CN114735949B - 一种耐温纤维浸润剂及其制备方法和改性玄武岩纤维及其制备方法 - Google Patents

一种耐温纤维浸润剂及其制备方法和改性玄武岩纤维及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐温纤维浸润剂及其制备方法和改性玄武岩纤维及其制备方法，属于功能材料技术领域。本发明提供的耐温纤维浸润剂包括以下重量份数的组分：有机硅树脂乳液5～30份，硅油5～10份，pH调节剂1～7份，耐温填料0.5～2份，抗静电剂0.1～1份和稀释剂60～90份。实验结果表明，采用本发明提供的耐温纤维浸润剂制备的改性玄武岩纤维直径为9微米，测试得到的单纤维自然最小圈径4.85～5.26mm，拉伸强力为0.32～0.35N/tex；耐温纤维浸润剂的高温失重(500℃，3小时)率为21.25～23.88％。

Description

一种耐温纤维浸润剂及其制备方法和改性玄武岩纤维及其制 备方法
技术领域
本发明涉及功能材料技术领域，尤其涉及一种耐温纤维浸润剂及其制备方法和改性玄武岩纤维及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维是一种新型的无机纤维，具有高强度、耐高温、耐腐蚀等一系列的优点，但是无机材料与传统的有机纤维相比具有脆性大、生产和使用过程中易于受损的不足。因此，玄武岩纤维通常需要通过浸润剂涂层技术的实施以达到改善玄武岩纤维集束性、耐磨性、耐温性能以及对纤维起到柔化的作用。而浸润剂配方技术一直是玄武岩纤维制造业的核心技术之一，浸润剂配方直接影响最终产品的使用性能。
目前，采用传统的纺织型浸润剂以及增强纺织型浸润剂生产的玄武岩纤维柔性性差，导致成型密度和压制道数较低，纤维毡的密实度和孔隙率较高，会降低玄武岩纤维毡的隔热性能，且纤维毡的力学性能由于玄武岩纤维的脆断而大幅下降。此外，传统的浸润剂耐温性能也较差，在高温条件下，容易分解、碳化和剥落，导致纤维表面失去防护层，从而导致织物纤维之间易磨损断裂，防护材料脆化严重。
因此，亟需提供一种耐温纤维浸润剂，使其具有较高的耐温性，并且可以有效提高玄武岩纤维柔韧性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐温纤维浸润剂及其制备方法和改性玄武岩纤维及其制备方法，本发明提供的耐温纤维浸润剂具有较高的耐温性，即在较高的温度下不易分解、碳化和剥落，同时能够使浸润后的玄武岩纤维具有较高的柔韧性。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种耐温纤维浸润剂，包括以下重量份数的组分：有机硅树脂乳液5～30份，硅油5～10份，pH调节剂1～7份，耐温填料0.5～2份，抗静电剂0.1～1份和稀释剂60～90份。
优选地，所述耐温纤维浸润剂包括以下重量份数的组分：有机硅树脂乳液10～25份，硅油6～9份，pH调节剂2～6份，耐温填料1～1.5份，抗静电剂0.2～0.4份和稀释剂65～85份。
优选地，所述有机硅树脂乳液包括包括甲基苯基有机硅树脂乳液或丙烯酸改性的甲基苯基有机硅树脂乳液。
优选地，所述pH调节剂为盐酸和氯化铵的混合溶液。
优选地，所述耐温填料包括纳米二氧化硅和纳米氧化钙中的一种或两种。
优选地，所述抗静电剂包括LiCl或NH4Cl。
优选地，所述稀释剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯或改性磷酸酯。
本发明还提供了上述技术方案所述的耐温纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合，得到成膜剂乳液；
(2)将抗静电剂与部分稀释剂混合，得到抗静电溶液；
(3)将所述步骤(1)得到的成膜剂乳液、所述步骤(2)得到的抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合，然后加入pH调节剂，得到耐温纤维浸润剂；
所述步骤(1)和步骤(2)的顺序不分先后。
本发明还提供了一种改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：将玄武岩纤维在耐温纤维浸润剂中浸渍，干燥后得到改性玄武岩纤维；所述耐温纤维浸润剂为上述技术方案所述的耐温纤维浸润剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的耐温纤维浸润剂。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性玄武岩纤维。
本发明提供了一种耐温纤维浸润剂，包括以下重量份数的组分：有机硅树脂乳液5～30份，硅油5～10份，pH调节剂1～7份，耐温填料0.5～2份，抗静电剂0.1～0.5份和稀释剂60～90份。本发明使用的有机硅树脂乳液中的有机硅树脂为柔性树脂，通过将其作为主要成膜成分，能够使玄武岩纤维获得优良的柔韧性，而且其成膜后附着力强，在高温条件下，有机硅树脂可以降解，形成SiO2，并可以与耐温填料形成陶瓷化防护层，具有隔热耐火功能，从而使玄武岩纤维获得优良耐热性；本发明通过添加硅油可以使其作为润滑剂，能够提高耐温浸润剂在玄武岩表面的浸润效果，从而使耐温浸润剂有效附着在玄武岩纤维表面，进而有效对其实现改性。实验结果表明，采用本发明提供的耐温纤维浸润剂制备的改性玄武岩纤维直径和拉伸强力根据GB/T7690.5-2001和GB/T 7690.3-2001测试，改性玄武岩纤维直径为9微米，测试得到的单纤维自然最小圈径4.85～5.26mm，拉伸强力为0.32～0.35N/tex；耐温纤维浸润剂高温失重(500℃，3小时)率为21.25～23.88％。
具体实施方式
本发明提供了一种耐温纤维浸润剂，包括以下重量份数的组分：有机硅树脂乳液5～30份，硅油5～10份，pH调节剂1～7份，耐温填料0.5～2份，抗静电剂0.1～0.5份和稀释剂60～90份。
按重量份数计，本发明提供的耐温纤维浸润剂包括有机硅树脂乳液5～30份，优选为10～25份，更优选为12～20份。本发明通过控制有机硅树脂乳液的重量份数在上述范围内，更有利于耐温浸润剂在玄武岩纤维表面附着并获得优良的柔韧性和耐热性。
在本发明中，所述有机硅树脂乳液优选包括甲基苯基有机硅树脂乳液或丙烯酸改性的甲基苯基有机硅树脂乳液，更优选为MP50E或SH-9606。本发明通过选择上述种类的有机硅树脂乳液，其中有机硅树脂为柔性树脂，通过将其作为主要成膜成分，能够使玄武岩纤维获得优良的柔韧性，而且其成膜后附着力强，在高温条件下，有机硅树脂可以降解，形成SiO2，并可以与耐温填料形成陶瓷化防护层，具有隔热耐火功能，从而使玄武岩纤维获得优良耐热性。
按有机硅树脂乳液的重量份数为5～30份计，本发明提供的耐温纤维浸润剂包括硅油5～10份，优选为6～9份，更优选为7～8份。在本发明中，所述硅油优选为四甲基四乙烯基环四硅氧烷或甲基乙烯基环硅氧烷。本发明通过控制硅油的重量份数并选择上述种类的硅油，可以有效润滑玄武岩纤维的表面，能够提高耐温浸润剂在玄武岩表面的浸润效果，从而使耐温浸润剂有效附着在玄武岩纤维表面，进而有效对玄武岩纤维实现改性。
按有机硅树脂乳液的重量份数为5～30份计，本发明提供的耐温纤维浸润剂包括pH调节剂1～7份，优选为2～6份，更优选为3～5份。本发明通过控制pH调节剂的重量份数在上述范围内，更有利于耐温纤维浸润剂有效附着在玄武岩纤维表面形成牢固的膜层。
在本发明中，所述pH调节剂优选为盐酸和氯化铵的混合溶液。
按有机硅树脂乳液的重量份数为5～30份计，本发明提供的耐温纤维浸润剂包括耐温填料0.5～2份，优选为1～1.5份，更优选为1.1～1.4份。本发明通过控制耐温填料的重量份数在上述范围内，更有利于配合有机硅树脂乳液在高温条件下形成陶瓷膜层，从而使玄武岩纤维获得较高的耐热性能。
在本发明中，所述耐温填料优选包括纳米二氧化硅和纳米氧化钙中的一种或两种。本发明通过选择上述种类的耐温填料能够在遇高温后与分解的有机硅树脂乳液形成具有优良耐热性的陶瓷膜层。
按有机硅树脂乳液的重量份数为5～30份计，本发明提供的耐温纤维浸润剂包括抗静电剂0.1～1份，优选为0.2～0.4份，更优选为0.3份。本发明通过控制抗静电剂的重量份数在上述范围内，能够降低玄武岩纤维之间由于静电吸附导致的团聚问题，更有利于使玄武岩更分散的浸渍在耐温纤维浸润剂中。
在本发明中，所述抗静电剂优选包括LiCl或NH4Cl。
按有机硅树脂乳液的重量份数为5～30份计，本发明提供的耐温纤维浸润剂包括稀释剂60～90份，优选为65～85份，更优选为70～80份。本发明通过控制稀释剂的重量份数在上述范围内，更有利于耐温纤维浸润剂的各组分均匀分散并混合成均匀体系，从而在玄武岩纤维表面具有更好的成膜性能。
在本发明中，所述稀释剂优选包括乙酸乙酯、乙酸丁酯或改性磷酸酯。
本发明提供的耐温纤维浸润剂在玄武岩纤维表面具有优良的成膜性能，能够使玄武岩纤维获得优良的耐热性和柔韧性。
本发明还提供了上述技术方案所述的耐温纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合，得到成膜剂乳液；
(2)将抗静电剂与部分稀释剂混合，得到抗静电溶液；
(3)将所述步骤(1)得到的成膜剂乳液、所述步骤(2)得到的抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合，然后加入pH调节剂，得到耐温纤维浸润剂；
所述步骤(1)和步骤(2)的顺序不分先后。
本发明将有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合，得到成膜剂乳液。
在本发明中，所述与有机硅树脂乳液和硅油混合的部分稀释剂的重量份数优选为30～50份。
在本发明中，所述有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂的混合的温度优选为45～55℃，更优选为50℃；所述混合的时间优选为25～30min，更优选为30min。
本发明对所述有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂的混合的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的混合方式将各组分混合均匀即可。在本发明中，所述有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合的方式优选为搅拌。
本发明将抗静电剂与部分稀释剂混合，得到抗静电溶液。
在本发明中，所述与抗静电剂混合的部分稀释剂的重量份数优选为5～10份。
在本发明中，所述抗静电剂与部分稀释剂混合的操作优选为电磁搅拌；所述电磁搅拌的转速优选为250～350r/min，更优选为300r/min；所述电磁搅拌的时间优选为8～12min，更优选为10min；所述电磁搅拌的温度优选为室温。
在本发明中，所述得到成膜剂乳液的步骤和得到抗静电溶液的步骤不分先后。
得到成膜乳液和抗静电溶液后，本发明将所述成膜剂乳液和抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合，然后加入pH调节剂，得到耐温纤维浸润剂。
在本发明中，所述剩余稀释剂的重量份数优选为25～35份。
在本发明中，所述成膜剂乳液和抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合的温度优选为90～110℃，更优选为100℃；所述混合的时间优选为25～35min；所述混合的方式优选为搅拌；所述搅拌的转速优选为550～650r/min，更优选为600r/min。
在本发明中，所述加入pH调节剂前优选将所述成膜剂乳液、抗静电溶液、耐温填料和剩余稀释剂混合得到的混合液冷却至室温。本发明通过在室温下加入pH调节剂能够避免其在高温下挥发或分解。
本发明提供的制备方法制备得到的耐温纤维浸润剂的体系均匀，成膜性良好，能够使玄武岩纤维获得优良耐热性和柔韧性，且制备方法简单，参数易控。
本发明还提供了一种改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：将玄武岩纤维在耐温纤维浸润剂中浸渍，干燥后得到改性玄武岩纤维；所述耐温纤维浸润剂为上述技术方案所述的耐温纤维浸润剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的耐温纤维浸润剂。
在本发明中，所述浸渍的温度优选为45～55℃，更优选为50℃；所述浸渍的时间优选为25～35min，更优选为30min。
在本发明中，所述干燥的温度优选为85～95℃，更优选为90℃；所述干燥的时间优选为1.5～2.5h，更优选为2h。
在本发明中，所述耐温纤维浸润剂的质量优选为改性玄武岩纤维质量的0.4～1％，更优选为0.5～0.8％，最优选为0.5％。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制备得到的改性玄武岩纤维。
本发明提供的改性玄武岩纤维的制备方法简单易行，且制备得到的改性玄武岩纤维具有优良的耐热性和柔韧性。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
本实施例提供的一种耐温纤维浸润剂，由以下重量份数的组分组成：有机硅树脂乳液25份(甲基苯基有机硅树脂乳液，选自MP50E)，硅油5份(四甲基四乙烯基环四硅氧烷)，pH调节剂2份(盐酸和氯化氨的混合溶液)，耐温填料2份(纳米SiO2和纳米CaO，质量比为1：1)，抗静电剂1份(NH4Cl)和稀释剂65份(乙酸乙酯)。
上述耐温纤维浸润剂的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合，得到成膜剂乳液；其中，部分稀释剂重量份数为25份，混合的操作为搅拌，混合的温度为50℃，混合的时间为30min；
(2)将抗静电剂与部分稀释剂混合，得到抗静电溶液；其中，部分稀释剂重量份数为20份，混合的操作为电磁搅拌，电磁搅拌的转速为300r/min，电磁搅拌的时间为10min；
(3)将所述步骤(1)得到的成膜剂乳液、所述步骤(2)得到的抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合，然后加入pH调节剂，得到耐温纤维浸润剂；其中，剩余稀释剂的重量份数为25份，混合的温度为100℃，混合的时间为30min；所述混合的方式为搅拌，搅拌的转速为600r/min；
所述步骤(1)和步骤(2)的顺序不分先后。
应用例1
本应用例提供的一种改性玄武岩纤维的制备方法，由如下步骤组成：将玄武岩纤维在实施例1提供的耐温纤维浸润剂中浸渍，干燥后得到改性玄武岩纤维；其中，浸渍的温度为50℃，浸渍的时间为30min，干燥的温度为90℃，干燥的时间为2h，得到的改性玄武岩纤维中的耐温浸润剂层的质量为改性玄武岩纤维质量的0.5％。
实施例2
本实施例提供的一种耐温纤维浸润剂，由以下重量份数的组分组成：有机硅树脂乳液20份(丙烯酸改性的甲基苯基有机硅树脂，选自SH-9606)，硅油5份(甲基乙烯基环硅氧烷)，pH调节剂1份(盐酸和氯化氨的混合溶液)，耐温填料1.5份(纳米SiO2)，抗静电剂1份(NH4Cl)和稀释剂71.5份(乙酸乙酯)。
上述耐温纤维浸润剂的制备方法，由以下步骤组成：
(1)将有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合，得到成膜剂乳液；其中，部分稀释剂重量份数为20份，混合的操作为搅拌，混合的温度为50℃，混合的时间为30min；
(2)将抗静电剂与部分稀释剂混合，得到抗静电溶液；其中，部分稀释剂重量份数为20份，混合的操作为电磁搅拌，电磁搅拌的转速为300r/min，电磁搅拌的时间为10min；
(3)将所述步骤(1)得到的成膜剂乳液、所述步骤(2)得到的抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合，然后加入pH调节剂，得到耐温纤维浸润剂；其中，剩余稀释剂的重量份数为31.5份，混合的温度为100℃，混合的时间为30min；所述混合的方式为搅拌，搅拌的转速为600r/min；
所述步骤(1)和步骤(2)的顺序不分先后。
应用例2
本应用例提供的一种改性玄武岩纤维的制备方法，由如下步骤组成：将玄武岩纤维在实施例2提供的耐温纤维浸润剂中浸渍，干燥后得到改性玄武岩纤维；其中，浸渍的温度为50℃，浸渍的时间为30min，干燥的温度为90℃，干燥的时间为2h，得到的改性玄武岩纤维中的耐温浸润剂层的质量为改性玄武岩纤维质量的0.5％。
对比例1
本对比例提供的是一种传统淀粉浸润剂，具体组成为：淀粉、氢化植物油润滑增塑剂、咪唑化合物阳离子润滑剂、辅助成膜剂、乳化剂和水。
对比应用例1
采用对比例1提供的淀粉浸润剂对玄武岩纤维进行浸润，得到改性玄武岩纤维(注：所述应用例1～2与对比应用例1使用的玄武岩纤维为同种类型和相同直径的玄武岩纤维)。
测试例
将上述应用例1～2和对比应用例1得到的改性玄武岩纤维进行性能测试实验，记录实验结果，测试方法如下以及测试数据如表1所示：
测试方法：
1)改性玄武岩纤维的直径和拉伸强力根据GB/T 7690.5-2001和GB/T 7690.3-2001标准测试方法进行测试；
2)高温失重测试：分别取应用例1～2和对比应用例1得到的改性玄武岩纤维各200g，并分别用丙酮浸泡两天，以清洗去除改性玄武岩纤维表面的纤维浸润剂，浸泡完成后取出并烘干，然后称取去除浸润剂的改性玄武岩纤维的剩余重量，记为m1；
同样，分别取应用例1～2和对比应用例1得到的改性玄武岩纤维各200g，分别置于马弗炉内，500℃条件下，保温3小时，测量剩余改性玄武岩纤维的重量，记为m2；最终，改性玄武岩在高温下的耐温纤维浸润剂失重率采用式①所示的公式进行计算：
高温失重率＝(m2-200)/(m1-200)×100％式①；
3)柔韧性测试：采用单纤维自然最小圈径测量方法，取单根纤维长度约40mm，用镊子夹取纤维两头，弯曲成圈，测量纤维破断时最小圈径，以此作为评估纤维柔韧性的参数。
表1采用1)～3)测试方法测试应用例1～2和对比应用例1的改性玄武岩纤维的性能测试结果
由表1可知，改性玄武岩纤维直径为9微米，测试得到的单纤维自然最小圈径4.85～5.26mm，拉伸强力为0.32～0.35N/tex；高温失重(500℃，3小时)率为21.25～23.88％，而对比应用例1采用传统淀粉纤维浸润剂浸渍得到的改性玄武岩纤维的高温失重(500℃，3小时)率为37.46％，单纤维弯曲成圈断裂时最小圈径为6.57mm。可以看出，本发明提供的耐温纤维浸润剂相比于传统浸润剂具有更好的耐温效果和柔韧性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种应用于玄武岩纤维改性的耐温纤维浸润剂，由以下重量份数的组分组成：有机硅树脂乳液5～30份，硅油5～10份，pH调节剂1～7份，耐温填料0.5～2份，抗静电剂0.1～1份和稀释剂60～90份；所述有机硅树脂乳液包括甲基苯基有机硅树脂乳液或丙烯酸改性的甲基苯基有机硅树脂乳液；所述耐温填料包括纳米二氧化硅和纳米氧化钙中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的耐温纤维浸润剂，其特征在于，所述耐温纤维浸润剂由以下重量份数的组分组成：有机硅树脂乳液10～25份，硅油6～9份，pH调节剂2～6份，耐温填料1～1.5份，抗静电剂0.2～0.4份和稀释剂65～85份。
3.根据权利要求1或2所述的耐温纤维浸润剂，其特征在于，所述pH调节剂为盐酸和氯化铵的混合溶液。
4.根据权利要求1或2所述的耐温纤维浸润剂，其特征在于，所述抗静电剂包括LiCl或NH4Cl。
5.根据权利要求1或2所述的耐温纤维浸润剂，其特征在于，所述稀释剂包括乙酸乙酯、乙酸丁酯或改性磷酸酯。
6.一种如权利要求1～5任一项所述的耐温纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将有机硅树脂乳液、硅油和部分稀释剂混合，得到成膜剂乳液；
(2)将抗静电剂与部分稀释剂混合，得到抗静电溶液；
(3)将所述步骤(1)得到的成膜剂乳液、所述步骤(2)得到的抗静电溶液与耐温填料和剩余稀释剂混合，然后加入pH调节剂，得到耐温纤维浸润剂；
所述步骤(1)和步骤(2)的顺序不分先后。
7.一种改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：将玄武岩纤维在耐温纤维浸润剂中浸渍，干燥后得到改性玄武岩纤维；所述耐温纤维浸润剂为权利要求1～5任一项所述的耐温纤维浸润剂或权利要求6所述的制备方法制备得到的耐温纤维浸润剂。
8.一种如权利要求7所述的制备方法制备得到的改性玄武岩纤维。
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