CN117534342A - 一种玻璃纤维直接纱浸润剂及其制备方法、产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种玻璃纤维直接纱浸润剂及其制备方法，所述浸润剂包含有效组分和水，所述有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、抗水解剂和表面活性剂；所述浸润剂的固含量为6.6～13.5％，各有效组分的固体质量占所述浸润剂总质量的百分比为：硅烷偶联剂0.3～1.2％，润滑剂0.7～1.4％，抗水解剂0.4～1.6％，成膜剂5～8.2％，表面活性剂0.2～1.1％；其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；抗水解剂为聚合型碳化二亚胺或/和异氰酸酯。该浸润剂既可以满足无碱玻璃纤维、PET长丝这两种纤维成型时具有良好的集束性，又可以保证热塑性纤维用直接纱材料在高张力下毛羽少，同时还具有优异的机械性能和耐高温高湿的性能，满足生产和市场的需求。
Description
技术领域
本申请涉及纤维生产制造技术领域，具体涉及一种玻璃纤维直接纱浸润剂，特别适用于拉挤用热塑性复合纤维的生产。
背景技术
随着人们环保意识的增强以及资源和环境压力的增大，绿色制造技术已不再只是一种理念，其已成为提升企业能效、节约成本、减少污染的有效手段。近年来，连续玻纤增强热塑性复合材料是玻纤增强热塑性复合材料中发展最迅速的一类材料；相比以短玻纤或长玻纤为增强材料的热塑性复合材料，连续玻纤增强热塑性复合材料保留了玻纤的宏观完整性，能将复合材料的力学性能提高数倍，可应用于承载能力要求较高的场合，因而成为复合材料研究的热点。
PET是一种透明塑料、非晶型共聚酯，全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它由对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚而成。PET具有广泛的耐化学性能，能够耐油脂、酸、清洁剂等腐蚀。最重要的是，PET具有极其优异的耐低温性能，能够在-30℃时正常使用，最低耐温甚至可达-60℃，非常适用于一些高寒地区。PET能够赋予复合材料以上这些优异的性能。虽然市场上已经出现少量短玻纤和长玻纤增强的PET复合材料，但是这些材料仍然无法满足日益增高的使用要求。为了进一步提高PET复合材料的性能，扩大其应用范围，连续玻纤增强PET复合材料的开发是十分必要的。
PET-GF复合纤维是一种新型热塑性纤维，由连续的无碱玻纤(EGF)和改性聚对苯二甲酸乙二酯(简称PET)长丝在拉丝过程中形成连续复合直接纱，达到每根玻璃长丝周围分布PET长丝。这种复合纤维可采用拉挤工艺制备管材和型材，易于成型及后加工处理，符合环保要求。制备出的型材制品具有优异的机械性能，特别是抗冲击性能高、制品还具有质轻、耐磨性强、耐候性和耐腐蚀性强，且可以回收的特点。其作为一种高性能、环保型复合材料的原材料被广泛应用在建筑及市政工程领域，例如拉挤门窗，防护堤等，替代铝、钢或混凝土等传统材料。
用作拉挤工艺的热塑性纤维用玻纤直接纱在复合之前会经过浸润剂的涂覆处理，浸润剂的使用和选择对热塑性纤维用直接纱的成型和性能至关重要，其既要保证两种纤维(EGF和PET长丝)复合成型时具有良好的集束性，又要保证后续加工时的顺畅性和两种材料的相容性以及制品的机械性能。否则在使用热塑性纤维用直接纱生产加工门窗或者防护堤挡板时会出现高张力条件下毛羽多、两种材料界面结合效果差及机械强度偏低的问题。并且在高温高湿、日照雨淋的条件下，复合材料容易发生断链反应，造成材料降解，力学性能下降，复合材料的使用寿命也大幅下降,这也限制了其在高温高湿、日照雨淋条件下的应用。同时随着热塑性材料的迅速发展，高端客户对热塑性纤维用直接纱的要求更加严格。
以热塑性纤维用直接纱为例(玻纤含量70％，线密度为2690tex)，其相关性能指标如下所示：
| 测试项目 | 拉伸强度 | 毛羽 | 强度保留率 |
| 参照标准 | ASTMD3039 | \ | 50℃、98％湿度的环境下恒温恒湿360h |
| 标准 | ≥800MPa | ≤200mg/kg | ≥70％ |
发明内容
针对背景技术存在的问题，本申请提供了一种玻璃纤维直接纱浸润剂，其既可以满足无碱玻纤和改性聚对苯二甲酸乙二酯长丝这两种纤维在复合成型时具有良好的生产顺畅性及集束性要求，又可以保证热塑性纤维用直接纱材料在高张力下毛羽少，具有较好的耐温耐湿性能及优异的机械性能，满足生产和市场的需求。
根据本申请的一个方面，提供一种玻璃纤维直接纱浸润剂，包含有效组分和水，所述有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、抗水解剂和表面活性剂；所述浸润剂的固含量为6.6～13.5％；各有效组分的固体质量占所述浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；
所述抗水解剂为聚合型碳化二亚胺或/和异氰酸酯。
优选的，所述浸润剂中各有效组分的固体质量占所述浸润剂总质量的百分比表示如下：
优选的，所述成膜剂包含第一成膜剂和第二成膜剂；所述第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂；所述第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂。
优选的，所述抗水解剂为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亚胺盐酸盐、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中的至少一种。
优选的，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种；所述环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
优选的，所述表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类、醚类非离子表面活性剂中的至少一种。
优选的，所述润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂、聚乙烯蜡中的至少一种。
优选的，所述聚醚改性硅油为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、3-[羟基(聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷中的至少一种；所述PEG类润滑剂为聚乙二醇400双硬脂酸酯、聚乙二醇600双硬脂酸酯中的至少一种；所述聚乙烯蜡为低分子量聚乙烯均聚物、低分子量聚乙烯共聚体中的至少一种。
本申请的浸润剂包含有效组分和水，其中水包括原料自带的水以及外加的水；有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、抗水解剂和表面活性剂；浸润剂的固含量为6.6～13.5％。
该玻璃纤维直接纱浸润剂中各组分的作用及含量说明如下：
在浸润剂中，硅烷偶联剂的使用，一方面可使玻璃纤维具有良好的滑爽性，可保护玻璃纤维在拉丝过程中避免受损，另一方面能提高玻璃纤维单丝的本身强度。玻璃纤维表面的硅烷可修补及填平玻璃纤维在拉丝过程种产生的微小裂纹，偶联剂能够改变无机物与高分子聚合物之间的界面能，并在界面之间形成化学或物理的“分子桥”，使无机玻璃纤维与有机物高分子牢固的结合起来。本申请中，硅烷偶联剂采用氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂，可以提高玻璃纤维增强复合材料的机械性能、耐老化性能及耐水性。本申请中，氨基硅烷偶联剂可以为γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种；环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种，以上所述偶联剂均可以提高玻璃纤维增强复合材料的机械性能及其它性能，从成本、生产等因素考虑，优选的氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲基硅烷偶联剂，优选的环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷。本申请中，硅烷偶联剂的用量应进行合理的控制，用量过高则相应的活性组分已经饱和，造成浪费并增加生产成本，而且会造成制品浸透不良、外观存在黄斑；用量过低，则会造成“分子桥”作用不够，影响玻璃纤维与树脂基体的界面结合，从而导致复合材料力学性能不足。因此在本申请中控制硅烷偶联剂的固体质量占浸润剂总质量的百分比为0.3～1.2％，优选0.4～1.05％。
在浸润剂中，使用抗水解剂可以与聚合物水解时产生的端羧基、端胺基及端羟基进行反应，生成稳定的无害化产物，有效阻止进一步降解断链，提高复合材料的使用寿命，特别是在高温高湿及酸碱环境等苛刻使用条件下的抗水解、耐水解稳定性能的，从而保持材料机械性能不至于快速降低。本申请中抗水解剂采用聚合型碳化二亚胺或/和异氰酸酯。优选采用聚合型碳化二亚胺。本申请所述的改性聚对苯二甲酸乙二酯是一种聚酯，聚酯是酸和二元醇经反应的产物，水是反应的副产品，因此在熔融温度下，该反应是可逆的，抗水解剂可以与聚合物水解时产生的端羧基、端胺基及端羟基进行反应，生成稳定的无害化产物，有效阻止进一步降解断链，从而提高复合材料的使用寿命。特别是在高温高湿及酸碱环境等苛刻使用条件下的抗水解、耐水解性能稳定。通过研究表明聚合型碳化二亚胺则与聚酯纤维有很好的相容性，可以起到长期稳定的效果。进一步的，所述抗水解剂可以为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亚胺盐酸盐、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中的至少一种。本申请中，抗水解剂的用量需控制在合适的范围，用量过多,会使产品变硬，并影响产品的使用性能及机械性能。过少，则产品的耐水解性能无法达到制品要求。本申请中控制抗水解剂的固体质量占浸润剂总质量的百分比为0.4～1.6％，优选0.5～1.45％。
本申请中，使用表面活性剂可以降低浸润剂体系的表面张力，使浸润剂更易润湿玻璃纤维表面而达到均匀涂敷。本申请中表面活性剂采用高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类和醚类非离子表面活性剂中的至少一种。研究表明，高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类和醚类非离子表面活性剂均对聚酯纤维附着性好，能够提高纤维的分子间力，满足纤维集束性的要求,可防止丝束紊乱造成的毛羽增多。本申请中表面活性剂优选醚类非离子表面活性剂，醚类非离子表面活性剂可以降低浸润剂体系的表面张力，使浸润剂更易润湿玻璃纤维表面而达到均匀涂敷的效果。本申请中，所述醚类非离子表面活性剂可以为松香胺聚氧乙烯醚。本申请中，表面活性剂的用量应进行合理控制，比例过高，会使HLB值向水相移动降低油相分散和增溶力造成浸润剂乳液破乳；比例过低，则起不到纤维集束作用。因此在本申请中，控制表面活性剂的固体质量占浸润剂总质量的百分比为0.2～1.1％，优选0.45～0.9％。
本申请使用的润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂和聚乙烯蜡中至少一种。本申请使用的润滑剂优选聚乙烯蜡，聚乙烯蜡以微晶的形式存在于浸润剂中，涂覆在纤维表面，高温烘干，溶剂挥发过程中迁移到涂膜表层，冷却至常温时析出，最终在纤维表面形成一个“蜡化”的表层。研究发现，聚醚改性硅油、PEG类润滑剂以及聚乙烯蜡不仅具有良好的湿润滑作用，而且还具有良好的干润滑作用。既能满足复合纤维在拉丝、后处理以及使用过程中的顺畅性，又能确保热塑性纤维用直接纱在使用过程中产生的毛羽少。本申请中，聚醚改性硅油可以为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、3-[羟基(聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷中的至少一种；PEG类润滑剂可以为聚乙二醇400双硬脂酸酯、聚乙二醇600双硬脂酸酯中的至少一种；聚乙烯蜡可以为低分子量聚乙烯均聚物、低分子量聚乙烯共聚体中的至少一种。本申请中，润滑剂的用量需控制在在合适的范围，润滑剂含量过少，拉丝和使用过程中容易起毛，影响产品质量和生产效率，含量过多会使复合纤维的集束性变差，同时也会影响复合材料的力学性能。因此，本申请控制润滑剂的固体质量占浸润剂总质量的百分比为0.7～1.4％；优选为0.75～1.2％。
成膜剂作为浸润剂的主要成分，其性能直接决定了浸润剂的应用效果，其主要作用是将玻璃纤维直接纱单丝聚集在一起成为原丝束，保护原丝免遭断裂和机械磨损，既能保证纱线的集束性和在后道使用中的顺畅性，又能提高玻璃纤维在基体树脂中的浸透速度，对玻璃纤维最终制品的加工性能起着决定性的影响。本申请的成膜剂可以为环氧树脂，环氧树脂溶于水中形成环氧乳液，用于制备浸润剂。本申请中，成膜剂的用量需控制在合适的范围，若成膜剂用量过多，容易使得产品出现分散不良，造成制品浸透不良机械性能下降等质量问题；而成膜剂含量过低则不利于产品的保护，因此，本申请中控制成膜剂的固体质量占浸润剂总质量的百分比为5～8.2％，优选6.5～7.8％。
本申请成膜剂可以包含第一成膜剂和第二成膜剂，其中，第一成膜剂可以采用分子量为500～1000的环氧树脂，第二成膜剂可以采用分子量为7000～10000的水溶性环氧树脂。研究发现，采用分子量为500～1000的小分子环氧乳液，能提高基体树脂在玻璃纤维中的浸渍，具有一定的耐温性。同抗水解剂搭配使用，能进一步提高产品的耐水性。分子量为7000～10000的大分子水溶性环氧乳液能提高纱线的集束性及耐磨性。本申请中，第一成膜剂和第二成膜剂的质量比可以为1∶(2～2.5)；具体的，当第一成膜剂和第二成膜剂的质量比为1∶(2.05～2.2)时，制备的PET-GF复合纤维各项性能达到最优。
本申请使用水作为浸润剂各组分的分散相，相比溶剂分散相，水更加环保、安全。优选去离子水。
本申请所述浸润剂的固含量为6.6～13.5％，优选为8.9～10.8％。
本申请配方的浸润剂，选用合适用量的硅烷偶联剂、成膜剂、抗水解剂、润滑剂、表面活性剂进行复配，保证PET-GF热塑性复合纤维用直接纱材料在高张力下毛羽少，同时还有优异的抗拉性能和耐高温耐高湿性能。采用成膜剂与硅烷偶联剂搭配使用，偶联剂可与环氧树脂中的官能团发生反应，形成交联结构，从而提高制品的耐热性、耐化学性、强度等性能。并且使得两种纤维复合成型时具有良好的集束性，与聚酯树脂的相容性、浸透好。添加适量的润滑剂和表面活性剂，能有效减少PET-GF热塑性复合纤维在生产及加工过程中产生的毛羽。此外添加适量的抗水解剂，能够保证最终制品在高温高湿环境下的机械性能衰减小。
根据本申请的第二个方面，提供前述玻璃纤维直接纱浸润剂的制备方法，具体包括以下步骤：
1S：在容器中加入浸润剂总量30％～45％的水，加入硅烷偶联剂充分搅拌直至溶液澄清；
2S：在步骤1S的容器中，加入分别经水稀释的成膜剂、润滑剂、抗水解剂、表面活性剂并搅拌均匀。
3S：补足配方中的水，并搅拌均匀，即得成品。
优选地，步骤2S中，所述成膜剂采用其固体质量1～5倍的水进行稀释；所述润滑剂采用其固体质量的5～10倍的水进行稀释；所述抗水解剂采用其固体质量的5～10倍的水进行稀释；所述表面活性剂采用其固体质量的5～10倍的水稀释。
根据本申请的第三个方面，提供由前述玻璃纤维直接纱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，提供前述玻璃纤维产品在热塑性拉挤工艺中的应用。
经本申请所述的浸润剂处理后的玻璃纤维直接纱，高张力下毛羽少，制品的机械性能好、高温高湿环境下强度保留率高。非常适用于热塑性拉挤工艺，对于热塑性拉挤门窗和防护堤的增强及耐高温高湿性能的增加有明显的促进作用。同时，本申请所述浸润剂的制备方法操作过程方便，生产周期短，易于批量化生产，具有工业化应用的前景。
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具体实施例，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。
本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂，包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、抗水解剂、表面活性剂和水；其中，浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的6.6～13.5％；浸润剂中各组分固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂0.3％～1.2％；成膜剂5％～8.2％；润滑剂0.7％～1.4％；抗水解剂0.4％～1.6％；表面活性剂0.2％～1.1％。优选的，浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的8.6～12.4％，浸润剂中各组分固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：硅烷偶联剂0.4％～1.05％；成膜剂6.5％～7.8％；润滑剂0.75％～1.2％；抗水解剂0.5％～1.45％；表面活性剂0.45％～0.9％。
本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂中，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直接纱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
根据本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为6.6～13.5％；各有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；
所述抗水解剂为聚合型碳化二亚胺或/和异氰酸酯。
所述第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂，所述第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂。
所述表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类或醚类非离子表面活性剂中的至少一种。
所述润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂和聚乙烯蜡中至少一种。
优选示例二
根据本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为6.95～13.25％；各有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；
所述抗水解剂为聚合型碳化二亚胺或/和异氰酸酯。
所述第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂，所述第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂。
所述表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类或醚类非离子表面活性剂中的至少一种。
所述润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂和聚乙烯蜡中至少一种。
优选示例三
根据本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为7.23～12.82％；各有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；
抗水解剂为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亚胺盐酸盐、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中的至少一种。
表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类或醚类非离子表面活性剂中的至少一种。
所述润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂和聚乙烯蜡中至少一种。
优选示例四
根据本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为7.69～12.55％；各有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种；环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种；
抗水解剂为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亚胺盐酸盐、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中的至少一种；
成膜剂包含第一成膜剂和第二成膜剂；第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂；第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂；
表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类或醚类非离子表面活性剂中的至少一种；
润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂、聚乙烯蜡中的至少一种；所述聚醚改性硅油为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、3-[羟基(聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷中的至少一种；所述PEG类润滑剂为聚乙二醇400双硬脂酸酯、聚乙二醇600双硬脂酸酯中的至少一种；所述聚乙烯蜡为低分子量聚乙烯均聚物、低分子量聚乙烯共聚体中的至少一种。
优选示例五
根据本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为8.27～12％；各有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种；环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
抗水解剂为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亚胺盐酸盐、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中的至少一种；
成膜剂包含第一成膜剂和第二成膜剂；第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂；第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂；
表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类或醚类非离子表面活性剂中的至少一种；
润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂、聚乙烯蜡中的至少一种；聚醚改性硅油为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、3-[羟基(聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷中的至少一种；所述PEG类润滑剂为聚乙二醇400双硬脂酸酯、聚乙二醇600双硬脂酸酯中的至少一种；所述聚乙烯蜡为低分子量聚乙烯均聚物、低分子量聚乙烯共聚体中的至少一种。
优选示例六
根据本申请的玻璃纤维直接纱浸润剂包含有效组分和水，浸润剂的固含量为8.48～11.62％，各有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲基硅烷偶联剂，环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷；所述抗水解剂为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺；成膜剂包含第一成膜剂和第二成膜剂，第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂，第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂；表面活性剂为松香胺聚氧乙烯醚；润滑剂为低分子量聚乙烯均聚物。
优选示例一至优选示例六的玻璃纤维直接纱浸润剂的制备方法，具体包括以下步骤：
1S：在容器中加入浸润剂总量30％～45％的水，加入硅烷偶联剂充分搅拌直至溶液澄清；
2S：在步骤1S的容器中，加入分别经水稀释的成膜剂、润滑剂、抗水解剂、表面活性剂并搅拌均匀。
3S：补足配方中的水，并搅拌均匀，即得成品；
步骤2S中，成膜剂采用其固体质量1～5倍的水进行稀释；润滑剂采用其固体质量的5～10倍的水进行稀释；抗水解剂采用其固体质量的5～10倍的水进行稀释；表面活性剂采用其固体质量的5～10倍的水稀释。
为了更清楚地解释说明本申请的技术方案，下面列出本申请玻璃纤维直接纱浸润剂的部分具体实施例(实施例1～16)，其中，本申请实施例1～16的玻璃纤维直接纱浸润剂的各组分的具体配方如表1所示。
需要指出的是，表1中所选用的各组分的具体种类和含量及组合并不对本申请的保护范围构成限制。
表1实施例的浸润剂的配方
表1(续)实施例的浸润剂的配方
表1中，第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂；第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂。
为了进一步地说明本申请的有益效果，选择目前常用的两种玻璃纤维直接纱浸润剂作为对比例，即对比例1～2。对比例1～2的配方如下所示，其中有效组分的用量为有效组分的固体质量占浸润剂总质量的百分比。
对比例1：
硅烷偶联剂：乙烯基三乙氧基硅烷；0.2％
第一成膜剂：马来酸酐改性聚乙烯乳液；1.2％
第二成膜剂：马来酸酐改性聚丙烯乳液；3.2％
润滑剂：PEG400MS；0.8％
抗水解剂：二甲基恶唑啉；0.3％
表面活性剂：季铵盐；0.1％
对比例2：
偶联剂：丙基二油酸酰氧基钛酸酯；0.5％
第一成膜剂：聚氨酯乳液；0.8％
第二成膜剂：PP蜡乳液；3.6％
润滑剂：脂肪酸酰胺；0.55％
抗水解剂：二甲基恶唑啉；0.38％
表面活性剂：咪唑环；1.2％
将配制好的浸润剂(实施例1～16和对比例1～4)应用在一定的玻璃纤维及PET纤维生产工艺中，对生产出的2690tex热塑性直接纱进行性能测试，具体的测试结果如表2所示。纱线的线密度及断裂强度分别采用GB/T 7690.1-2013、GB/T 7690.3-2013进行测试。其中，表2中所提供的拉伸强度和高温高湿条件下的强度保留率，是通过将热塑性纤维用直接纱拉挤工艺，制成厚度1mm，宽度10mm的片材，最后根据ASTMD3039测试标准进行制样完成拉伸强度。耐高温高湿测试：采用恒温恒湿箱，试验过程为在50℃、98％湿度的环境下恒温恒湿360h，高温高湿的拉伸强度保留率的测试。
表2实施例及对比例浸润剂的性能测试结果
表2(续)实施例及对比例浸润剂的性能测试结果
从表2的测试结果中可以看出，通过对浸润剂各组分的种类选择以及含量的控制，我们可以得到合乎要求的浸润剂配方。由其制备的热塑性纤维直接纱毛羽少、制得的复合材料型材抗拉强度好，高温高湿下强度保留率高。此外，发明人还使用了其他对比例浸润剂与本申请的浸润剂(实施例1～16)做对比，其他对比例中采用的抗水解剂不包括聚合型碳化二亚胺、异氰酸酯中的任意一种，与其他对比例的浸润剂相比，由本申请实施例1～16的浸润剂制备的热塑性纤维直接纱毛羽少、制得的复合材料型材抗拉强度好，高温高湿下强度保留率高。
综上，由本申请所涉及的玻璃纤维直接纱浸润剂生产的热塑性纤维直接纤维纱线集束性好、加工性能优异，适合于高张力下的拉挤工艺；制备出的复合材料管道具有非常优异的机械性能以及极佳的耐温耐湿性能。
上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变形方式都在本申请的保护范围之内。
最后应说明的是：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 (10)
1.一种玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于：所述浸润剂包含有效组分和水，所述有效组分包含硅烷偶联剂、成膜剂、润滑剂、抗水解剂和表面活性剂；所述浸润剂的固含量为6.6～13.5％；各有效组分的固体质量占所述浸润剂总质量的百分比表示如下：
其中，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂或/和环氧硅烷偶联剂；
所述抗水解剂为聚合型碳化二亚胺或/和异氰酸酯。
2.如权利要求1所述的玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于，所述浸润剂中各有效组分的固体质量占所述浸润剂总质量的百分比表示如下：
3.如权利要求1或2所述的玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于，所述成膜剂包含第一成膜剂和第二成膜剂；所述第一成膜剂为分子量500～1000的环氧树脂；所述第二成膜剂为分子量7000～10000的水溶性环氧树脂。
4.如权利要求1或2所述的玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于，所述抗水解剂为2,6-二异丙基苯碳化二亚胺、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基-碳二亚胺盐酸盐、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐中的至少一种。
5.如权利要求1或2所述的玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂为γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂、γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种；所述环氧硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧甲基硅烷、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
6.如权利要求1或2所述的玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于，所述表面活性剂为高级脂肪酸三乙醇胺盐、磺化蓖麻油酯盐、烷基醇酰胺醣类、醚类非离子表面活性剂中的至少一种。
7.如权利要求1或2所述的玻璃纤维直接纱浸润剂，其特征在于，所述润滑剂为聚醚改性硅油、PEG类润滑剂、聚乙烯蜡中的至少一种。
其中，所述聚醚改性硅油为聚醚改性聚二甲基硅氧烷、3-[羟基(聚乙烯氧基)丙基]七甲基三硅氧烷中的至少一种；所述PEG类润滑剂为聚乙二醇400双硬脂酸酯、聚乙二醇600双硬脂酸酯中的至少一种；所述聚乙烯蜡为低分子量聚乙烯均聚物、低分子量聚乙烯共聚体中的至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的玻璃纤维直接纱浸润剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1S：在容器中加入浸润剂总量30％～45％的水，加入硅烷偶联剂充分搅拌直至溶液澄清；
2S：在步骤1S的容器中，加入分别经水稀释的成膜剂、润滑剂、抗水解剂、表面活性剂并搅拌均匀。
3S：补足配方中的水，并搅拌均匀，即得成品。
9.一种由权利要求1～7任一项所述的玻璃纤维直接纱浸润剂涂覆生产的玻璃纤维产品。
10.一种如权利要求9所述的玻璃纤维产品在热塑性拉挤工艺中的应用。
Priority Applications (1)
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| CN202311515821.4A CN117534342A (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 一种玻璃纤维直接纱浸润剂及其制备方法、产品和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311515821.4A CN117534342A (zh) | 2023-11-15 | 2023-11-15 | 一种玻璃纤维直接纱浸润剂及其制备方法、产品和应用 |
Publications (1)
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| CN117534342A true CN117534342A (zh) | 2024-02-09 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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-
2023
- 2023-11-15 CN CN202311515821.4A patent/CN117534342A/zh active Pending
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