CN112341008B - 一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料及其制备方法。所述高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料由PH调节剂、环氧树脂、聚氨酯乳液、硅烷型偶联剂、聚酰亚胺硅烷、表面处理剂和去离子水组成。本发明根据高硅氧玻璃纤维在高温处理后发脆且耐磨损性差的特点，选择了聚醚型表面处理剂和水性环氧树脂、聚酯改性聚氨酯乳液来赋予高硅氧玻璃纤维柔软耐磨的特性，并在配方中增加了聚酰亚胺偶联剂的使用，赋予高硅氧玻璃纤维纱优异的力学性能，涂覆本发明复合材料的高硅氧玻璃纤维连续纱的拉伸断裂强力是涂覆前高硅氧玻璃纤维连续纱拉伸强力的3.7倍以上。

Description

一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体是一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料及其制备方法。
背景技术
本申请所述高硅氧玻璃纤维连续纱是由高硅氧玻璃纤维经过捻线、后处理，深加工涂覆做成，高硅氧玻璃纤维连续纱900℃下可长期使用，瞬间耐温可达到1600℃。多用于军工、航空航天等方面。
高硅氧玻璃纤维连续纱由高硅氧玻璃球融化拉制成丝，原丝经过退解和并捻做成二氧化硅硅含量为85％的高硅氧玻璃纤维连续纱，二氧化硅硅含量为85％的高硅氧玻璃纤维连续纱经过酸沥滤和热烧结处理，得到二氧化硅硅含量为96％以上的高硅氧玻璃纤维连续纱。酸沥滤和热烧结处理后的高硅氧玻璃纤维连续纱耐温性能较高，但是表面缺失有机物的保护，纤维裸露在外使得高硅氧玻璃纤维连续纱耐磨性较差，拉伸强力较低。
通过检索，专利号为CN201810495550.3的专利一种聚乙烯醇无纺布涂覆复合材料的制备方法，该专利是在无纺布的表面涂覆一层复合材料，使得无纺布具有二次加工的热封性能。但是此涂覆复合材料无法解决高硅氧玻璃纤维耐磨性差、拉伸强力低的性能，使得高硅氧玻璃纤维无法实现二次纺织加工。
发明内容
为克服现有技术中存在的不能实现高硅氧玻璃纤维二次纺织加工的不足，本发明提出了一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料及其制备方法。
本发明提出的高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料由0.1～0.5质量份PH调节剂、6.0～10.0质量份环氧树脂、2.0～6.0质量份聚氨酯乳液、0.5～1.0质量份硅烷型偶联剂、0.1～0.5质量份聚酰亚胺硅烷、0.2～0.8质量份表面处理剂和84.35～89.7质量份去离子水组成；其中：所述PH调节剂为冰醋酸；所述环氧树脂为阳离子型水溶性环氧树脂；所述聚氨酯乳液为聚酯改性聚氨酯乳液；所述硅烷型偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂；所述聚酰亚胺硅烷为聚酰亚胺硅烷偶联剂；所述表面处理剂为聚醚型表面处理剂。
所述环氧树脂为阳离子型水溶性环氧树脂的固含量为30％～40％，粘度为200mPa.s～400mPa.s。
所述聚氨酯乳液为聚酯改性聚氨酯乳液的固含量为38％～42％，PH值为5～7。
所述硅烷型偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂的固含量为≥98％。
所述聚酰亚胺硅烷为聚酰亚胺硅烷偶联剂的比重为≤0.98g/cm3。
所述聚醚型表面处理剂的固含量为30％-40％。
本发明提出的制备所述高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料的具体过程是：
步骤1，硅烷偶联剂的水解：
称取20份的去离子水并加入第一配置容器中；开启搅拌器，并使该搅拌器的转速为200r/min；称取0.1～0.5份PH调节剂加入到所述去离子水中，搅拌1分钟后用PH试纸测试该去离水的PH值为4～5；
称量0.5～1.0份硅烷型偶联剂，以5滴/秒的流速将硅烷型偶联剂缓慢加入配置容器中进行硅烷偶联剂的水解，搅拌时间为2小时，得到硅烷型偶联剂的水解液。
步骤2，聚酰亚胺硅烷偶联剂的水解：
称取30份的去离子水并加入第二配置容器中；开启搅拌器，并使该搅拌器的转速为200r/min。称取0.1-0.5份PH调节剂加入到配置容器中，搅拌1分钟后用PH试纸测试水的PH值为4--5。
称量0.1～0.5份聚酰亚胺硅烷偶联剂，以2滴/秒的流速将聚酰亚胺硅烷偶联剂加入搅拌罐中进行聚酰亚胺硅烷偶联剂的水解，搅拌时间为1小时，得到聚酰亚胺硅烷偶联剂水解液。
步骤3，稀释阳离子型水溶性环氧树脂：
称取6.0～10.0份环氧树脂并加入15份去离子水稀释，得到阳离子型水溶性环氧树脂稀释液。稀释所述环氧树脂时，搅拌器的转速为200r/min，搅拌时间为30min。
步骤4，稀释聚氨酯乳液：
称取2.0～6.0份聚氨酯乳液并加入5份去离子水稀释，得到聚氨酯乳液稀释液。稀释所述聚氨酯乳液时，搅拌器的转速为200r/min，搅拌时间为10min。
步骤5，稀释表面处理剂：
称取0.2～0.8份表面处理剂并加入5份的去离子水稀释，得到表面处理剂稀释液。稀释所述表面处理剂时，搅拌器的转速为200r/min的转速下，搅拌时间为5min。
步骤6，稀释液混合
将得到的环氧树脂稀释液、聚氨酯乳液稀释液和表面处理剂稀释液按顺序加入第三配置容器中；向该第三配置容器中加入9.35～14.7份去离子水搅拌稀释。所述搅拌稀释时，搅拌器的转速为200r/min，搅拌时间为30min。
步骤7，制备高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料：
将得到的硅烷型偶联剂的水解液和聚酰亚胺硅烷偶联剂水解液按顺序加入所述第三配置容器中，搅拌器以200r/min的转速继续搅拌30min，得到高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料。
本发明能够提高酸沥滤和热烧结处理后的高硅氧玻璃纤维连续纱的耐磨性能，并赋予高硅氧玻璃纤维纱优异的力学性能，以提高高硅氧玻璃纤维连续纱的拉伸强力。
使用本发明对所制备的复合材料采用硅烷偶联剂将酸沥滤和热烧结处理后的高硅氧玻璃纤维连续纱表面成膜不均匀处进行了修补，然后根据高硅氧玻璃纤维在高温处理后发脆且耐磨损性差的特点，选择了聚醚型表面处理剂和水性环氧树脂、聚酯改性聚氨酯乳液来赋予高硅氧玻璃纤维柔软耐磨的特性，并在配方中增加了聚酰亚胺偶联剂的使用，赋予高硅氧玻璃纤维纱优异的力学性能，涂覆本发明复合材料的高硅氧玻璃纤维连续纱的拉伸断裂强力是涂覆前高硅氧玻璃纤维连续纱拉伸强力的3.7倍以上。具体测试数值如下表：
BCT8-440高硅氧连续纱的拉伸断裂强力
具体实施方式
本发明为一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料，该涂覆复合材料由0.1～0.5质量份PH调节剂、6.0～10.0质量份环氧树脂、2.0～6.0质量份聚氨酯乳液、0.5～1.0质量份硅烷型偶联剂、0.1～0.5质量份聚酰亚胺硅烷、0.2～0.8质量份表面处理剂和84.35～89.7质量份去离子水。
所述PH调节剂为冰醋酸。
所述环氧树脂为阳离子型水溶性环氧树脂。该阳离子型水溶性环氧树脂的固含量为30％～40％，粘度为200mPa.s～400mPa.s。
所述聚氨酯乳液为聚酯改性聚氨酯乳液。该聚酯改性聚氨酯乳液的固含量为38％～42％，PH值为5～7。
所述硅烷型偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂，固含量为≥98％。
所述聚酰亚胺硅烷为聚酰亚胺硅烷偶联剂，比重为≤0.98g/cm3。
所述表面处理剂为聚醚型表面处理剂。该聚醚型表面处理剂的固含量为30％-40％
表1本发明中各实施例的组份
表2本发明中各实施例中的环氧树脂的指标参数
所述环氧树脂为阳离子型水性环氧树脂；所述阳离子型水性环氧树脂的固含量为30％～40％，粘度为200mPa.s～400mPa.s。
表3本发明中各实施例中的聚酯改性聚氨酯乳液的指标参数
所述聚氨酯乳液为聚酯改性聚氨酯乳液；该聚酯改性聚氨酯乳液的固含量是38％--42％，PH值为5--7。
表4本发明中各实施例中的表面处理剂的指标参数
表5各实施例中聚酰亚胺硅烷偶联剂的指标参数
本发明还提出了一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料的配制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，硅烷偶联剂的水解：
以质量份数计，在第一配置容器中加入20份的去离子水，开启搅拌器；搅拌器的转速为200r/min。称取0.1～0.5份PH调节剂加入到配置容器中，搅拌1分钟用PH试纸测试该去离水的PH值为4～5即可。称量0.5～1.0份硅烷型偶联剂，以5滴/秒的流速将硅烷型偶联剂缓慢加入配置容器中进行硅烷偶联剂的水解，搅拌时间为2小时，得到硅烷型偶联剂的水解液。
步骤2，聚酰亚胺硅烷偶联剂的水解
在第二配置容器中加入30份的去离子水，开启搅拌器；搅拌器速度为200r/min。称取0.1-0.5份PH调节剂加入到配置容器中，搅拌1分钟用PH试纸测试水的PH值为4--5即可。称量0.1～0.5份聚酰亚胺硅烷偶联剂，以2滴/秒的流速将聚酰亚胺硅烷偶联剂加入搅拌罐中进行聚酰亚胺硅烷偶联剂的水解，搅拌时间为1小时，得到聚酰亚胺硅烷偶联剂水解液。
步骤3，稀释阳离子型水溶性环氧树脂
以质量份数计，将6.0～10.0份环氧树脂用15份去离子水稀释，在200r/min的转速下，稀释搅拌30min，得到阳离子型水溶性环氧树脂稀释液。
步骤4，稀释聚氨酯乳液
将2.0～6.0份聚氨酯乳液用5份去离子水稀释，在200r/min的转速下，稀释搅拌10min，得到聚氨酯乳液稀释液。
步骤5，稀释表面处理剂
将0.2～0.8份表面处理剂用5份的去离子水在200r/min的转速下，稀释搅拌5min，得到表面处理剂稀释液。
步骤6，稀释液混合
将得到的环氧树脂稀释液、聚氨酯乳液稀释液和表面处理剂稀释液按顺序加入第三配置容器中，再加入9.35～14.7份去离子水。在200r/min的转速下继续搅拌30分钟。
表6各实施例中去离子水的用量数
步骤7，制备高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料
将得到的硅烷型偶联剂的水解液和聚酰亚胺硅烷偶联剂水解液按顺序加入所述第三配置容器中，以200r/min的转速继续搅拌30分钟，即得到高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料。
本发明对采用各所述实施例生产的BCT8-440S120高硅氧连续纱的拉伸断裂强力进行测试。测试结果见表7如下：
表7 BCT8-440S120高硅氧连续纱的拉伸断裂强力
本发明方法制备的复合材料能够提高酸沥滤和热烧结处理后的高硅氧玻璃纤维连续纱的耐磨性能，并赋予高硅氧玻璃纤维纱优异的力学性能，涂覆本发明复合材料的高硅氧玻璃纤维连续纱的拉伸强力是涂覆前高硅氧玻璃纤维连续纱拉伸强力的3.7倍以上。

Claims (2)

1.一种高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料，其特征在于，由0.1～0.5质量份PH调节剂、6.0～10.0质量份环氧树脂、2.0～6.0质量份聚氨酯乳液、0.5～1.0质量份硅烷型偶联剂、0.1～0.5质量份聚酰亚胺硅烷、0.2～0.8质量份表面处理剂和84.35～89.7质量份去离子水组成；其中：所述PH调节剂为冰醋酸；所述环氧树脂为阳离子型水溶性环氧树脂；所述聚氨酯乳液为聚酯改性聚氨酯乳液；所述硅烷型偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂；所述聚酰亚胺硅烷为聚酰亚胺硅烷偶联剂；所述表面处理剂为聚醚型表面处理剂；
所述环氧树脂为阳离子型水溶性环氧树脂，固含量为30％～40％，粘度为200mPa.s～400mPa.s；
所述聚氨酯乳液为聚酯改性聚氨酯乳液的固含量为38％～42％，PH值为5～7；
所述硅烷型偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂的固含量为≥98％；
所述聚酰亚胺硅烷为聚酰亚胺硅烷偶联剂的比重为≤0.98g/cm3；
所述聚醚型表面处理剂的固含量为30％-40％。
2.一种制备权利要求1所述高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，硅烷偶联剂的水解：
称取20份的去离子水并加入第一配置容器中；开启搅拌器，并使该搅拌器的转速为200r/min；称取0.1～0.5份PH调节剂加入到所述去离子水中，搅拌1分钟后用PH试纸测试该去离子水的PH值为4～5；
称量0.5～1.0份硅烷型偶联剂，以5滴/秒的流速将硅烷型偶联剂缓慢加入配置容器中进行硅烷偶联剂的水解，搅拌时间为2小时，得到硅烷型偶联剂的水解液；
步骤2，聚酰亚胺硅烷偶联剂的水解：
称取30份的去离子水并加入第二配置容器中；开启搅拌器，并使该搅拌器的转速为200r/min；称取0.1-0.5份PH调节剂加入到配置容器中，搅拌1分钟后用PH试纸测试水的PH值为4--5；
称量0.1～0.5份聚酰亚胺硅烷偶联剂，以2滴/秒的流速将聚酰亚胺硅烷偶联剂加入搅拌罐中进行聚酰亚胺硅烷偶联剂的水解，搅拌时间为1小时，得到聚酰亚胺硅烷偶联剂水解液；
步骤3，稀释阳离子型水溶性环氧树脂：
称取6.0～10.0份环氧树脂并加入15份去离子水稀释，得到阳离子型水溶性环氧树脂稀释液；稀释所述环氧树脂时，搅拌器的转速为200r/min，搅拌时间为30min；
步骤4，稀释聚氨酯乳液：
称取2.0～6.0份聚氨酯乳液并加入5份去离子水稀释，得到聚氨酯乳液稀释液；稀释所述聚氨酯乳液时，搅拌器的转速为200r/min，搅拌时间为10min；
步骤5，稀释表面处理剂：
称取0.2～0.8份表面处理剂并加入5份的去离子水稀释，得到表面处理剂稀释液；稀释所述表面处理剂时，搅拌器的转速为200r/min的转速下，搅拌时间为5min；
步骤6，稀释液混合
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步骤7，制备高硅氧玻璃纤维连续纱涂覆复合材料：
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