步骤一中彩色浸胶槽内的纳米颜料采用纳米二氧化钛、纳米铅铬黄、纳米氧化铁红和纳米酞菁蓝中的一种或多种，纳米颜料的粒径为10-60nm，纳米颜料的粒径为30-50nm，纳米颜料在使用前采用高级脂肪酸对颜料表面进行处理，高级脂肪酸为C16-C20的一元直链羧酸，具体为：C15H31COOH软脂酸/棕榈酸（十六烷酸）、C16H33COOH 珠光脂酸（十七烷酸）、C17H35COOH 硬脂酸（十八烷酸）、C17H33COOH 油酸（十八烯酸）、C17H31COOH亚油酸（十八碳二烯酸）、C17H29COOH 亚麻酸（十八碳三烯酸）、C19H39COOH 花生酸（二十烷酸）。
彩色浸胶槽内装有的光敏树脂由热固性树脂及光引发剂组成，光敏树脂中还加入1%-5%的紫外荧光粉中的一种或多种，紫外荧光粉为正磷酸钙荧光粉、焦磷酸锶荧光粉、镓酸镁荧光粉、硅酸锌荧光粉中的一种或多种混合，的热固性树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂，光引发剂为自由基型和离子型光引发剂：自由基型光引发剂为安息香乙醚，安息香双甲醚，安息香，二苯甲酮中的一种或多种；离子型光引发剂为二甲基-（4-苯基硫）苯基锍六氟磷酸盐、4，4'-二甲苯基碘鎓六氟磷酸盐。
光敏树脂中还加入1%-5%的紫外荧光粉中的一种或多种，用于紫外光源照射的时候吸收紫外光能量，照射结束后，其吸收的紫外光能量能持续释放，达到更好的释放效果；同时，阳离子紫外引发剂和紫外荧光粉的搭配使用，浸胶后，缠绕之前进行光照，使光照能均匀分布在筋材内部，照射过程中引发阳离子引发剂的反应，并在荧光粉中储能，在停止光照后，反应仍能延续，使用这样的方法，可以使得单面紫外光照射能达到10mm-16mm的厚度。
本发明的进一步改进，第一光固化设备和第二光固化设备内的光源采用LED紫外面光源，波长为320nm-400nm；第二光固化设备采用金属材料制成的长方体箱体，该长方体箱体的内部上侧设置有与流水线生产方向平行的若干波长在320nm-400nm之间的LED紫外面光源，该长方体箱体的内部左侧、右侧和下侧三面采用镜面设置；材料在第一光固化设备和第二光固化设备中被紫外连续照射时间介于10s-300s之间，牵引设备的牵引速度在3m/min-20m/min之间。
本发明的进一步改进，步骤五中切割装置设置在密封环境内装有吸尘器。将切割设备和切割工序设置在密封环境中可以避免切割过程中的产生的粉尘在车间内形成扬尘，起到了保护车间环境的作用，进一步地，在密封环境中装有吸尘器可以将切割过程中的粉尘进行回收，除了能够起到保护车间环境的作用，回收后的粉尘也是玻璃纤维增强复合材料，可以回收利用。
在上述技术方案中，加工工艺流程中设置有两个光固化设备，分别设置在玻璃纤维束成型前后，当玻璃纤维束还未通过成型模具中，浸渍有光敏树脂的玻璃纤维束之间处于分散的状态，这个时候使用光固化设备内的光源照射玻璃纤维束，使得玻璃纤维束上的光敏树脂得到充分的与光源接触的空间和时间，这样不但可以加快光固化速率，也使得光固化效果更加明显，尤其适用于大直径筋材材料的生产。且，通过加入纳米颜料，和良好的分散性能，使颜料在玻璃纤维筋体系中以纳米形式分散，当颗粒足够小的时候，紫外外波长以折射为主，对紫外光有良好的穿透效果，因可见光的波长是长于紫外光的，可见光是漫反射为主，所以外观上又显示为多彩的颜色。
传统汞光源存在功耗大、寿命短、点发射光分布不均匀等弊端。上述技术方案使用的LED紫外面光源则克服了这些缺点，具有单波长、光强高、低功耗、寿命长以及光分布均匀等突出优势，为实验与实际生产提供了设备上的可能。确定波长的紫外LED面光源发射的波长稳定，能够发挥在特定波长处有较好吸收的光引发剂的较佳效果，使固化速度与固化效果都达到更高的标准。
本发明对LED紫外面光源光强及尺寸并没有特殊限制，但光强过小会影响，会降低固化速度；光强过强，会提高光源成本。一般以100mW/cm2-1500 mW/cm2为佳，更好的为200mW/cm2-1200 mW/cm2，最佳为300mW/cm2-800 mW/cm2。
本发明的有益效果：本发明能够将节能及减排的统一，具有连续高效、加工成本低廉及节能环保等优点，且生产出来的彩色纤维筋外观上显示为多彩的颜色。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。
本发明采用的技术方案如下：
一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，包括以下步骤：
步骤一：将纤维纱架上连续玻璃纤维经过穿纱板合股后通过装有光敏树脂和纳米颜料的彩色浸胶槽，将连续玻璃纤维束进行连续浸渍；
步骤二：在牵引设备的带动下，浸渍后的玻璃纤维束进入到第一光固化设备中进行初步光固化；
步骤三：在牵引设备的带动下，经过初步光固化的玻璃纤维束经过成型模具和缠绕装置挤出多余的光敏树脂形成筋材状材料；
步骤四：筋材状材料再牵引设备的带动下进入到第二光固化设备中进行再次光固化成型，形成最终的大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料；
步骤五：在牵引设备的带动下，大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料进入切割装置根据事先设定好的长度进行切割分装。
实施例：将纳米氧化铁红用C17H35COOH 进行表面处理，取处理后的纳米氧化铁红200g，加入不饱和聚酯10kg，再加入10g分散剂，以高速剪切机进行高速分散30分钟，用电镜观察其细度达到50nm以下，将转速降低，加入100g安息香双甲醚,50g的二甲基-（4-苯基硫）苯基锍六氟磷酸盐，低速分散10分钟，然后用拉挤工艺，直径为12mm的模头，用20根4800TEX的玻璃纤维丝，以4m/min的速度进行拉挤。光源采用LED光源，410nm波长进行光照固化。对生产后的样品用DSC测试其固化度，用硬度计测试其硬度，用万能实验机测试其拉伸强度和剪切强度。
对比例：取普通氧化铁红（牌号为130S）200g,加入不饱和聚酯10kg，再加入10g分散剂，以高速剪切机进行高速分散，至最小细度，用细度板测试其细度为50u以下，将转速降低，加入100g安息香双甲醚,50g的二甲基-（4-苯基硫）苯基锍六氟磷酸盐，低速分散10分钟，然后用拉挤工艺，直径为12mm的模头，用20根4800TEX的玻璃纤维丝，以4m/min的速度进行拉挤。光源采用LED光源，410nm波长进行光照固化。对生产后的样品用DSC测试其固化度，用硬度计测试其硬度，用万能实验机测试其拉伸强度和剪切强度。
Figure 231930DEST_PATH_IMAGE002
因对比例是所用氧化铁红粒径太粗，即使分散至初始细度，其料径也是微米级别的，在紫外光固化过程中，紫外光穿透效果差，无法达到良好的固化效果，从产品外观上看，光照一面固化良好，背光一面固化效果较差，从固化度等测试数据中也可以看出差别。
而实验例中的纳米氧化铁红，经预处理后，分散能达到纳米级，不影响紫外光线的穿透，能达到良好的固化效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将纤维纱架上连续玻璃纤维经过穿纱板合股后通过装有光敏树脂和纳米颜料的彩色浸胶槽，将连续玻璃纤维束进行连续浸渍；
步骤二：在牵引设备的带动下，浸渍后的玻璃纤维束进入到第一光固化设备中进行初步光固化；
步骤三：在牵引设备的带动下，经过初步光固化的玻璃纤维束经过成型模具和缠绕装置挤出多余的光敏树脂形成筋材状材料；
步骤四：筋材状材料再牵引设备的带动下进入到第二光固化设备中进行再次光固化成型，形成最终的大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料；
步骤五：在牵引设备的带动下，大直径连续玻璃纤维增强复合筋材材料进入切割装置根据事先设定好的长度进行切割分装。
2.根据权利要求1所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述步骤一中彩色浸胶槽内的纳米颜料采用纳米二氧化钛、纳米铅铬黄、纳米氧化铁红和纳米酞菁蓝中的一种或多种，所述纳米颜料的粒径为10-60nm。
3.根据权利要求2所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述纳米颜料的粒径为30-50nm，所述纳米颜料在使用前采用高级脂肪酸对颜料表面进行处理，，所述高级脂肪酸为C16-C20的一元直链羧酸。
4.根据权利要求3所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述彩色浸胶槽内装有的光敏树脂由热固性树脂及光引发剂组成，所述光敏树脂中还加入1%-5%的紫外荧光粉中的一种或多种，所述紫外荧光粉为正磷酸钙荧光粉、焦磷酸锶荧光粉、镓酸镁荧光粉、硅酸锌荧光粉中的一种或多种混合，所述的热固性树脂为不饱和聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂或酚醛树脂，光引发剂为自由基型和离子型光引发剂。
5.根据权利要求4所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述自由基型光引发剂为安息香乙醚，安息香双甲醚，安息香，二苯甲酮中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述离子型光引发剂为二甲基-（4-苯基硫）苯基锍六氟磷酸盐、4，4'-二甲苯基碘鎓六氟磷酸盐。
7.根据权利要求1-6任一项所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述第一光固化设备和第二光固化设备内的光源采用LED紫外面光源，波长为320nm-400nm。
8.根据权利要求7所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述第二光固化设备采用金属材料制成的长方体箱体，该长方体箱体的内部上侧设置有与流水线生产方向平行的若干波长在320nm-400nm之间的LED紫外面光源，该长方体箱体的内部左侧、右侧和下侧三面采用镜面设置。
9.根据权利要求8所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，所述步骤五中切割装置设置在密封环境内装有吸尘器。
10.根据权利要求9所述的彩色光固化玻璃纤维筋的生产工艺，其特征在于，材料在所述第一光固化设备和所述第二光固化设备中被紫外连续照射时间介于10s-300s之间，所述牵引设备的牵引速度在3m/min-20m/min之间。
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