TW201546009A - 用於溼式及乾式長絲捲繞之上漿組合物 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例係關於用於玻璃纖維、纖維玻璃絲束及由纖維玻璃絲束加強之複合材料的上漿組合物。在一個實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含聚醚胺基甲酸酯。在另一實施例中，該等上漿組合物進一步包含烷基矽烷。在又其他實施例中，該等上漿組合物進一步包含胺基官能性矽氧烷。在本發明之一個實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含聚醚胺基甲酸酯、烷基矽烷及胺基官能性矽氧烷。

Description

用於溼式及乾式長絲捲繞之上漿組合物 相關申請案之交叉參考
本申請案主張2014年4月4日申請之美國臨時專利申請案第61/975,472號之優先權，該專利申請案以引用的方式併入本文中，如同在本文中完全闡述一般。
本發明係關於用於玻璃纖維之上漿組合物及包含至少部分塗有上漿組合物之複數個玻璃纖維的纖維玻璃絲束。
各種化學處理存在於玻璃型表面(如玻璃纖維)以有助於其可加工性及應用。長絲成形後捆綁在一起之前，將塗佈組合物或上漿組合物施加於個別長絲之表面之至少一部分上以保護其不受磨損且有助於加工。如本文中所使用，術語「上漿組合物」、「上漿」、「黏合劑組合物」、「黏合劑」或「漿料」係指長絲成形之後立即施加於長絲上之塗佈組合物。上漿組合物可在整個後續處理步驟中提供保護，諸如以下處理步驟：當纖維及絲束捲繞成成形封裝時纖維通過接觸點，乾燥基於水或基於溶劑之上漿組合物以移除水或溶劑，自一個卷裝撚絲至線軸，聚束以將紗線置放於通常用作織物中之翹曲之極大卷裝上，在濕式或乾式條件下切短，紡紗成較大絲束或絲束組，解繞以用作加強物，編織及/或其他下游製程。
另外，上漿組合物當置放於纖維上時可起雙重作用：在生產纖維加強型塑膠時加強聚合物基質，或加強其他材料。在加強聚合物基質時，上漿組合物可提供保護且亦可提供纖維與基質聚合物或樹脂之間的相容性。舉例而言，呈粗紗、編織物、非編織物、墊、切短絲束形式及其他形式之玻璃纖維已與樹脂(諸如熱固性及熱塑性樹脂)一起使用，用於樹脂之浸漬、密封或加強。在該等應用中，可能需要使表面與聚合物樹脂之間的相容性最大化，同時亦改良加工性及可製造性之容易度。
玻璃纖維之一個例示性應用為長絲捲繞。在長絲捲繞時，用樹脂浸漬呈粗紗形式之連續玻璃纖維，且圍繞鋼製心軸捲繞直至達到所需厚度以形成管。所用樹脂可視最終產物之所需特性而定，且玻璃纖維上之上漿組合物之某些組分可基於所使用之樹脂系統選擇。適用於該等方法之樹脂之實例包括環氧樹脂。
需要具有供可用於多種應用(諸如長絲捲繞應用)之纖維玻璃用之新穎上漿組合物。
本發明之實施例係關於用於玻璃纖維、纖維玻璃絲束及由纖維玻璃絲束加強之複合材料的上漿組合物。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，該等上漿組合物進一步包含烷基矽烷。在一些實施例中，該等上漿組合物進一步包含胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含聚醚胺基甲酸酯、烷基矽烷及胺基官能性矽氧烷。
在一些實施例中，聚醚胺基甲酸酯包含聚氧伸烷基胺與碳酸酯之反應產物。在一些實施例中，聚氧伸烷基胺包含聚氧伸烷基二胺。在該等實施例中，聚氧伸烷基基二胺可包含具有以下結構(I)之化合 物：H2N[R1-O]n[R3-O]m-R2-NH2
其中各R1、R2及R3可相同或不同，且各自可獨立地表示C2至C12伸烷基，且其中(n+m)為大於2之值。在一些實施例中，聚氧伸烷基胺包含聚醚胺。在一些實施例中，用於形成反應產物之碳酸酯包含碳酸伸丙酯。在一些實施例中，用於形成反應產物之碳酸酯包含環狀碳酸伸丙酯。
在一些實施例中，本發明之上漿組合物可包含以總固體計至少約1重量%聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約15重量%或低於15重量%聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約5重量%或低於5重量%聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約1重量%與約5重量%之間的聚醚胺基甲酸酯。
在包含胺基官能性寡聚矽氧烷之實施例中，胺基官能性寡聚矽氧烷在一些實施例中可包含至少一個鍵結至第一矽原子之烷基及至少一個鍵結至第二矽原子之胺。在一些實施例中，本發明之上漿組合物可包含以總固體計至少約0.1重量%胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約15重量%或低於15重量%胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約10重量%或低於10重量%胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約0.1重量%與約10重量%之間的胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約0.1重量%與約2重量%之間的胺基官能性寡聚矽氧烷。
在包含烷基矽烷之實施例中，烷基矽烷在一些實施例中包含具有至少3個碳原子之直鏈段。在一些實施例中，烷基矽烷包含辛基三乙氧基矽烷。在一些實施例中，本發明之上漿組合物可包含以總固體 計至少約1重量%烷基矽烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約5重量%或低於5重量%烷基矽烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約3重量%或低於3重量%烷基矽烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約1重量%與約5重量%之間的烷基矽烷。
在一些實施例中，本發明之上漿組合物可進一步包含反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，反應性改質矽氧烷聚合物可包含有機改質二甲基矽氧烷聚合物。在一些實施例中，反應性改質矽氧烷聚合物包含環氧基官能化矽氧烷聚合物。在一些實施例中，反應性改質矽氧烷聚合物以總固體計佔上漿組合物之至少1重量%。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約10重量%或小於10重量%反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約8重量%或小於8重量%反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約1重量%與約8重量%之間的反應性改質矽氧烷聚合物。
如下文中所闡述，根據本發明之上漿組合物之各種實施例亦可包括其他組分，諸如成膜劑、潤滑劑、其他矽烷、消泡劑、濕潤劑等。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的烷基矽烷及以總固體計佔上漿組合物至少0.1重量%之量的胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約15重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的烷基矽烷及以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約15重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷。
本發明之實施例亦係關於至少部分塗有本發明上漿組合物之玻璃纖維、包含至少部分塗有本發明上漿組合物之複數個玻璃纖維的纖維玻璃粗紗、包含由至少部分塗有本發明上漿組合物之複數個玻璃纖維加強之聚合物的複合材料及如下文更詳細地描述之其他材料。
本發明之此等及其他實施例更詳細描述於以下【實施方式】中。
出於本說明書之目的，除非另外指明，否則本說明書中所用之表達成分數量、反應條件等所有數字理解為在所有情況下由術語「約」修飾。因此，除非有相反指示，否則以下說明書中所闡述之數值參數為近似值，其可視本發明設法獲得之所需特性而變化。至少且不試圖將均等論原則(doctrine of equivalents)之應用限制於在對本申請案主張優先權之申請案中可能提出的任何申請專利範圍，各數值參數應至少根據所報導有效數位之數目及藉由應用一般捨位技術來解釋。
儘管闡述本發明之廣泛範疇的數值範圍及參數為近似值，但特定實例中所闡述之數值儘可能精確地報導。然而，任何數值均固有地含有某些誤差，此等誤差因其對應測試量測值中發現之標準差所必然引起。另外，本文中所揭示之所有範圍理解為涵蓋其中包含之任何及所有子範圍。舉例而言，所述範圍「1至10」應視為包括最小值1與最大值10之間(且包括1及10)的任何及所有子範圍；亦即，始於最小值1或大於1(例如1至6.1)且終於最大值10或小於10(例如5.5至10)之所有子範圍。另外，提及為「併入本文中」之任何參考文獻理解為以其全文併入。
進一步注意，如本說明書中所用，除非明確且肯定限於一個指示物，否則單數形式「一(a/an)」及「該」包括複數個指示物。
此外，在片語「至多」與申請專利範圍中之組分、材料或組合物之量結合使用時，應理解組分、材料或組合物以至少可偵測的量存在(例如，其存在可經測定)且可以至多且包括指定之量存在。
在一個態樣中，本發明係關於用於纖維玻璃之上漿組合物。如本文所使用，術語「上漿組合物」係指纖維玻璃長絲成形之後立即施加於纖維玻璃長絲上之塗佈組合物，且可與術語「黏合劑組合物」、「黏合劑」、「上漿」及「漿料」互換使用。本文中所描述之上漿組合物一般係關於水性上漿組合物。在非限制性實施例中，上漿組合物適用於纖維玻璃上以用於各種應用中，諸如聚合物之加強。該等玻璃纖維之一個例示性用途為長絲捲繞。本發明之其他非限制性實施例係關於塗有上漿組合物之纖維玻璃絲束或粗紗。本發明之其他非限制性實施例係關於併有纖維玻璃絲束或粗紗之產物。
本發明將在其用於玻璃纖維之生產、組裝及應用之情形下加以一般性論述。然而，一般技術者將理解本發明可適用於其他紡織材料之加工。
一般技術者將認識到本發明可在大量玻璃纖維之生產、組裝及應用中實施。適用於本發明之玻璃纖維之非限制性實例可包括自纖維化玻璃組合物(諸如「E玻璃」、「A玻璃」、「C玻璃」、「S玻璃」、「ECR玻璃」(耐腐蝕玻璃)及其無氟及/或無硼衍生物)製備之彼等物。玻璃纖維之典型調配物揭示於K.Loewenstein,The Manufacturing Technology of Continuous Glass Fibres，(第3版.1993)中。本發明特別適用於自E玻璃組合物製備之玻璃纖維的生產、組裝及應用。
本發明之實施例提供具有使纖維玻璃絲束適於某些方法、應用及/或最終用途之特性之纖維玻璃絲束。舉例而言，在一些實施例 中，本發明之纖維玻璃絲束特別適用於長絲捲繞(濕式及/或乾式長絲捲繞)應用。在本發明之一些實施例中，纖維玻璃絲束包含至少一根至少部分塗有本發明之上漿組合物之玻璃纖維。在一些實施例中，纖維玻璃絲束可具有一或多種所需特性，包括(但不限於)長絲捲繞中之良好效能、與待加強樹脂之良好相互作用、所需抗張強度、所需耐水解性、下游應用中之絨毛最少、所需濕潤特徵及/或其他特性。
現參考根據本發明之各種實施例之上漿組合物，在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，該等上漿組合物進一步包含烷基矽烷。在一些實施例中，該等上漿組合物進一步包含胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含聚醚胺基甲酸酯、烷基矽烷及胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，本發明之上漿組合物可進一步包含反應性改質矽氧烷聚合物。如下文中所闡述，根據本發明之上漿組合物之各種實施例亦可包括其他組分，諸如成膜劑、潤滑劑、其他矽烷、消泡劑、濕潤劑等。可用於各種實施例之該等組分之相對量亦更詳細論述於下文。
本發明之上漿組合物之一種組分為聚醚胺基甲酸酯。在某些實施例中，聚醚胺基甲酸酯化合物為聚氧伸烷基胺與碳酸酯(諸如直鏈或環狀碳酸酯)之反應產物。可使用之適合聚氧伸烷基胺包括(但不限於)聚氧伸烷基單胺、聚氧伸烷基二胺、聚氧伸烷基三胺、聚氧四胺或其組合。在某些實施例中，聚氧伸烷基二胺包含具有以下結構(I)之化合物：H2N[R1-O]n[R3-O]m-R2-NH2
其中各R1、R2及R3可相同或不同，且各自可獨立地表示C2至C12伸烷基，且其中(n+m)為大於2之值。
可用於聚醚胺基甲酸酯化合物之適合環狀碳酸酯包括(但不限於) 碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、碳酸伸丁酯、碳酸甘油酯或其組合。
在一些實施例中，聚醚胺基甲酸酯化合物藉由將聚氧伸烷基胺及環狀碳酸酯饋入適合反應容器中製得。在一些實施例中，聚氧伸烷基胺及環狀碳酸酯的用量足以產生1：0.5至1：1.15範圍內之聚氧伸烷基胺與環狀碳酸酯當量比。隨後，將反應容器加熱至20℃至150℃範圍內之溫度持續1小時至10小時範圍內之時間段，從而形成聚醚胺基甲酸酯化合物。
舉例而言，在一些實施例中，聚醚胺基甲酸酯可為依照美國專利第7,288,595號之實例A製備之碳酸伸丙酯與JEFFAMINE D-400(可購自Huntsman International LLC之聚醚胺)的反應產物，該參考文獻以引用的方式併入本文中。
在一些實施例中，本發明之上漿組合物可包含以總固體計至少約1重量%聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約15重量%或低於15重量%聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約5重量%或低於5重量%聚醚胺基甲酸酯。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約1重量%與約5重量%之間的聚醚胺基甲酸酯。
在一些實施例中，本發明之上漿組合物包含胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，胺基官能性寡聚矽氧烷可包含至少一個鍵結至第一矽原子之烷基及至少一個鍵結至第二矽原子之胺。可用於本發明實施例中之市售胺基官能性寡聚矽氧烷之實例包括HYDROSIL® 2909、HYDROSIL® 2627及HYDROSIL® 2776，各可購自Evonik Industries,Inc.。
可用於本發明各種實施例中之胺基官能性寡聚矽氧烷的量可視許多因素而定，包括(但不限於)成形製程(例如玻璃纖維之成形)中之加工參數、下游加工(例如併有玻璃纖維之產物(諸如由長絲捲繞形成 之管)的形成)中之加工參數及其他。至於本發明上漿組合物之實施例中的胺基官能性寡聚矽氧烷的量，在一些實施例中，胺基官能性寡聚矽氧烷以總固體計佔上漿組合物的至少約0.1重量%。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約15重量%或低於15重量%的胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約10重量%或低於10重量%的胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約0.1重量%與約10重量%之間的胺基官能性寡聚矽氧烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約0.1重量%與約2重量%之間的胺基官能性寡聚矽氧烷。
在包含烷基矽烷之實施例中，烷基矽烷在該等實施例中包含具有至少3個碳原子之直鏈段。在一些實施例中，烷基矽烷可包含具有3至10個碳原子之直鏈段。在一些實施例中，烷基矽烷包含辛基三乙氧基矽烷。可用於本發明實施例中之市售烷基矽烷之實例包括DYNASYLAN SIVO 850、DYNASYLAN PTMO及Protectosil AQUA-TRETE 40，各自可購自Evonik Industries,Inc.。
可用於本發明之各種實施例中之烷基矽烷的量可視許多因素而定，包括(但不限於)成形製程(例如玻璃纖維之成形)中之加工參數、下游加工(例如併有玻璃纖維之產物(諸如由長絲捲繞形成之管)的形成)中之加工參數、上漿組合物中其他組分與待加強樹脂之間的潛在抵觸及相互作用，及其他。至於本發明上漿組合物之實施例中之烷基矽烷的量，在一些實施例中，該等上漿組合物可包含以總固體計至少約1重量%烷基矽烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約5重量%或低於5重量%的烷基矽烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約3重量%或低於3重量%的烷基矽烷。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約1重量%與約5重量%之間的烷基矽烷。
在一些實施例中，本發明之上漿組合物可進一步包含反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，反應性改質矽氧烷聚合物可包含有機改質二甲基矽氧烷聚合物。在一些實施例中，反應性改質矽氧烷聚合物包含環氧基官能化矽氧烷聚合物。可用於本發明實施例中之市售反應性改質矽氧烷聚合物之實例包括COATOSIL 9300，其為可購自Momentive Performance Materials Inc.之有機改質聚二甲基矽氧烷乳液；SM 8715 EX，其為可購自Dow Corning Corporation之環氧基官能性矽氧烷乳液。
可用於本發明各種實施例中之反應性改質矽氧烷聚合物的量可視許多因素而定，包括(但不限於)成形製程(例如玻璃纖維之成形)中之加工參數、下游加工(例如併有玻璃纖維之產物(諸如由長絲捲繞形成之管)的形成)中之加工參數、上漿組合物中其他組分與待加強樹脂之間的潛在干擾或相互作用等等。在一些實施例中，可能希望不包括任何反應性改質矽氧烷聚合物。舉例而言，在乾式長絲捲繞製造方法中，在上漿組合物之一些實施例中包括某些反應性改質矽氧烷聚合物可能在張力桿上留下黏性膜，在一些情況下產生過度捲繞張力。
關於本發明上漿組合物之實施例中反應性改質矽氧烷聚合物的量，在一些實施例中，反應性改質矽氧烷聚合物以總固體計佔上漿組合物的至少1重量%。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約15重量%或低於15重量%的反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約10重量%或低於10重量%的反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約1重量%與約10重量%之間的反應性改質矽氧烷聚合物。在一些實施例中，上漿組合物包含以總固體計約3重量%與約8重量%之間的反應性改質矽氧烷聚合物。
根據本發明之上漿組合物之各種實施例亦可包括其他組分，諸 如成膜劑、潤滑劑、其他矽烷、消泡劑、濕潤劑等。
關於成膜劑，本發明之上漿組合物可包括一或多種成膜劑。一般而言，可使用熟習此項技術者已知之適用於上漿組合物之任何成膜劑。在一些實施例中，本發明之上漿組合物可包含複數種成膜劑。熟習此項技術者可基於許多因素選擇一或多種成膜劑，包括例如玻璃纖維之預期用途、上漿組合物之其他組分、待用玻璃纖維加強之聚合物或其他材料、待尺寸化之纖維之特性及其他。舉例而言，若玻璃纖維欲用於加強特定聚合物，則可選擇與彼聚合物相容(或不負面干擾彼聚合物之加強)之成膜劑。
許多成膜劑可用於本發明之各種實施例。可用於本發明之各種實施例中之成膜劑之非限制性實例包含環氧樹脂、聚乙烯吡咯啶酮、聚酯、聚胺基甲酸酯，或其混合物，或其共聚物，或其水性分散液。
在一些實施例中，至少一種成膜劑包含環氧聚合物。可用於一些實施例中之環氧聚合物之一個非限制性實例為EPI-REZ 3514-W56，得自Momentive Specialty Chemicals Inc.，其為環氧當量重量為205g/eq至225g/eq之環氧樹脂水性分散液。可用於一些實施例中之環氧聚合物之另一非限制性實例為EPON 828，得自Momentive Specialty Chemicals Inc.，其為具有185g/eq至192g/eq之環氧當量的環氧樹脂。可使用之環氧聚合物之其他非限制性實例包括(但不限於)得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之EPI-REZ 3515-W-60，其為具有220g/eq至260g/eq之當量的雙酚A環氧樹脂之水性分散液；及得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之EPI-REZ 3522-W-60，其為550g/eq至650g/eq固體雙酚A環氧樹脂之水性分散液。視如何提供環氧樹脂成膜劑而定，可能需要將一或多種界面活性劑或乳化劑添加至環氧樹脂乳液中，以便在製備上漿組合物時使其穩定。其他環氧樹脂成膜劑以已包括一或多種界面活性劑之乳液形式提供。一般技術者可基於 所使用之特定乳液來確定是否可能需要將一或多種界面活性劑或乳化劑添加至環氧樹脂乳液中。
可用於本發明之一些實施例中之成膜劑的另一實例為聚乙烯吡咯啶酮。可用於本發明之一些實施例中之聚乙烯吡咯啶酮的一個非限制性實例為聚乙烯吡咯啶酮K-30，其可購自多個供應商。可使用之聚乙烯吡咯啶酮之其他非限制性實例包括(但不限於)聚乙烯吡咯啶酮K-15及聚乙烯吡咯啶酮K-90，其可購自多個供應商。
如上文所指示，根據本發明之各種實施例之上漿組合物可包括一種成膜劑或成膜劑組合，且不應理解為僅限於本文中特定識別之彼等物。
在一些實施例中，一或多種成膜劑以總固體計一般以約50重量%或超過50重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種成膜劑以總固體計可以約90重量%或低於90重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種成膜劑以總固體計可以約60重量%或超過60重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種成膜劑以總固體計可以約70重量%或超過70重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種成膜劑以總固體計可以佔上漿組合物約60重量%與約90重量%之間的量存在於上漿組合物中。
如上文所指出，視所使用之特定成膜劑而定，一或多種乳化劑或界面活性劑可用於促進成膜劑分散於水或水溶液中。在一些實施例中，乳化劑亦可有助於乳化或分散上漿組合物之其他組分。適合乳化劑之非限制性實例可包括聚氧伸烷基嵌段共聚物、乙氧基化烷基酚、聚氧化乙烯辛基苯基二醇醚、山梨糖醇酯之環氧乙烷衍生物、聚氧乙基化植物油、乙氧基化烷基酚及壬基苯酚界面活性劑。適用於本發明實施例中之市售乳化劑之實例可包括Pluronic F-108，其為聚氧伸烷 基嵌段共聚物且可購自BASF Corp.；Alkamuls EL-719，其為乙氧基化蓖麻油且可購自Rhodia；及Lutensol OP-10，其為辛基酚乙氧基化物且可購自BASF Corp.。
如上文所指示，本發明之實施例可使用一或多種乳化劑或界面活性劑。多種乳化劑可用於一些實施例以有助於提供更穩定的乳液。多種乳化劑可以將疏水性組分(諸如某些成膜劑)有效分散於水或水溶液中之量使用。在包括一或多種乳化劑或界面活性劑之上漿組合物之一些非限制性實施例中，乳化劑或界面活性劑之總量以總固體計可佔上漿組合物之至多二十(20)重量%。在其他非限制性實施例中，乳化劑之總量以總固體計可佔上漿組合物之至多十七(17)重量%。在其他非限制性實施例中，乳化劑之總量以總固體計可佔上漿組合物之至多十六(16)重量%。在一些實施例中，乳化劑之總量以總固體計可佔上漿組合物之十(10)重量%或超過10重量%。在一些實施例中，乳化劑之總量以總固體計可佔上漿組合物之十(10)重量%與二十(20)重量%之間。
現轉向偶合劑，本發明之一些實施例可進一步包含一或多種偶合劑。可用於本發明上漿組合物中之偶合劑的非限制性實例包括有機矽烷偶合劑、過渡金屬偶合劑、含胺基沃納偶合劑(amino-containing Werner coupling agent)、鉻偶合劑及其混合物。此等偶合劑通常具有多個官能性。各金屬或矽原子連接有一或多個基團，該等基團可與玻璃纖維表面反應或以其他方式化學吸引(但不一定鍵結)至玻璃纖維表面。偶合劑亦與可用於最終產物之樹脂相互作用及/或反應，以使得偶合劑促進玻璃纖維與樹脂之間的黏著。
本發明之上漿組合物之一些實施例可包含有機矽烷偶合劑。適合有機矽烷偶合劑之非限制性實例包括Silquest A-187 γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、Silquest A-1100 γ-胺丙基三乙氧基矽烷、 Silquest A-174 γ-甲基丙烯醯氧基丙基三甲氧基矽烷及Silquest A-1120 N-(β-胺基乙基)-γ-胺基丙基三甲氧基矽烷，各可購自Momentive Performance Materials Inc.；以及DYNASYLAN® GLYMO 3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷、DYNASYLAN® MEMO 3-甲基丙烯醯氧基丙基-三甲氧基矽烷及DYNASYLAN® AMEO 3-胺基丙基三乙氧基矽烷，各可購自Evonik Industries。在一個非限制性實施例中，3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷(諸如DYNASYLAN® GLYMO)可用於本發明之上漿組合物中。視特定應用而定，亦可使用適合的其他有機矽烷或有機矽烷之組合。
在一些實施例中，一或多種偶合劑以總固體計一般以約1重量%或超過1重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種偶合劑可在一些實施例中以總固體計以約3重量%或超過3重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種偶合劑可以總固體計以約15重量%或低於15重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種偶合劑可在一些實施例中以總固體計以約10重量%或低於10重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種偶合劑可以總固體計以約8重量%或低於8重量%之上漿組合物的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種偶合劑可以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約10重量%之間的量存在於上漿組合物中。在一些實施例中，一或多種偶合劑可以總固體計佔上漿組合物約3重量%與約8重量%之間的量存在於上漿組合物中。
在一個非限制性實施例中，本發明之上漿組合物可進一步包含至少一種潤滑劑。潤滑劑可用於例如本發明之上漿組合物中以有助於內部潤滑(例如纖維之間的磨損)及有助於外部潤滑(例如玻璃與接觸點之間的磨損)。可選擇用於本發明實施例中的潤滑劑以向上漿組合物 提供該等特性。在一些非限制性實施例中，至少一種潤滑劑可包含至少一種陽離子潤滑劑。在一些非限制性實施例中，至少一種潤滑劑可包含至少一種非離子潤滑劑。在其他實施例中，至少一種潤滑劑可包含至少一種陽離子潤滑劑及至少一種非離子潤滑劑。
陽離子潤滑劑在本發明實施例中可用於例如有助於內部潤滑，諸如藉由減少長絲之間或玻璃之間的磨損。一般而言，熟習此項技術者已知之大部分陽離子潤滑劑可用於本發明之各種實施例中。適合於本發明之陽離子潤滑劑之非限制性實例包括具有胺基之潤滑劑、具有乙氧基化胺氧化物之潤滑劑及具有乙氧基化脂肪醯胺之潤滑劑。具有胺基之潤滑劑之一個非限制性實例為改質聚乙烯胺，例如KATAX 6717L，其為可購自Pulcra Chemicals,Rock Hill,SC之部分醯胺化聚乙烯亞胺。適用於本發明實施例之陽離子潤滑劑之另一實例為ALUBRASPIN 226，其為可購自BASF Corp.,Parsippany,New Jersey之部分醯胺化聚乙烯亞胺。
在使用陽離子潤滑劑之上漿組合物之一個非限制性實施例中，陽離子潤滑劑之量以總固體計可佔上漿組合物之至多十(10)重量%。在另一非限制性實施例中，陽離子潤滑劑之量以總固體計可佔上漿組合物之0.3重量%或超過0.3重量%。在另一非限制性實施例中，陽離子潤滑劑之量以總固體計可佔上漿組合物之0.3重量%與八(8)重量%之間。在另一非限制性實施例中，陽離子潤滑劑之量以總固體計可佔上漿組合物之0.3重量%與五(5)重量%之間。在另一非限制性實施例中，陽離子潤滑劑之量以總固體計可佔上漿組合物之0.3重量%與三(3)重量%之間。
在一些實施例中，本發明之上漿組合物亦可包含至少一種非離子潤滑劑。適用於本發明之非離子潤滑劑可有利地在製造及下游加工(例如在纖維玻璃製造商之客戶處)期間減小紗線摩擦、增加潤滑、防 止玻璃與接觸點之間磨損等。舉例而言，適用於本發明之非離子潤滑劑可在製造及加工期間減小纖維與金屬摩擦。
適用於本發明之一些實施例中之非離子潤滑劑的實例可包括乙氧基化脂肪醇，諸如乙氧基化油酸酯(包括例如單油酸酯及二油酸酯)、乙氧基化月桂酸酯(包括例如單月桂酸酯及二月桂酸酯)及乙氧基化樹脂酸酯(ethoxylated tallates)(包括例如單樹脂酸酯及二樹脂酸酯)。可在本發明之一些實施例中用作非離子潤滑劑的適合乙氧基化月桂酸酯之一個非限制性實例為Standapol 2661，可購自Pulcra Chemicals。Standapol 2661為具有平均分子量600之聚乙二醇單月桂酸酯。可在本發明之一些實施例中用作非離子潤滑劑的適合聚乙二醇酯之非限制性實例為MAPEG 400 DO，可購自BASF Corporation。MAPEG 400 DO為具有平均分子量400之聚乙二醇二油酸酯。適合乙氧基化二樹脂酸酯之實例可以產品名稱MAPEG 600 DOT購自BASF Corporation。MAPEG 600 DOT為具有平均分子量600之聚乙二醇二樹脂酸酯。適合乙氧基化二月桂酸酯之實例可以產品名稱MAPEG 400 ML PEG Ester購自BASF Corporation。MAPEG 400 ML PEG Ester為具有平均分子量400之聚乙二醇單月桂酸酯。乙氧基化油酸酯、月桂酸鹽及樹脂酸酯之其他實例亦可以MAPEG產品系列購自BASF Corporation。
在一些非限制性實施例中，非離子潤滑劑可包含至少一種蠟。適用於本發明之一些實施例中之蠟的實例包括聚乙烯蠟、石蠟、聚丙烯蠟、微晶蠟及此等蠟之氧化衍生物。適用於本發明之一些實施例中之聚乙烯蠟的一個實例為Protolube HD-A，其為可購自Bayer Corporation,Pittsburgh,PA之高密度聚乙烯蠟。適合於本發明之一些實施例中之石蠟的實例包括Elon PW，其為可購自Elon Specialties,Concord,NC之石蠟乳液；及Michem Lube 723，其為可購自 Michelman,Inc.之石蠟乳液。
除蠟以外，亦可使用其他非離子潤滑劑。在選擇除如上文所述之蠟外之非離子潤滑劑時，與上漿組合物之其他組分之相容性為重要考慮因素。舉例而言，在一些實施例中，一些油可用作非離子潤滑劑。適合油之實例可包括三酸甘油酯油及基於棕櫚、椰子、大豆等之部分氫化油。
本發明之一些上漿組合物中至少一種非離子潤滑劑之量以總固體計可為上漿組合物之至多十(10)重量%。在一些實施例中，非離子潤滑劑之量以總固體計可為上漿組合物之至多八(8)重量%。在一些實施例中，非離子潤滑劑之量以總固體計可在上漿組合物之一(1)重量%與六(6)重量%之間。在一些實施例中，非離子潤滑劑之量以總固體計可在上漿組合物之二(2)重量%與五(5)重量%之間。
消泡劑可用於本發明之非限制性實施例以控制上漿組合物之發泡。適用於本發明之一些實施例中之消泡劑之非限制性實例為SAG 10消泡劑，其為得自OSi Specialties,Tarrytown,NY之基於矽之消泡劑乳液。熟習此項技術者已知之其他消泡劑亦可用於一些實施例中。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的烷基矽烷及以總固體計佔上漿組合物至少0.1重量%之量的胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約15重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的烷基矽烷及以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約5重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重 量%與約3重量%之間之量的烷基矽烷及以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約2重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷。在一些實施例中，該等上漿組合物可進一步包含以總固體計至少1重量%之量，約1重量%與約10重量%之間之量，或約3重量%與約8重量%之間之量的反應性改質矽氧烷。在一些實施例中，該等上漿組合物可進一步包含以總固體計至少1重量%之量，約1重量%與約15重量%之間之量或約1重量%與約10重量%之間之量的至少一種偶合劑，諸如有機矽烷。在一些實施例中，該等上漿組合物可進一步包含以總固體計至少50重量%之量，至少約60重量%之量或約60重量%與約90重量%之間之量的至少一種成膜劑。
本發明之上漿組合物之一些實施例包含以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的烷基矽烷、以總固體計佔上漿組合物至少0.1重量%之量的胺基官能性矽氧烷、以總固體計至少1重量%之量的至少一種偶合劑及以總固體計至少50重量%之量的至少一種成膜劑。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約15重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的烷基矽烷、以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約5重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷、以總固體計約1重量%與約15重量%之間之量的至少一種偶合劑及以總固體計至少約60重量%之量的至少一種成膜劑。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約3重量%之間之量的烷基矽烷、以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約2重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷、以總固體計約1重量%與約10重量%之間之量的至少一種 偶合劑及以總固體計約60重量%與約90重量%之間之量的至少一種成膜劑。
本發明之上漿組合物之一些實施例包含以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物至少1重量%之量的烷基矽烷、以總固體計佔上漿組合物至少0.1重量%之量的胺基官能性矽氧烷、以總固體計至少1重量%之量的反應性改質矽氧烷、以總固體計至少1重量%之量的至少一種偶合劑及以總固體計至少50重量%之量的至少一種成膜劑。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約15重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的烷基矽烷、以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約5重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷、以總固體計約1重量%與約10重量%之間之量的反應性改質矽氧烷、以總固體計約1重量%與約15重量%之間之量的至少一種偶合劑及以總固體計至少約60重量%之量的至少一種成膜劑。
在一些實施例中，用於玻璃纖維之上漿組合物包含以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約5重量%之間之量的聚醚胺基甲酸酯、以總固體計佔上漿組合物約1重量%與約3重量%之間之量的烷基矽烷、以總固體計佔上漿組合物約0.1重量%與約2重量%之間之量的胺基官能性矽氧烷、以總固體計約3重量%與約8重量%之間之量的反應性改質矽氧烷、以總固體計約1重量%與約10重量%之間之量的至少一種偶合劑及以總固體計約60重量%與約90重量%之間之量的至少一種成膜劑。
本發明之實施例亦係關於纖維玻璃絲束及包含至少一根至少部分塗有本發明之上漿組合物實施例之玻璃纖維的纖維玻璃粗紗。纖維玻璃絲束之該等實施例可包括至少部分塗有本文中所描述之任一種上 漿組合物的玻璃纖維。玻璃纖維係藉由使熔融玻璃經由重力流動通過貴金屬裝置(稱作襯套)中之眾多小開口而產生。在纖維自其襯套發出且通常最緊密接近襯套不久後冷卻之後，此等纖維至少部分塗有本發明之上漿組合物。上漿組合物可藉由噴霧器、捲筒、傳送帶、計量裝置或其他類似應用裝置來施加。將尺寸化玻璃纖維聚集成包含複數個個別纖維(一般200個至大於4000個)之絲束。
在其成形及處理之後，通常將絲束捲繞成「成形封裝」。可使用捲繞器將絲束捲繞至紙管或塑膠管上。成形封裝通常在烘箱中或在室溫下乾燥以自纖維移除一些濕氣。與纖維化玻璃組合物及製造玻璃長絲之方法相關的其他資訊揭示於K.Loewenstein,The Manufacturing Technology of Glass Fibres，(第3版.1993)第30-44、47-60、115-122及126-135頁中。對於一些應用而言，隨後經由習知紡織撚絲技術(諸如撚絲機)將絲束捲繞至線軸上。對於其他應用而言，不將絲束撚絲及/或捲繞至線軸上。
絲束上之上漿組合物之量可量測為「燒失量」或「LOI」。如本文所使用，術語「燒失量」或「LOI」意謂存在於纖維玻璃上之乾燥上漿組合物的重量百分比，如藉由方程式1測定：LOI=100×[(W乾-W裸)/W乾] (方程式1)
其中W乾為在烘箱中在220℉(約104℃)下乾燥60分鐘之後的纖維玻璃重量加塗層重量，且W裸為在烘箱中在1150℉(約621℃)下加熱纖維玻璃20分鐘且在乾燥器中冷卻至室溫之後的裸纖維玻璃重量。
一般而言，雖然未限制，但本發明之纖維玻璃絲束實施例之燒失量(LOI)可至多為2%。在其他非限制性實施例中，LOI可至多為1.5%。在其他非限制性實施例中，LOI可至多為1%。在較低LOI位準下，可增加纖維玻璃產物之斷裂長絲含量。然而，增加LOI增加生產成本。因此，在一些非限制性實施例中，LOI可在0.4重量%與1重量% 之間。
在非限制性實施例中，本發明之纖維玻璃絲束可包含每個絲束二十(20)個與一萬(10,000)個之間的長絲。在其他非限制性實施例中，本發明之纖維玻璃絲束可包含每個絲束兩百(200)個與四千五百(4,500)個之間的長絲。在非限制性實例中，視應用而定，絲束可為每磅50碼至每磅大於18,000碼。對於一些應用(諸如長絲捲繞)而言，絲束可通常在每磅250碼與每磅675碼之間，但可使用其他產量。
用於本發明之纖維玻璃絲束之非限制性實施例中之長絲的直徑一般可在五(5)微米與八十(80)微米之間。在一些非限制性實施例中，長絲之直徑可在七(7)微米與二十八(28)微米之間。在一些非限制性實施例中，長絲之直徑可在十三(13)微米與二十四(24)微米之間。
至少部分塗有本發明之上漿組合物實施例之纖維玻璃絲束可用於多種不同應用中。此類應用之一個實例為長絲捲繞。長絲捲繞為常用於製造纖維玻璃加強型複合材料(通常為圓柱形)之技術。圓柱形長絲捲繞複合材料可用作例如管。環氧樹脂常被用於長絲捲繞應用中，但一般技術者當知曉亦可使用其他樹脂。
在典型長絲捲繞操作中，用基質材料(通常包括熱固性樹脂、一或多種固化劑及/或其他添加劑)塗佈複數個纖維玻璃絲束，且隨後以預定圖案捲繞在圓柱形心軸上達預定厚度。在捲繞之後，隨後藉由加熱指定時間段來固化該管。隨後移除心軸。
存在兩種常見類型之長絲捲繞方法：濕式長絲捲繞及乾式長絲捲繞。在濕式長絲捲繞中，使絲束通過容納基質材料之浴，且隨後通過孔口以自絲束移除過量基質材料。隨後，將「濕」絲束捲繞於心軸上且如上文所描述固化。在乾式長絲捲繞中，將乾燥纖維玻璃絲束捲繞於心軸上，且隨後將基質材料施加於心軸上之絲束上。視纖維玻璃絲束是否用於乾式長絲捲繞操作或濕式長絲捲繞操作而定，可使用根 據本發明之一些實施例的不同上漿組合物。本發明之纖維玻璃絲束可使用熟習此項技術者已知之技術進行長絲捲繞以形成加強型管或其他結構。
另外，熟習此項技術者可識別可使用根據本發明之纖維玻璃絲束之其他應用。舉例而言，本發明之纖維玻璃絲束或粗紗可編織成織物，且隨後使用拉擠或手工塗佈技術形成複合材料。
本發明之一些實施例係關於纖維玻璃加強型複合材料。在一些實施例中，複合材料包含樹脂及至少部分塗有本發明之上漿組合物之複數個玻璃纖維。一般而言，本發明之任一種上漿組合物可用於該等複合材料中。在一些實施例中，待加強之樹脂為熱固性樹脂。在一些其他實施例中，熱固性樹脂包含環氧樹脂。在一些實施例中，本發明之複合材料呈管形式。
本發明之一些實施例係關於一種管。在一些實施例中，該管包含熱固性樹脂及至少部分塗有本發明之上漿組合物之複數個玻璃纖維。在一些實施例中，該管可由長絲捲繞形成。在一些實施例中，熱固性樹脂可包含環氧樹脂。
在一些實施例中，本發明之纖維玻璃加強型複合材料可具有一或多種所需特性，包括(但不限於)所需耐水解性(短期及長期)、所需強度、層間剪切強度及與複合材料之耐久性相關的其他特性。
現將在以下特定的非限制性實例中說明本發明之實施例。
實例
根據表1及表2中所闡述之配方製備上漿組合物。此等調配物代表本發明之上漿組合物之非限制性實施例。調配物A為可用於例如濕式或乾式長絲捲繞方法中之玻璃纖維上之上漿組合物之非限制性實施例。調配物B為可用於例如濕式長絲捲繞方法中之上漿組合物之非限制性實施例。調配物C為可用於例如濕式或乾式長絲捲繞方法中之玻 璃纖維上之上漿組合物之非限制性實施例。
1 得自Pulcra Chemicals之平均分子量為600之Standapol 2661聚乙二醇單月桂酸酯。
2 得自ISP Chemicals,Wayne,NJ之PVP K-30聚乙烯吡咯啶酮。
3 得自Pulcra Chemicals之Katax 6717L部分醯胺化聚乙烯亞胺。
4 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之EPON 880環氧樹脂。
5 得自BASF Corp.之Pluronic F-108聚環氧烷嵌段共聚物。
6 得自Rhodia之Alkamuls EL-719乙氧基化蓖麻油。
7 得自BASF Corp.之Lutensol OP-10辛基酚乙氧基化物。
8 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之環氧當量為205-225g/eq之EPI-REZ 3514-W56環氧樹脂水性分散液。
9 聚環氧烷胺與碳酸伸丙酯之反應產物。
10 得自Momentive Performance Materials Inc.之COATOSIL 9300有機改質聚二甲基矽氧烷乳液。
11 得自Evonik Industries,Inc.之DYNAYLAN SIVO 850烷基三乙氧基矽烷。
12 得自Evonik Industries,Inc.之DYNASYLAN® GLYMO 3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷。
13 得自Evonik Industries,Inc.之HYDROSIL® 2909。
14 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之SAG-10聚矽氧消泡乳液。
15 得自Pulcra Chemicals之平均分子量為600之Standapol 2661聚乙二醇單月桂酸酯。
16 得自Goulston Technologies,Inc.之Lurol 14330乳液。
17 得自Michelman,Inc.之Michem Lube 723非離子石蠟乳液。
18 得自ISP Chemicals,Wayne,NJ之PVP K-30聚乙烯吡咯啶酮。
19 得自Pulcra Chemicals之Katax HGBB部分醯胺化聚乙烯亞胺。
20 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之EPON 880環氧樹脂。
21 得自BASF Corp.之Pluronic F-108聚氧伸烷基嵌段共聚物。
22 得自Rhodia之Alkamuls EL-719乙氧基化蓖麻油。
23 得自BASF Corp.之Lutensol OP-10辛基酚乙氧基化物。
24 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之環氧當量為205-225g/eq之EPI-REZ 3514-W56環氧樹脂水性分散液。
25 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之環氧當量為480-560g/eq之EPI-REZ 5520-W-60環氧樹脂水性分散液。
26 聚環氧烷胺與碳酸伸丙酯之反應產物。
27 得自Momentive Performance Materials Inc.之COATOSIL 9300有機改質聚二甲基矽氧烷乳液。
28 得自Evonik Industries,Inc.之DYNAYLAN SIVO 850烷基三乙氧基矽烷。
29 得自Evonik Industries,Inc.之DYNAYLAN PTMO烷基三乙氧基矽烷。
30 得自Evonik Industries,Inc.之DYNASYLAN GLYMO 3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷。
31 得自Evonik Industries,Inc.之DYNASYLAN AMEO 3-胺基丙基三乙氧基矽烷。
32 得自Evonik Industries,Inc.之HYDROSIL 2909。
33 得自Momentive Specialty Chemicals Inc.之SAG-10聚矽氧消泡乳液。
製備上漿組合物
為製備上漿組合物A，將去離子水(60-90℉)(每10加侖所需上漿組合物4.5公升)添加至主混合槽中。將熱水(約150℉)(每10加侖所需上漿組合物0.7公升)添加至預混合槽中。將指定量非離子潤滑劑添加至預混合槽中之水中，以中等速度攪拌五分鐘，且隨後轉移至主混合 槽中。隨後，將指定量成膜劑A添加至主混合槽中。
將指定量陽離子潤滑劑添加至預混合桶中且添加熱水(約150℉)(每10加侖所需上漿組合物0.4公升)。攪拌預混合桶15分鐘，且隨後轉移至主混合槽中。
將指定量成膜劑B、乳化劑A、乳化劑B及乳化劑C添加至Eppenbach貯槽中。隨後開啟Eppenbach混合器及快速混合器且將貯槽加熱至約150℉。一旦達至彼溫度且澈底混合成分，使用1.0加侖/分鐘水系統將約3公升熱水(約150℉)添加至Eppenbach貯槽中直至出現逆轉。快速混合器仍處於啟動狀態，且調節Eppenbach隔板於確保最佳逆轉。逆轉之後，添加足夠熱水(約150℉)以使乳液體積加倍至約12公升。隨後，將乳液轉移至主混合槽中。
隨後，將指定量聚醚胺基甲酸酯直接添加至主混合槽中。隨後，將指定量烷基矽烷直接添加至主混合槽中。
為製備矽烷，將去離子水(約75℉)(每10加侖所需上漿組合物9公升)添加至預混合槽中。開啟攪拌器，且添加乙酸(每10加侖所需上漿組合物61毫升)。隨後，將矽烷緩慢添加至預混合槽中。攪拌溶液30分鐘直至完全溶解。隨後，將矽烷溶液轉移至主混合槽中。
隨後，將指定量矽氧烷添加至主混合槽中，之後添加指定量消泡劑。隨後，攪拌主混合槽，同時添加足夠的冷水(約75℉)，使得上漿組合物達至其所需體積。進一步攪拌至少15分鐘之後，測試上漿組合物以確保其滿足目標固體百分比(18.9%)及pH(4.6)。
為製備上漿組合物B，將去離子水(60-90℉)(每10加侖所需上漿組合物4.5公升)添加至主混合槽中。將熱水(約150℉)(每10加侖所需上漿組合物0.7公升)添加至預混合槽中。將指定量非離子潤滑劑添加至預混合槽中之水中，以中等速度攪拌五分鐘，且隨後轉移至主混合槽中。隨後，將指定量成膜劑A添加至主混合槽中。
將指定量陽離子潤滑劑添加至預混合桶中且添加熱水(約150℉)(每10加侖所需上漿組合物0.4公升)。攪拌預混合桶15分鐘，且隨後轉移至主混合槽中。
隨後，將指定量成膜劑C直接添加至主混合槽中。隨後，將指定量聚醚胺基甲酸酯直接添加至主混合槽中。隨後，將指定量反應性改質矽氧烷聚合物直接添加至主混合槽中。隨後，將指定量烷基矽烷直接添加至主混合槽中。
為製備矽烷，將去離子水(約75℉)(每10加侖所需上漿組合物9公升)添加至預混合槽中。開啟攪拌器，且添加乙酸(每10加侖所需上漿組合物61毫升)。隨後，將矽烷緩慢添加至預混合槽中。攪拌溶液30分鐘直至完全溶解。隨後，將矽烷溶液轉移至主混合槽中。
隨後，將指定量矽氧烷添加至主混合槽中，之後添加指定量消泡劑。隨後，攪拌主混合槽，同時添加足夠的冷水(約75℉)，使得上漿組合物達至其所需體積。進一步攪拌至少15分鐘之後，測試上漿組合物以確保其滿足目標固體百分比(18.9%)及pH(4.6)。
為製備上漿組合物C，將去離子水(60-90℉)(每10加侖所需上漿組合物4.5公升)添加至主混合槽中。
為製備矽烷A及烷基矽烷B，將去離子水(約75℉)(每10加侖所需上漿組合物9公升)添加至預混合槽中。開啟攪拌器，且添加乙酸(每10加侖所需上漿組合物69毫升)。隨後，將矽烷A緩慢添加至預混合槽中。攪拌溶液30分鐘，隨後將烷基矽烷B緩慢添加至預混合槽中。再攪拌溶液30分鐘直至完全溶解。隨後，將矽烷溶液轉移至主混合槽中。
為製備矽烷B，將去離子水(約75℉)(每10加侖所需上漿組合物4公升)添加至預混合槽中。開啟攪拌器，且添加乙酸(每10加侖所需上漿組合物54毫升)。隨後，將矽烷B緩慢添加至預混合槽中。攪拌溶液 30分鐘直至完全溶解。隨後，將矽烷溶液轉移至主混合槽中。
將指定量陽離子潤滑劑添加至預混合桶中且添加熱水(約150℉)(每10加侖所需上漿組合物0.4公升)。攪拌預混合桶15分鐘，且隨後轉移至主混合槽中。
隨後，將指定量成膜劑C直接添加至主混合槽中。隨後，將指定量成膜劑D直接添加至主混合槽中。
隨後，將指定量非離子潤滑劑B直接添加至主混合槽中。隨後，將指定量非離子潤滑劑C直接添加至主混合槽中。
隨後，將指定量聚醚胺基甲酸酯直接添加至主混合槽中，之後添加指定量消泡劑。
隨後，攪拌主混合槽，同時添加足夠的冷水(約75℉)，使得上漿組合物達至其所需體積。進一步攪拌至少15分鐘之後，測試上漿組合物以確保其滿足目標固體百分比(18.9%)及pH(4.7)。
量測層間剪切強度
將表1及表2中之各上漿組合物施加於纖維玻璃絲束。另外，亦將兩種市售上漿組合物(粗紗)施加於纖維玻璃絲束。在纖維玻璃成形製程期間，當新形成的玻璃長絲直接接觸上漿施加裝置時，將上漿組合物施加於玻璃長絲。隨後，將含有高達4,000根長絲之纖維玻璃絲束捲繞至捲繞器之心軸上以形成粗紗卷裝。在自捲繞器之心軸移除且在烘箱中乾燥之後，粗紗卷裝隨後可用作包括長絲捲繞之複合材料製造過程中之加強材料。施加於玻璃纖維絲束上之上漿量量測為LOI(燒失量)。典型的標稱LOI值在0.40%至0.80%範圍內。用於長絲捲繞之纖維玻璃粗紗絲束之典型標稱纖維直徑在10μm至30μm範圍內。用於長絲捲繞應用之典型標稱粗紗線性密度在600 TEX至4,500 TEX範圍內。
用長絲捲繞法，使用塗有表1及表2中之上漿組合物以及兩種市 售上漿組合物的纖維玻璃粗紗來製造玻璃纖維加強型環氧樹脂複合材料圓筒以用於層間剪切強度(ILSS)測試。在長絲捲繞期間，拉動自粗紗卷裝解開之單個粗紗絲束通過張緊裝置，且隨後進入樹脂浴中而被環氧樹脂浸透，且隨後以86-88度之捲繞角度捲繞至6吋心軸上，以形成複合材料圓柱。用於複合材料圓柱製造之環氧樹脂(D.E.R.383)與環脂族胺硬化劑(VESTAMIN IPD)以100：22之比率混合。在固化及後固化之後，將複合材料圓柱切割成具有ASTM D2344(「聚合物基質複合材料及其層壓物之短光束強度之標準測試方法(Standard Test Method for Short-Beam Strength of Polymer Matrix Composite Materials and Their Laminates)」)中所指定之尺寸之ILSS試樣。根據ASTM D2344測試方法中指定之程序，在PPG纖維玻璃科學及技術中心(PPG Fiber Glass Science and Technology Center,(Shelby,North Carolina)執行ILSS測試。表3中提供此等測試之結果。
如表3中所展示，ILSS資料可用作纖維-基質界面黏結強度及耐久性之指標。在乾式條件及不老化情況下達成特定位準之ILSS值為重要的以確保足夠的初始纖維基質黏結強度。由於纖維玻璃加強型環氧樹脂管通常在內部壓力下、在濕式條件下使用，因此在此類腐蝕性環境中具有耐久纖維-基質界面為同樣重要的。如表3中所展示，在熱水中老化1,000小時之後，所保持之較高ILSS值表示上漿組合物A、上漿組合物B及上漿組合物C之界面耐水解性改良而優於兩種商業上漿組合物。
34測試標準：ASTM D2344
樹脂：D.E.R.383環氧樹脂
硬化劑：VESTAMIN IPD環脂族二胺
可藉由本發明展現之所需特徵包括(但不限於)提供可適用於待用於長絲捲繞法(濕式及/或乾式)中之玻璃纖維上的上漿組合物；提供塗有適用於長絲捲繞法中之上漿組合物的纖維玻璃絲束；提供在下游加工期間可經可接受斷裂程度之處理之纖維玻璃絲束；提供可展現所需抗張強度之纖維玻璃絲束；提供可用於加強具有所需特性(例如強度、耐水解性等)之複合材料的纖維玻璃絲束；及其他。
為實現本發明之各種目標，已描述本發明之各種實施例。應認識到，此等實施例僅為說明本發明之原理。在不背離本發明之精神及範疇之情況下，許多修改及其改編對於熟習此項技術者而言將為顯而易見的。

Claims (43)

  1. 一種用於玻璃纖維之上漿組合物，其包含：聚醚胺基甲酸酯。
  2. 如請求項1之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯以總固體計佔該上漿組合物之至少約1%。
  3. 如請求項1之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯以總固體計佔該上漿組合物之至少約1.5%至3%。
  4. 如請求項1之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯佔該總上漿組合物之小於約15重量%。
  5. 如請求項1之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯佔該總上漿組合物之小於約5重量%。
  6. 如請求項1之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯包含聚氧伸烷基胺與碳酸酯之反應產物。
  7. 如請求項6之上漿組合物，其中該聚氧伸烷基胺包含聚氧伸烷基二胺。
  8. 如請求項7之上漿組合物，其中該聚氧伸烷基二胺包含具有以下結構(I)之化合物：H2N[R1-O]n[R3-O]m-R2-NH2其中各R1、R2及R3可相同或不同，且各自可獨立地表示C2至C12伸烷基，且其中(n+m)為大於2之值。
  9. 如請求項6之上漿組合物，其中該聚氧伸烷基胺包含聚醚胺。
  10. 如請求項9之上漿組合物，其中該碳酸酯包含碳酸伸丙酯。
  11. 如請求項10之上漿組合物，其中該碳酸酯包含環狀碳酸伸丙酯。
  12. 如請求項1之上漿組合物，其進一步包含胺基官能性寡聚矽氧 烷。
  13. 如請求項12之上漿組合物，其中該胺基官能性寡聚矽氧烷包含至少一個鍵結至第一矽原子之烷基及至少一個鍵結至第二矽原子之胺。
  14. 如請求項12之上漿組合物，其中該矽氧烷以總固體計佔該上漿組合物之至少0.1重量%。
  15. 如請求項1之上漿組合物，其進一步包含烷基矽烷。
  16. 如請求項15之上漿組合物，其中該烷基矽烷包含具有至少3個碳原子之直鏈段。
  17. 如請求項16之上漿組合物，其中該烷基矽烷包含丙基三甲氧基矽烷。
  18. 如請求項15之上漿組合物，其中該烷基矽烷以總固體計佔該上漿組合物之至少1重量%。
  19. 如請求項1之上漿組合物，其進一步包含反應性改質矽氧烷聚合物。
  20. 如請求項19之上漿組合物，其中該反應性改質矽氧烷聚合物為有機改質二甲基矽氧烷聚合物。
  21. 如請求項19之上漿組合物，其中該反應性改質矽氧烷聚合物為環氧基官能化矽氧烷聚合物。
  22. 如請求項19之上漿組合物，其中該反應性改質矽氧烷聚合物以總固體計佔該上漿組合物之至少0.1重量%。
  23. 如請求項1之上漿組合物，其進一步包含至少一種成膜劑。
  24. 如請求項23之上漿組合物，其中該至少一種成膜劑包含環氧樹脂成膜劑。
  25. 一種複數個玻璃纖維，其至少部分塗有如請求項1之上漿組合物。
  26. 一種纖維玻璃粗紗，其包含至少部分塗有如請求項1之上漿組合物之複數個玻璃纖維。
  27. 一種用於玻璃纖維之上漿組合物，其包含：聚醚胺基甲酸酯；烷基矽烷；及胺基官能性矽氧烷。
  28. 如請求項27之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯以總固體計佔該上漿組合物之至少約1.5%。
  29. 如請求項27之上漿組合物，其中該聚醚胺基甲酸酯包含聚氧伸烷基胺與碳酸酯之反應產物。
  30. 如請求項29之上漿組合物，其中該聚氧伸烷基胺包含聚氧伸烷基二胺。
  31. 如請求項30之上漿組合物，其中該聚氧伸烷基二胺包含具有以下結構(I)之化合物：H2N[R1-O]n[R3-O]m-R2-NH2其中各R1、R2及R3可相同或不同，且各自可獨立地表示C2至C12伸烷基，且其中(n+m)為大於2之值。
  32. 如請求項31之上漿組合物，其中該聚氧伸烷基胺包含聚醚胺。
  33. 如請求項32之上漿組合物，其中該碳酸酯包含碳酸伸丙酯。
  34. 如請求項33之上漿組合物，其中該碳酸酯包含環狀碳酸伸丙酯。
  35. 如請求項27之上漿組合物，其中該胺基官能性矽氧烷包含至少一個鍵結至第一矽原子之烷基及至少一個鍵結至第二矽原子之胺。
  36. 如請求項27之上漿組合物，其中該矽氧烷以總固體計佔該上漿組合物之至少0.1重量%。
  37. 如請求項27之上漿組合物，其中該烷基矽烷包含具有至少3個碳原子之直鏈段。
  38. 如請求項27之上漿組合物，其中該烷基矽烷以總固體計佔該上漿組合物之至少1.5重量%。
  39. 如請求項27之上漿組合物，其進一步包含反應性改質矽氧烷聚合物。
  40. 如請求項39之上漿組合物，其中該反應性改質矽氧烷聚合物以總固體計佔該上漿組合物之至少0.1重量%。
  41. 一種複數個玻璃纖維，其至少部分塗有如請求項27之上漿組合物。
  42. 一種纖維玻璃粗紗，其包含至少部分塗有如請求項27之上漿組合物之複數個玻璃纖維。
  43. 一種用於玻璃纖維之上漿組合物，其包含：以總固體計之含量佔該上漿組合物至少1.5重量%的聚醚胺基甲酸酯；以總固體計之含量佔該上漿組合物至少1.5重量%的烷基矽烷；及以總固體計之含量佔該上漿組合物至少0.1重量%的胺基官能性矽氧烷。
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