CN114853365A - 一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法、玻璃纤维产品和应用 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种玻璃纤维浸润剂，包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示为：硅烷偶联剂6％～26％、成膜剂45％～78％、润滑剂5％～15％、表面活性剂1％～6％、流平剂1％～5％、界面增强剂1％～6％、润湿剂1％～5％、消泡剂1％～5％、pH值调节剂1％～7％；由该浸润剂生产的玻纤纱线集束性好、经一定张力后柔软且分散性好；在环氧树脂中浸透速度快、浸透效果完全；玻纤与树脂的界面相容性好，适用于编织工艺，尤其适用于生产大克重风力叶片织物，该织物与环氧树脂真空灌注而成的复合材料静态力学以及疲劳性能好。

Description

一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法、玻璃纤维产品和应用
技术领域
本申请涉及玻璃纤维浸润剂技术领域，尤其涉及一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法、玻璃纤维产品和应用。
背景技术
风电进入平价阶段后，市场竞争越发激烈，各整机商以及叶片生产商都在通过各方面降低成本、提升效率以维持行业健康稳定的发展。风力叶片主流的降本措施主要有两种途径，第一就是降低原材料成本，包括树脂、玻纤以及芯材等，第二就是提高整体的生产效率以摊薄单位生产成本。
在这种背景下，一些处于行业研究前沿的整机商提出了一个综合的解决方案——大克重织物，使用大克重织物有两点优势：(1)提升铺设效率，相同厚度主梁可以少1/3-1/2，极大地缩短了铺设时间，减少了人工和模具占用成本；(2)玻纤含量显著提升，有效降低树脂用量，大克重织物纤维之间排布更加密实，灌注后的树脂使用量可以降低2-3％。
大克重织物虽然有非常明显的成本和效率优势，但是也有着非常高的技术要求，这些要求主要是针对玻璃纤维浸润剂的。首先，大克重织物的纤维排布更加密实，铺设完成后，树脂的灌注速度就会受到影响，灌注流道变少，就会出现灌注时间更久甚至灌不透等问题，这就要求玻璃纤维浸润剂与环氧树脂有更好的相容性，提升整体的灌注速度，不影响整体的灌注时间，并确保主梁能够完全浸透；第二，大克重织物灌注后的玻纤含量提升，会直接影响主梁的疲劳性能，一般而言，在一定范围内，玻纤含量越高，疲劳性能越差，这就要求玻璃纤维浸润剂重新设计，以保证叶片的疲劳性能。
目前市场上还没有针对于玻璃纤维大克重织物的专用浸润剂，下游客户都迫切希望能够推出大克重风电织物的专门解决方案以满足行业发展的需求。因而，设计一款能够适合于大克重风电织物用的玻璃纤维对于整个风电行业的发展具有明显的提升和促进作用，同时，对于新型复合材料前沿领域的研究有着深远的影响和明显的意义。
发明内容
本申请的目的是提供一种玻璃纤维浸润剂，由其涂覆生产的玻璃纤维纱线集束性好，经一定张力后柔软且分散性好；在环氧树脂中浸透速度快、浸透效果完全；玻纤与树脂的界面相容性好；适用编织工艺，尤其适用于生产大克重风力叶片织物，由该织物与环氧树脂真空灌注而成的复合材料静态力学及疲劳性能好。
根据本申请的一个方面，提供了一种玻璃纤维浸润剂，所述浸润剂含有有效组分和水；所述浸润剂的固含量为4.0～6.0％。所述有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；所述浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000021
进一步的，所述浸润剂中各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000031
进一步的，所述浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000032
进一步的，所述硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，所述第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，所述第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
进一步的，所述第一硅烷偶联剂和所述第二硅烷偶联剂的质量比C1为1:5～1:3。
进一步的，所述成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，所述第一成膜剂为双酚A型环氧树脂，所述第二成膜剂为聚氨酯树脂。
进一步的，所述第一成膜剂与所述第二成膜剂的质量比C2为1:1～2:1。
进一步的，所述第一成膜剂为分子量2000～3000的双酚A型环氧树脂。
进一步的，所述第二成膜剂为分子量200～400的聚氨酯树脂。
优选的，所述第一成膜剂为分子量2300～2700的双酚A型环氧树脂。
优选的，所述第二成膜剂为分子量250～350的聚氨酯树脂。
进一步的，所述润滑剂为聚乙烯亚胺类润滑剂或/和脂肪酰胺及其衍生物。
进一步的，所述表面活性剂为吡咯烷酮及其衍生物或/和吡啶盐及其衍生物。
进一步的，所述消泡剂为有机硅酮复合物或/和聚醚类消泡剂。
进一步的，所述流平剂为改性的聚丙烯酸酯或/和改性有机硅氧烷。
进一步的，所述界面增强剂为二氧化硅纳米粒子或/和氧化铝纳米粒子。
进一步的，所述润湿剂为炔二醇类润湿剂或/和改性聚氧乙烯衍生物。
进一步的，所述pH值调节剂为冰醋酸或/和柠檬酸。
进一步的，所述浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体，总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000051
其中，所述硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，所述第一硅烷偶联剂选用氨基硅烷偶联剂，所述第二硅烷偶联剂选用环氧基硅烷偶联剂；所述成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，所述第一成膜剂选用双酚A型环氧树脂，所述第二成膜剂选用聚氨酯树脂；所述润滑剂选用聚乙烯亚胺类润滑剂或/和脂肪酰胺及其衍生物；所述表面活性剂选用吡咯烷酮及其衍生物或/和吡啶盐及其衍生物；所述流平剂选用改性的聚丙烯酸酯或/和改性有机硅氧烷；所述界面增强剂选用二氧化硅纳米粒子或/和氧化铝纳米粒子；所述润湿剂选用炔二醇类润湿剂或/和改性聚氧乙烯衍生物；所述消泡剂选用有机硅酮复合物或/和聚醚类消泡剂；所述pH值调节剂选用柠檬酸或/和冰醋酸。
进一步的，本申请浸润剂中水为去离子水。本申请浸润剂中水的作用是各组分的分散相。
根据本申请的第二个方面，提供前述玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括如下步骤：
预分散硅烷偶联剂：在容器中加入浸润剂总质量30％～45％的水，随后依次加入pH值调节剂和硅烷偶联剂，对硅烷偶联剂进行预分散，搅拌至溶液澄清，得到硅烷偶联剂预分散液；
成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂的稀释：将成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂分别用水进行稀释；
将稀释后的成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂溶液加入到硅烷偶联剂预分散液中，然后补足余量的水，搅拌均匀即可。
进一步的，所述成膜剂采用3～4倍其质量的水进行稀释；所述界面增强剂采用5～8倍其质量的水进行分散；所述消泡剂采用3～5倍其质量的水进行稀释。
进一步的，所述润滑剂采用温度为45～60℃的，5～6倍其质量的温水进行稀释；所述表面活性剂采用温度为45～60℃的，4～6倍其质量的温水进行稀释；所述界面增强剂采用温度为45～60℃的，4～6倍其质量的温水进行稀释；所述润湿剂剂采用温度为45～60℃的，5～6倍其质量的温水进行稀释。
其中，硅烷偶联剂的预分散以及成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂的稀释没有先后顺序，可以先预分散硅烷偶联剂，也可以先稀释成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂，也可以同时进行。
根据本申请的第三个方面，提供由前述玻璃纤维浸润剂涂覆生产的玻璃纤维产品。
根据本申请的第四个方面，提供前述玻璃纤维浸润剂涂覆生产的玻璃纤维产品在环氧基复合材料中的应用。
根据本申请的第五个方面，提供前述环氧基复合材料在风电领域的应用。
采用本申请的浸润剂生产的玻璃纤维纱线集束性好，经一定张力后柔软且分散性好，在环氧树脂中浸透速度非常快，浸透效果完全，玻璃纤维与树脂的界面相容性好；适用编织工艺，尤其适用于生产大克重风力叶片织物，该织物与环氧树脂真空灌注而成的复合材料静态力学及疲劳性能好。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的实施例，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。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。
本申请一些实施例提供的玻璃纤维浸润剂，包含有效组分和水，有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；其中，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂6％～26％、成膜剂45％～78％、润滑剂5％～15％、表面活性剂1％～6％、流平剂1％～5％、界面增强剂1％～6％、润湿剂1％～5％、消泡剂1％～5％、pH值调节剂1％～7％。
硅烷偶联剂是浸润剂体系中反应活性最强的原料之一，其水解后形成的硅羟基活性高，可与玻璃纤维表面的硅羟基反应，形成Si-O-Si键。在玻璃纤维浸润剂体系中，偶联剂主要起两方面作用：(1)在玻璃纤维拉丝成型过程中，由于牵引速度很快，玻璃纤维从液态快速转变成固态过程中会形成表面微裂纹，硅烷偶联剂的硅羟基能通过与玻璃纤维表面的硅羟基反应，很好地弥补这些微裂纹，保证玻璃纤维的正常拉丝过程；(2)玻璃纤维与树脂之间的“桥梁”作用，硅烷偶联剂的R基团能够与基体树脂上的官能团反应，而硅羟基能与玻璃纤维上的硅羟基结合，因而它是决定玻璃钢制品强度的关键因素之一。选择合适的硅烷偶联剂，不仅能提高玻璃纤维本身性能以及后续所制备的玻璃钢产品的力学性能，还可以降低玻璃纤维的生产成本。在玻璃纤维浸润剂调配时，硅烷偶联剂的用量需控制在一定的范围内，硅烷偶联剂用量过少，会因为活性基团不够而影响玻璃纤维拉丝过程以及复合材料的性能；用量过多，部分硅烷偶联剂会浪费，增加成本。在一些实施例中，硅烷偶联剂的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比可以为6％～26％，也可以为7％～25％，也可以为9％～21％，还可以为10％～16％。
在一些实施例中，硅烷偶联剂可以为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，第一硅烷偶联剂可以为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂可以为环氧基硅烷偶联剂。氨基硅烷偶联剂中含有胺基，反应活性非常高，不仅能在烘制过程中与成膜剂反应保证玻璃纤维整体集束性，而且还能在后续加工中与环氧树脂快速发生反应，形成非常稳定的化学键，从而增强玻璃纤维与环氧树脂的界面结合，提高复合材料的力学性能。环氧基硅烷偶联剂中的R基团为环氧基团，它能够保证玻璃纤维在后续的复合材料制备过程中，因“相似相容”的原理在环氧树脂中快速浸透。本申请中，当第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂时，氨基硅烷偶联剂和环氧基硅烷偶联剂两者的比例关系也会影响玻璃纤维的性能；氨基硅烷偶联剂过多会使得玻璃纤维集束性太好而且硬，不利于浸透；环氧基硅烷偶联剂过多虽然有利于环氧树脂对玻璃纤维的浸透，但是氨基硅烷偶联剂过少不仅会引起纱线集束性能不够而容易出现散丝问题，而且也会影响复合材料的力学性能。在一些实施例中，可以控制氨基硅烷偶联剂和环氧基硅烷偶联剂的质量比C1为1:5～1:3，也可以为1:4.3～1:3.7。特例性的，当氨基硅烷偶联剂和环氧基硅烷偶联剂的质量比C1为1:4时，与其他组分配合制备的浸润剂生产的玻璃纤维各项性能都能很好的达到要求。
在一些实施例中，第一硅烷偶联剂可以为氨丙基三乙氧基硅烷或/和γ-氨丙基三甲氧基硅烷。在一些实施例中，第二硅烷偶联剂可以为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
成膜剂是浸润剂中最重要也是占比最多的成分，它不仅能决定玻璃纤维的成型过程、集束性、柔软度和耐磨性，而且还能影响后续加工的分散性和工艺顺畅性，此外，成膜剂也是玻璃纤维与基体树脂界面结合的关键因素之一。在玻璃纤维实际生产中，成膜剂的用量需控制在合适的范围内。研究表明，成膜剂含量不足，会导致浸润剂涂覆出现问题，不能确保浸润剂有效保护玻璃纤维，从而影响玻璃纤维地使用工艺性能和力学性能；成膜剂含量过多，则会使得纱线集束性过好，不容易散开，毛羽增多，也不利于树脂的浸透。在一些实施例中，可以控制成膜剂的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比为45％～78％，也可以为50％～75％，也可以为52％～73％，还可以为55％～72％。在上述范围内，成膜剂不仅能确保玻璃纤维有较好的分散性和柔软度，而且还能保证玻璃纤维工艺顺畅性、与基体树脂的相容性以及复合材料的力学性能。
在一些实施例中，成膜剂可以为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物。其中，第一成膜剂可以为双酚A型环氧树脂，第二成膜剂可以为聚氨酯树脂。在一些实施例中，第一成膜剂可以为分子量较大的双酚A型环氧树脂，具体的，可以为分子量为2000～3000的双酚A型环氧树脂，也可以为分子量为2300～2700的双酚A型环氧树脂。分子量较大的环氧树脂能够确保浸润剂的成膜性。在一些实施例中，第二成膜剂可以为分子量较小的聚氨酯树脂，具体的，可以为分子量为200～400的聚氨酯树脂，也可以为分子量为250～400的聚氨酯树脂，还可以为分子量为250～350的聚氨酯树脂。小分子量的聚氨酯树脂，能保证玻璃纤维在经过张力以后能够非常容易地分散，保证浸透性能以及界面结合作用。同时，两种成膜剂的用量需严格控制，第一成膜剂用量过多，会导致集束性过好，纱线不容易被树脂浸透；第二成膜剂用量过多，则会导致纱线过于柔软，容易出现散丝现象，影响后续的使用工艺性能。在一些实施例中，可以控制第一成膜剂和第二成膜剂的质量比C2为1:1～2:1。当本申请中第一成膜剂和第二成膜剂的质量比C2为1:1～2:1时，制备的玻璃纤维各项性能均能达到优良的程度。
在一些实施例中，硅烷偶联剂和成膜剂的质量比为1:3～1:6，其作用为既保证了浸润剂的成膜以及涂覆均匀性，又可以给予浸润剂与玻璃骨架以及基体树脂充分的反应活性。
润滑剂是玻璃纤维浸润剂的主要成分之一，其主要是为了增加玻璃纤维的耐磨性，保证拉丝过程以及使用过程中的顺畅性。本申请的润滑剂可以为聚乙烯亚胺类润滑剂或/和脂肪酰胺及其衍生物。此类润滑剂在水中具有非常好的分散性，润滑效果显著，能够有效减少毛羽的产生。其中，脂肪酰胺及其衍生物可以包括烷氧基改性的脂肪酰胺、季铵化的脂肪酰胺中的一种或两种。在玻璃纤维生产中润滑剂的用量也要严格控制，润滑剂用量太少，会影响拉丝以及使用过程的顺畅性，容易引起拉丝过程中的断丝以及后续使用中断纱等问题；但是过多的润滑剂不仅会增加成本，而且也会影响玻璃纤维的使用工艺性，因为多余的润滑剂在玻璃纤维使用中很容易粘附在张力设备的表面，随着粘结的润滑剂增多，粘附力增加，也会导致纱线粘结以及断纱等情况。在一些实施例中，可以控制润滑剂的固体质量占浸润剂固体总质量为5％～15％，也可以为7％～14％，也可以为7％～13％，还可以为7％～12％。
表面活性剂由于其具有两亲性，因而主要起着稳定浸润剂各组分的作用。浸润剂成分复杂，不同的组分在混合后容易出现团聚甚至沉淀问题，从而影响正常拉丝过程以及浸润剂涂覆的均匀性，加入适量的表面活性剂就能有效地解决相关问题。本申请的表面活性剂可以为吡咯烷酮及其衍生物或/和吡啶盐及其衍生物，其具有非常好的两亲性，是工业中最常见的表面活性剂，它能够很好地保证浸润剂体系的稳定性。同时，浸润剂中表面活性剂用量太少，浸润剂会发生沉降，出现表面涂覆不均匀问题，并最终影响玻璃纤维的性能；用量过大，达到“饱和浓度”后，多余部分不起到作用间接增加生产成本，并且大多数表面活性剂都带有电荷，而基体树脂是不带电的，过多的电荷集中会影响树脂对玻璃纤维的浸透，因而表面活性剂的用量有一定的要求。在一些实施例中，可以控制表面活性剂的固体质量占浸润剂固体总质量的1％～6％，也可以为1％～5％，也可以为2％～5％，还可以为2％～4％。
流平剂能有效降低表面张力，改善浸润剂整体的渗透性，从而提高环氧树脂浸透玻璃纤维的速率。此外，流平剂可以增加浸润剂的覆盖性，使浸润剂成膜过程中形成一个平整、光滑、均匀的涂膜，从而间接增强玻璃纤维与环氧树脂的界面结合作用。本申请选用的流平剂可以为聚丙烯酸酯或/和有机硅氧烷流平剂，这两种流平剂不仅可以促进涂膜的流动和流平，还不会影响涂膜的层间附着力，并且带有部分消泡作用。其中，聚丙烯酸酯可以包括环氧改性的聚丙烯酸酯、胺基改性的聚丙烯酸酯中的一种或两种；有机硅氧烷流平剂可以包括环氧和聚醚改性的共聚物、环氧和聚酯改性的共聚物中的一种或两种。同时，需严格控制流平剂的用量，流平剂用量过多或过少都会产生不利影响：流平剂用量过多，超过饱和浓度，会增加浸润剂成本；流平剂用量过少，不能有效降低表面张力，浸润剂的覆盖均匀性不能保证，从根本上影响玻璃纤维的浸透性。在一些实施例中，可以控制流平剂的固体质量占浸润剂固体总质量为1％～5％，也可以为1％～4％，还可以为2％～4％。
本申请中，界面增强剂的使用也是关键技术点之一，大克重织物由于灌注后玻璃纤维含量较高，复合材料的耐疲劳性能往往会明显下降，因而需要引入能够提升界面结合的助剂来提升疲劳性能，界面增强剂就能起到类似作用。本申请中界面增强剂可以选用二氧化硅纳米粒子或/和氧化铝纳米粒子，特例性地，本申请中的界面增强剂为纳米级二氧化硅颗粒，二氧化硅表面具有非常多的硅羟基，一方面，它能与玻璃纤维以及硅烷偶联剂中的硅羟基发生反应，另一方面，它也能参与到环氧树脂与胺固化剂的反应中，起到非常好的连接作用。此外，纳米级别的二氧化硅附着能够增加玻璃纤维的比表面积，增加玻璃纤维与环氧树脂的结合位点，进而提升界面结合作用以及最终复合材料的力学和疲劳性能。纳米级的二氧化硅由于其尺寸很小，在水中具有非常好的分散性，不用进行额外处理。二氧化硅界面增强剂的用量需要控制在一定的范围内，用量太少，比表面积以及结合位点增加不多，增强玻璃纤维与树脂的界面结合不明显；用量过多，玻璃纤维表面的“突起”过多，则会影响玻璃纤维的耐磨性，导致拉丝过程不顺畅以及毛羽增多等问题。在一些实施例中，可以控制界面增强剂的固体质量占浸润剂固体组分总质量为1％～6％，也可以为1％～5％，也可以为2％～5％，还可以为2％～4％。
本申请的另一关键点则是润湿剂的使用，润湿剂能够显著降低浸润剂的表面张力，加快环氧树脂对玻璃纤维的浸透速度和效果，并增强玻璃纤维与基体树脂的界面结合，提升复合材料的力学性能。本申请的润湿剂可以为炔二醇类润湿剂或/和改性聚氧乙烯衍生物，特例性的，本申请润湿剂为炔二醇类润湿剂。炔二醇类润湿剂具有非常好的分散性，能够降低表面张力，增加玻璃纤维和环氧树脂的附着，同时自带低泡/消泡功能，可以有效保证玻璃纤维在环氧树脂中的浸透状态。同时，润湿剂的用量需进行控制，若润湿剂使用过多，润湿效果饱和，成本又高，会导致浸润剂成本过高；用量过少，则会影响润湿效果，从而影响玻璃纤维在环氧树脂中的浸透速度和浸透效果。在一些实施例中，可以控制润湿剂的固体质量占浸润剂固体组分总质量为1％～5％，也可以为1％～4％，也可以为2％～4％，还可以为2％～3％。
消泡剂主要用于消除玻璃纤维浸润剂在配制以及循环过程中产生的气泡。玻璃纤维浸润剂配制和循环过程中由于乳化剂及表面活性剂的存在，会产生大量的气泡，这些气泡会影响涂油辊上的浸润剂分布，进而影响涂覆均匀性以及正常的生产过程，而消泡剂可以有效避免气泡的产生，保证玻璃纤维正常生产。本申请消泡剂可以为有机硅酮复合物或/和聚醚类消泡剂，特例性的，消泡剂为有机硅酮复合物。并且，消泡剂的用量需控制在一定的范围内，消泡剂用量过大，消泡效果饱和，多余部分会增加成本；用量过少，则会消泡效果不明显，影响玻璃纤维与环氧树脂的浸透效果。在一些实施例中，可以控制消泡剂的固体质量占浸润剂固体组分总质量为1％～5％，也可以为2％～4％，还可以为2％～3％。
发明人通过实验发现，使用本申请的成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂与硅烷偶联剂配伍，并且在合适的含量配比下，所生产的玻璃纤维纱线产品的集束性好，经一定张力后柔软且分散性好；在环氧树脂中浸透速度快、浸透效果完全；玻璃纤维与树脂的界面相容性好；适用于编织工艺，尤其适用于生产大克重风力叶片织物，由该织物与环氧树脂真空灌注而成的复合材料静态力学及疲劳性能好。
本申请的pH值调节剂主要用于硅烷偶联剂的水解以及调节浸润剂的pH值，使浸润剂的pH值控制在6～7的范围内。本申请中pH值调节剂可以为冰醋酸或/和柠檬酸，特例性地为冰醋酸。在一些实施例中，可以控制pH值调节剂的固体质量占浸润剂固体组分总质量百分比为1％～7％，也可以为2％～6％，还可以为2％～5％。
在一些实施例中，浸润剂中各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂7％～25％、成膜剂50％～75％、润滑剂7％～14％、表面活性剂1％～5％、流平剂1％～4％、界面增强剂1％～5％、润湿剂1％～4％、消泡剂2％～4％、pH值调节剂2％～6％。
在一些实施例中，浸润剂中各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂9％～21％、成膜剂52％～73％、润滑剂7％～13％、表面活性剂2％～5％、流平剂2％～4％、界面增强剂2％～5％、润湿剂2％～4％、消泡剂2％～3％、pH值调节剂2％～6％。
在一些实施例中，浸润剂中各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂10％～16％、成膜剂55％～72％、润滑剂7％～12％、表面活性剂2％～4％、流平剂2％～4％、界面增强剂2％～4％、润湿剂2％～3％、消泡剂2％～3％、pH值调节剂2％～5％。
本申请提供的玻璃纤维浸润剂中，选择各组分含量的上述范围的有益效果将通过实施例给出具体实验数据进行说明。
下面是根据本申请的玻璃纤维浸润剂中所包括的各组分的优选取值范围示例。
优选示例一
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000141
其中，硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
优选示例二
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000151
其中，成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，第一成膜剂为双酚A型环氧树脂，第二成膜剂为聚氨酯树脂。
优选示例三
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000152
Figure BDA0003605554360000161
其中，硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂；成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，第一成膜剂为双酚A型环氧树脂，第二成膜剂为聚氨酯树脂。
优选示例四
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000162
其中，润滑剂为聚乙烯亚胺类润滑剂；表面活性剂为聚吡咯烷酮类表面活性剂；流平剂为改性的聚丙烯酸酯；界面增强剂为二氧化硅纳米粒子；润湿剂为炔二醇类润湿剂；消泡剂为有机硅酮复合物；pH值调节剂为醋酸或/和柠檬酸。
优选示例五
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000171
其中，硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂；成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，第一成膜剂为双酚A型环氧树脂，第二成膜剂为聚氨酯树脂；润滑剂为聚乙烯亚胺类润滑剂或/和脂肪酰胺及其衍生物；表面活性剂为吡咯烷酮及其衍生物或/和吡啶盐及其衍生物；流平剂为改性的聚丙烯酸酯或/和改性有机硅氧烷；界面增强剂为二氧化硅纳米粒子或/和氧化铝纳米粒子；润湿剂为炔二醇类润湿剂或/和改性聚氧乙烯衍生物；消泡剂为有机硅酮复合物或/和聚醚类消泡剂；pH值调节剂为柠檬酸或/和冰醋酸。
优选示例六
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000181
其中，硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂；成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，第一成膜剂为双酚A型环氧树脂，第二成膜剂为聚氨酯树脂；第一硅烷偶联剂与第二硅烷偶联剂的质量比C1为1:5～1:3；第一成膜剂与第二成膜剂的质量比C2为1:1～2:1。
优选示例七
一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000182
Figure BDA0003605554360000191
其中，硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂；成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物，第一成膜剂为双酚A型环氧树脂，第二成膜剂为聚氨酯树脂；第一硅烷偶联剂与第二硅烷偶联剂的质量比C1为1:5～1:3；第一成膜剂与第二成膜剂的质量比C2为1:1～2:1；润滑剂为聚乙烯亚胺类润滑剂或/和脂肪酰胺及其衍生物；表面活性剂为吡咯烷酮及其衍生物或/和吡啶盐及其衍生物；流平剂为改性的聚丙烯酸酯或/和改性有机硅氧烷；界面增强剂为二氧化硅纳米粒子或/和氧化铝纳米粒子；润湿剂为炔二醇类润湿剂或/和改性聚氧乙烯衍生物；消泡剂为有机硅酮复合物或/和聚醚类消泡剂；pH值调节剂为柠檬酸或/和冰醋酸。
优选示例一至优选示例七的玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
1S：在容器中加入浸润剂总质量30％～45％的水，随后依次加入pH值调节剂和硅烷偶联剂，对硅烷偶联剂进行预分散，搅拌至溶液澄清，得到硅烷偶联剂预分散液；
2S：将成膜剂用3～4倍其质量的水稀释，将润滑剂用55℃、5～6倍其质量的水稀释，将表面活性剂用55℃、4～6倍其质量的温水稀释，将流平剂用55℃、4～6倍其质量的温水搅拌和稀释，将界面增强剂剂用5～8倍其质量的水稀释，将润湿剂用55℃、5～6倍其质量的水稀释，将消泡剂用3～5倍其质量的水稀释；
3S：将硅烷偶联剂预分散液、经稀释的成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂进行混合，并向容器中补足余量的水，搅拌均匀。
本申请的玻璃纤维浸润剂的部分实施例的具体配方如表1所示，实施例1～4的固含量为5.0％，实施例5～8的固含量为4.0％，实施例9～12的固含量为6.0％，实施例13的固含量为4.5％，实施例14的固含量为5.5％，表1中的数值为各有效组分固体质量占浸润剂固体总质量的百分比，C1值和C2值为相应有效组分固体质量百分比的比值。
表1实施例的浸润剂各有效组分的配比
Figure BDA0003605554360000201
Figure BDA0003605554360000211
表1(续)实施例的浸润剂各有效组分的配比
Figure BDA0003605554360000212
表1(续)实施例的浸润剂各有效组分的配比
Figure BDA0003605554360000221
此外，本文还列举了1个对比例，便于解释本申请的技术方案。
对比例1
浸润剂固含量5.5％。固体组分各成分的质量占所述固体组分总质量的百分比表示如下：
Figure BDA0003605554360000222
Figure BDA0003605554360000231
对比例1的制备方法，包括以下步骤：
(1)在装有变速搅拌器的容器中加入总量30％～45％的水，分别依次加入pH值调节剂和酰胺基硅烷偶联剂，搅拌直至溶液澄清；
(2)将成膜剂用其质量3～5倍的水稀释后，加入容器中；
(3)将润滑剂用其质量4～6倍的55℃水稀释后，加入容器中；
(4)将表面活性剂用其质量4～5倍的水稀释后，加入容器中；
(5)将消泡剂用其质量3～5倍的水稀释后，加入容器中；
(6)最后，向容器中补足余量的水，搅拌均匀，即得成品。
表2中记录了本申请实施例1-18以及对比例1的玻璃纤维浸润剂的性能检测结果。
表2实施例及对比例的性能测试结果
Figure BDA0003605554360000232
表2(续)实施例及对比例的性能测试结果
Figure BDA0003605554360000241
表2(续)实施例及对比例的性能测试结果
Figure BDA0003605554360000242
注：(1)所有数据均基于2400tex纱线及其单向织物测试；(2)90度拉伸强度基于ISO527-5测试标准测试；(3)疲劳性基于ISO13003测试标准测试。
从上述的实施例中可以看出，通过对浸润剂各组分的种类选择以及含量的设计，我们可以得到满足要求的浸润剂配方，与对比例1相比，本申请实施例1-18制备的玻璃纤维具有良好的性能，玻璃纤维毛羽少，纱线过张力后松散，纱质柔软，在环氧树脂中浸透速度快，界面结合效果好，制备的复合材料的力学性能和疲劳性能优异。
综上，采用该浸润剂涂覆生产的玻璃纤维纱线柔软，经过一定张力后分散非常好，与环氧树脂浸透快速而且完全，界面相容性非常好；适用编织工艺，尤其适用于生产大克重风力叶片基材，能够有效解决大克重织物的树脂浸透慢以及疲劳性能下降的问题，使用该该浸润剂制备的织物与环氧树脂真空灌注而成的复合材料具有非常好的力学以及抗疲劳性能。
需要说明的是，本申请中，各有效组分的固体质量是指各有效组分中非水物质的质量，并不限于是固体成分。
最后应说明的是：在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述浸润剂包含有效组分和水，所述浸润剂的固含量为4.0％～6.0％；所述有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂、消泡剂和pH值调节剂；所述浸润剂各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure FDA0003605554350000011
2.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述浸润剂中各有效组分的固体质量占浸润剂固体总质量的百分比表示如下：
Figure FDA0003605554350000012
3.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为第一硅烷偶联剂和第二硅烷偶联剂的混合物，所述第一硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂，所述第二硅烷偶联剂为环氧基硅烷偶联剂。
4.根据权利要求3所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述第一硅烷偶联剂与所述第二硅烷偶联剂的质量比C1为1:5～1:3。
5.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述成膜剂为第一成膜剂和第二成膜剂的混合物；所述第一成膜剂为双酚A型环氧树脂；所述第二成膜剂为聚氨酯树脂。
6.根据权利要求5所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述第一成膜剂与所述第二成膜剂的质量比C2为1:1～2:1。
7.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯亚胺类润滑剂或/和脂肪酰胺及其衍生物；所述表面活性剂为吡咯烷酮及其衍生物或/和吡啶盐及其衍生物。
8.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述消泡剂为有机硅酮复合物或/和聚醚类消泡剂；所述流平剂为改性的聚丙烯酸酯或/和改性有机硅氧烷。
9.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述界面增强剂为二氧化硅纳米粒子或/和氧化铝纳米粒子。
10.根据权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述润湿剂为炔二醇类润湿剂或/和改性聚氧乙烯衍生物。
11.一种如权利要求1～10任一项所述的玻璃纤维浸润剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
预分散硅烷偶联剂：在容器中加入浸润剂总质量30％～45％的水，随后依次加入pH值调节剂和硅烷偶联剂，对硅烷偶联剂进行预分散，搅拌至溶液澄清，得到硅烷偶联剂预分散液；
成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂的稀释：对成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂分别用水进行稀释；
将稀释后的成膜剂、润滑剂、表面活性剂、流平剂、界面增强剂、润湿剂和消泡剂加入硅烷偶联剂预分散液中，补足余量的水，搅拌均匀即得玻璃纤维浸润剂。
12.一种由如权利要求1～10任一项所述的玻璃纤维浸润剂涂覆生产的玻璃纤维产品。
13.一种根据权利要求12所述的玻璃纤维产品在环氧基复合材料中的应用。
14.一种根据权利要求13所述的环氧基复合材料在风电领域的应用。
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