高性能玻璃纖維纏繞紗浸潤劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及一種高性能玻璃纖維纏繞紗浸潤劑，屬于玻璃纖維浸潤劑領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高性能玻璃纖維是指相對普通玻璃纖維而言，具有更高的力學(xué)性能、更強(qiáng)的耐腐 蝕性能、更高的耐熱溫度、優(yōu)良的介電和電絕緣性能等，其作為高性能復(fù)合材料的增強(qiáng)基 材，主要用于航空、航天、兵器、核工業(yè)等國防領(lǐng)域。高性能玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料關(guān)鍵技術(shù) 之一是決定材料工藝和復(fù)合材料界面等性能的浸潤劑技術(shù)。
[0003] 浸潤劑是一種玻璃纖維表面處理劑，玻璃纖維從漏板流出后通常需要用水性的浸 潤劑進(jìn)行處理，賦予玻璃纖維良好的紡織加工性能及其復(fù)合材料優(yōu)異的力學(xué)性能。不同的 浸潤劑所賦予玻璃纖維的性能不同，各種用于紡織、編織用的無搶粗紗必須具有良好的紡 織使用性能W及與基材樹脂之間具有良好的相容性才能滿足各種不同的產(chǎn)品需求。因此開 發(fā)適用于高性能玻璃纖維及其復(fù)合材料的浸潤劑至關(guān)重要。
[0004] US 20050279140A1公開了一種纏繞紗浸潤劑配方，該配方成膜劑含有一種環(huán)氧樹 脂乳液、一種或者多種偶聯(lián)劑、一種陽離子潤滑劑和一種酸，環(huán)氧乳液的環(huán)氧當(dāng)量為175- 190g/eq。該配方生產(chǎn)的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有較好力學(xué)性能和加工性能。
[0005] US 20090075544A1公開了一種用于增強(qiáng)熱固性樹脂的浸潤劑配方，該配方成膜劑 含有一種環(huán)氧樹脂乳液、一種偶聯(lián)劑組合、一種非離子潤滑劑和一種結(jié)晶多元醇，環(huán)氧乳液 的環(huán)氧當(dāng)量優(yōu)選180-195g/eq。該配方生產(chǎn)的玻璃纖維摩擦阻力小，且環(huán)氧樹脂、聚醋樹脂 和乙締基樹脂均具有良好的相容性，主要應(yīng)用于纏繞和拉擠工藝。
[0006] US 008129018B2公開了一種高性能玻璃纖維用浸潤劑配方，該配方包含一種環(huán)氧 成膜劑、一種聚氨醋成膜劑、一種氨基和環(huán)氧基偶聯(lián)劑組合、一種陽離子和非離子潤滑劑組 合、一種抗靜電劑和至少一種酸，環(huán)氧乳液的環(huán)氧當(dāng)量優(yōu)選為185-192g/eq。用該浸潤劑的 玻璃纖維有良好的加工性能如編織，其復(fù)合材料具有較好的力學(xué)性能和抗裂強(qiáng)度。
[0007] 上述纏繞紗浸潤劑配方中成膜劑一般僅選用環(huán)氧當(dāng)量為175~200g/eq的低分子 量環(huán)氧樹脂乳液，或者是選用175~200g/eq的環(huán)氧樹脂乳液加1~巧巾水溶性樹脂的組合， 僅使用175~200g/eq的環(huán)氧樹脂乳液無法滿足加工性能，玻纖原絲在后續(xù)加工過程中產(chǎn)生 較多的毛羽，而添加水溶性環(huán)氧樹脂的配方生產(chǎn)的玻纖產(chǎn)品儲存穩(wěn)定性較差，紗線易變硬， 不利于復(fù)合材料的加工及其力學(xué)性能。因此從提高玻纖加工性能和復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度運(yùn) 兩方面作用，仍然有必要開發(fā)新高性能玻纖的纏繞紗浸潤劑配方，使玻纖與聚合物樹脂具 有良好的相容性，賦予復(fù)合材料更優(yōu)的力學(xué)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高性能玻璃纖維纏繞紗浸潤劑， 不僅能提高玻璃纖維的紡織加工性能，且可提高其復(fù)合材料的力學(xué)性能。
[0009]本發(fā)明的另一個目的還在于提供上述浸潤劑的制備方法。
[0010] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用w下技術(shù)方案：
[0011] -種高性能玻璃纖維纏繞紗浸潤劑，所述浸潤劑的固含物占浸潤劑總質(zhì)量的5~ 7%，其余為去離子水，所述浸潤劑的固含物包括如下組分：W浸潤劑固含物的總質(zhì)量為 100 %計，含有55~80%的環(huán)氧樹脂乳液，10~27 %的非離子潤滑劑，5-18%的硅烷偶聯(lián)劑， 0.5~2.5 %的潤濕劑，1~5.5 %有機(jī)酸。
[0012] 進(jìn)一步，所述浸潤劑的固含物包括如下組分：?浸潤劑固含物的總質(zhì)量為100% 計，含有60~72%的環(huán)氧樹脂乳液，15~25%的非離子潤滑劑，8~14%的硅烷偶聯(lián)劑，1~ 1.5 %的潤濕劑，2~5 %有機(jī)酸。
[0013] 所述的環(huán)氧樹脂乳液是低分子量液體雙酪A型環(huán)氧樹脂經(jīng)過表面活性劑乳化制備 而成，環(huán)氧樹脂環(huán)氧當(dāng)量為180~250g/eq，優(yōu)選210~240g/eq，制備方法為本領(lǐng)域的公知技 術(shù)，表面活性劑用量為樹脂質(zhì)量的8~20%，優(yōu)選為10~15%。采用的表面活性劑為非離子 表面活性劑（均由己斯夫提供），包括但不僅限于化UR0NIC P103,一種氧化乙締/氧化丙締 的共聚物;PLUR0NIC巧7,氧化乙締/氧化丙締的共聚物;PLUR0NIC 10R5,一種氧化乙締/氧 化丙締的共聚物;PLUR0NIC L101，PLUR0NIC P105等。環(huán)氧樹脂乳液成膜劑，在浸潤劑中的 主要作用為保護(hù)纖維在后道加工工序中免受損傷W及賦予纖維與基體樹脂間良好的相容 性，此外成膜劑還提供單絲之間的粘結(jié)性，增加原絲的集束性，提高加工性能減少毛羽的產(chǎn) 生。
[0014] 本發(fā)明所述的浸潤劑組分中的非離子型潤滑劑用作"濕潤滑"且提供纖維在纏繞 過程中的額外保護(hù)作用。非離子型潤滑劑還可W降低毛絲的產(chǎn)生。本發(fā)明所述的非離子潤 滑劑選自PEG400單油酸醋、PEG600單油酸醋、PEG200單月桂酸醋、PEG600單硬脂酸醋或 PEG600月桂酸醋中的一種或兩種W上任意比例的混合物，優(yōu)選為PEG400單油酸醋。
[0015] 本發(fā)明所述的硅烷偶聯(lián)劑，選自A-1100(丫-氨丙基Ξ乙氧基硅烷）、Α-1120(Ν-β (氨乙基-丫 -氨丙基二甲氧基硅烷）、A-187( 丫 -縮水甘油酸基丙烷二甲氧基硅烷）、A-174 (丫-(甲基丙締酷氧）丙基Ξ甲氧基硅烷)或A172(乙締基-Ξ(2-甲氧基乙氧基)硅烷）中的 任意一種。硅烷偶聯(lián)劑的功能是增強(qiáng)成膜劑與玻璃纖維的粘接性，可降低纖維在加工過程 中的毛絲量和斷頭;賦予玻纖表面與基體樹脂良好的相容性，提高復(fù)合材料性能。
[0016] 本發(fā)明所述的潤濕劑是一種低分子量結(jié)晶多元醇，浸潤劑中含有結(jié)晶多元醇可促 進(jìn)單纖維表面與熱固性樹脂的接觸，從而提高纖維的浸透性，另外少量的結(jié)晶多元醇可提 高玻璃纖維纏繞管道的循環(huán)次數(shù)。所述的結(jié)晶多元醇潤濕劑優(yōu)選為單季戊四醇。
[0017] 本發(fā)明所述有機(jī)酸選自醋酸、甲酸、班巧酸、棚酸或者巧樣酸中的任意一種，優(yōu)選 醋酸或者巧樣酸。硅烷偶聯(lián)劑要在一定pH條件下水解，酸的用量根據(jù)所用偶聯(lián)劑種類及用 量決定。配好的浸潤劑要在一定pH條件下儲存和適用，一般pH值為3~7的酸性環(huán)境，優(yōu)選為 3.5~5.5〇
[0018] 上述高性能玻璃纖維纏繞紗浸潤劑的制備方法，包括如下步驟：
[0019] (1)向預(yù)混合容器中加入占浸潤劑總量40~60%的去離子水，邊攬拌邊加入有機(jī) 酸，將抑值調(diào)至3~4，然后邊攬拌邊緩慢加入硅烷偶聯(lián)劑，持續(xù)攬拌至液體表面澄清，得到 硅烷偶聯(lián)劑溶液；
[0020] (2)將環(huán)氧樹脂乳液加入主混合容器中，加入去離子水將環(huán)氧樹脂乳液稀釋；
[0021] (3)將潤滑劑用去