CN111592830A - 一种玻璃纤维化学抛光剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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刘立新
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Abstract

本发明涉及一种玻璃纤维化学抛光剂及其制备方法和应用，特别涉及一种有效降低玻璃纤维表面粗糙度的化学抛光剂及其制备方法，属于玻璃纤维制造技术领域，也属于有机/无机化工技术领域，也属于热防护基础材料领域。玻璃纤维粗糙度从大于210nm降低到53nm～92nm，单丝拉伸强度从917MPa显著提升到了1205MPa～1654MPa；经过本发明的抛光剂处理后的玻璃纤维的表面粗糙度显著降低，进而微观缺陷尺寸和数量显著降低，玻璃纤维的强度显著提高，此外，本发明的最大特点是抛光剂制备工艺简单、原料来源广泛、价格低廉、处理工艺简单易行，力学性能提高幅度大等特点。

Description

一种玻璃纤维化学抛光剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种玻璃纤维化学抛光剂及其制备方法和应用，特别涉及一种有效降低玻璃纤维表面粗糙度的化学抛光剂及其制备方法，属于玻璃纤维制造技术领域，也属于有机/无机化工技术领域，也属于热防护基础材料领域。
背景技术
目前，我国玻璃纤维年产量达到400多万吨，玻璃纤维制品被广泛应用于国民经济的各个领域，其中电子、交通和建筑是最主要的三大应用领域，也代表了世界玻纤产业在未来几年的发展趋势。从长远来看，中东、亚太基础设施的加强和改造，对玻璃纤维需求增加了很大的数量，随着全球在玻璃纤维改性塑料、运动器材、航空航天等方面对玻璃纤维的需求不断增长。
玻璃纤维的理论强度取决于分子或原子间的引力，其理论强度很高，可达12000MPa。但实测强度很低，这是因为在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微裂纹，因而显著降低了强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在，使玻璃在外力作用下受力不均，在危害最大的微裂纹处产生应力集中，从而使强度下降，这严重限制了玻璃纤维在很多高温环境中的实际应用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种玻璃纤维化学抛光剂及其制备方法和应用。
本发明的技术解决方案是：
一种玻璃纤维化学抛光剂，该化学抛光剂的原料包括氟化钠、甲酸、缓释剂、偶联剂、乳化剂和溶剂；
所述的缓释剂为乙二胺四乙酸和乙二胺的混合物；
所述的偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；
所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述的溶剂为去离子水；
以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，各组分的质量百分含量为：氟化钠的质量百分含量为2％-7％，甲酸的质量百分含量为1％-4％，缓释剂中乙二胺四乙酸的质量百分含量为0.1％-0.5％，缓释剂中乙二胺的质量百分含量为0.2％-1.5％，偶联剂的质量百分含量为0.3％-1.2％，乳化剂的质量百分含量为0.01％-0.1％，余量为溶剂。
一种玻璃纤维化学抛光剂的制备方法为：将化学抛光剂的原料进行混合，得到化学抛光剂。
一种玻璃纤维化学抛光剂的应用，将待处理的玻璃纤维浸泡在化学抛光剂中，浸泡温度为20～50℃，浸泡时间为30～120min，浸泡完成后取出，自然风干。
对得到的浸泡化学抛光剂后的玻璃纤维进行表面粗糙度和力学性能测试，表面粗糙度测试采用GB/T 29505-2013；力学性能测试时测试单丝拉伸强度，单丝拉伸强度具体测量方法参照Hui Guo,Yudong Huang,Li Liu,Xiaohua Shi.Effect of epoxy coatings oncarbon fibers during manufacture of carbon fiber reinforced resin matrixcomposites,Materials and Design 31(2010)1186–1190这篇文章，采用日本生产的界面微脱粘设备评价单丝拉伸强度，每个条件测试120个试样，取平均值，测试时使用的设备为原子力显微镜。
与未抛光处理的玻璃纤维相比，本发明的有益效果为：
(1)玻璃纤维粗糙度从大于210nm降低到53nm～92nm，单丝拉伸强度从917MPa显著提升到了1205MPa～1654MPa；
(2)经过本发明的抛光剂处理后的玻璃纤维的表面粗糙度显著降低，进而微观缺陷尺寸和数量显著降低，玻璃纤维的强度显著提高，此外，本发明的最大特点是抛光剂制备工艺简单、原料来源广泛、价格低廉、处理工艺简单易行，力学性能提高幅度大等特点。
(3)本发明通过玻璃纤维生产过程的后期进行纤维表面处理，使得纤维表面的裂纹、凹坑、凸起等影响力学性能的微观缺陷的数量和大小明显降低，即，降低玻璃纤维表面粗糙度，进而提高玻璃纤维的力学性能。
(4)本发明通过降低玻璃纤维表面粗糙度的方法提高玻璃纤维强度而提供一种能快速而简单处理玻璃纤维表面的抛光剂，并且这种抛光剂不但合成工艺简单而且处理玻璃纤维之后可以通过简单水洗玻璃纤维而达到完全去除抛光剂，并且不影响玻璃纤维其他性能，本发明的主要内容是发明一种玻璃纤维表面抛光剂和这种抛光剂的制备方法。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明，本发明的应用不局限于所举的实施例。
实施例
一种玻璃纤维化学抛光剂，该化学抛光剂的原料包括氟化钠、甲酸、缓释剂、偶联剂、乳化剂和溶剂；
所述的缓释剂为乙二胺四乙酸和乙二胺的混合物；
所述的偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；
所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述的溶剂为去离子水；
以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，各组分的质量百分含量为：氟化钠的质量百分含量为2％，甲酸的质量百分含量为1％，缓释剂中乙二胺四乙酸的质量百分含量为0.1％，缓释剂中乙二胺的质量百分含量为0.2％，偶联剂的质量百分含量为0.3％，乳化剂的质量百分含量为0.01％，余量为溶剂。
一种玻璃纤维化学抛光剂的制备方法为：将化学抛光剂的原料进行混合，得到化学抛光剂。
一种玻璃纤维化学抛光剂的应用，将待处理的玻璃纤维浸泡在化学抛光剂中，浸泡温度为20℃，浸泡时间为30min，浸泡完成后取出，自然风干。
采用原子力显微镜测试玻璃纤维表面粗糙度和单丝拉伸强度，与未抛光处理的玻璃纤维相比，玻璃纤维粗糙度从大于210nm降低到81nm，单丝拉伸强度从917MPa显著提升到了1205MPa；即粗糙度降低了61.4％，而拉伸强度提高了31.4％。

Claims (10)

1.一种玻璃纤维化学抛光剂，其特征在于：该化学抛光剂的原料包括氟化钠、甲酸、缓释剂、偶联剂、乳化剂和溶剂；
所述的缓释剂为乙二胺四乙酸和乙二胺的混合物；
所述的偶联剂为γ―氨丙基三乙氧基硅烷；
所述的乳化剂为十二烷基苯磺酸钠；
所述的溶剂为去离子水；
以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，各组分的质量百分含量为：氟化钠的质量百分含量为2％-7％，甲酸的质量百分含量为1％-4％，缓释剂中乙二胺四乙酸的质量百分含量为0.1％-0.5％，缓释剂中乙二胺的质量百分含量为0.2％-1.5％，偶联剂的质量百分含量为0.3％-1.2％，乳化剂的质量百分含量为0.01％-0.1％，余量为溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维化学抛光剂，其特征在于：以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，氟化钠的质量百分含量为2％。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维化学抛光剂，其特征在于：以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，甲酸的质量百分含量为1％。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维化学抛光剂，其特征在于：以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，缓释剂中乙二胺四乙酸的质量百分含量为0.1％。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维化学抛光剂，其特征在于：以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，缓释剂中乙二胺的质量百分含量为0.2％。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维化学抛光剂，其特征在于：以化学抛光剂的原料的总质量为100％计算，偶联剂的质量百分含量为0.3％，乳化剂的质量百分含量为0.01％。
7.一种玻璃纤维化学抛光剂的制备方法，其特征在于：将化学抛光剂的原料进行混合，得到化学抛光剂。
8.一种玻璃纤维化学抛光剂的应用，其特征在于：将待处理的玻璃纤维浸泡在化学抛光剂中，浸泡完成后取出，自然风干。
9.根据权利要求8所述的一种玻璃纤维化学抛光剂的应用，其特征在于：浸泡温度为20～50℃。
10.根据权利要求8或9所述的一种玻璃纤维化学抛光剂的应用，其特征在于：浸泡时间为30～120min。
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