玻璃浆料组合物和用其涂布的玻璃纤维制造技术

玻璃纤维的含水浆料组合物，其中包括一种成膜剂、偶合剂和结晶季戊四醇，这类组合物是特别适用于丝缠绕和牵引挤压成型的玻璃纤维增强物。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

Glass slurry composition and glass fiber coated with the same

Aqueous slurry composition of glass fibers, comprising a film-forming agent, a coupling agent and a crystalline pentaerythritol, which are especially suitable for filament winding and traction extrusion forming glass fiber reinforcement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种浆料组合物，并涉及至少部分地用其涂布的、对增强塑料有用的玻璃纤维。众多增强物中的一种，就是用于缠丝管材的粗纱。粗纱的关键性能是其成丝或分离的程度。人们把一些粗纱制作得能合在一起，而把另一些粗纱制作得能彼此分离或散开。在缠丝管材和牵引挤压成形(pultrusi on)方面，工业界要这种粗纱分离，以便树脂更好地浸湿。本专利技术是一种环氧兼容的缠丝浆料。这种浆料使用结晶的季戊四醇，即2，2-二(羟甲基)-1，3-丙二醇，化学结构为C(CH2OH)4。在成形作业期间，季戊四醇是不溶的，并在玻璃纤维表面形成晶体。这些晶体在张力下使用时有助于一组线的丝化。本专利技术的玻璃浆料组合物适用于技术行家们众所周知的丝状玻璃。各种类型的玻璃丝，如“E”玻璃和其它已知类型的玻璃，都能用本专利技术的浆料上浆。本专利技术的浆料可用在具有宽范围直径的玻璃丝上，而且不管玻璃丝是否聚集成纤维、绳索、粗纱、纱线等，都能在它们上面使用。这种浆料包括使用一种在室温下微溶于水的季戊四醇。在成形工艺期间，这种季戊四醇从溶液中析出，在纤维表面上形成晶体。这些晶体在浸湿期间起到使纤维分离的作用，并使树脂能渗透到玻璃纤维束中。这种浆料含有一种成膜剂，和一种能和季戊四醇协同作用而改善丝的浸湿的偶合剂。我们已经发现，少量季戊四醇(0.5%重量或更少，大于痕重)能大大改善缠丝管材浆料的漏液周期性能。较好的是，本专利技术的浆料按重量百分率计包含重量%成膜剂 1～10偶合剂 0.2～1.5结晶季戊四醇 0.05～0.5聚亚烷基二醇 0.05～2.0润滑剂 0.05～1.5酸 使达到pH小于5水 余额这种含水浆料组合物的成膜聚合物成分可以是任何一种适用的聚合物，能分散或溶解于水介质中，并能在涂布到玻璃纤维上的浆料组合物干燥时结合形成一种膜。为了达到最满意的增强效果，这种成膜聚合物成分还应再进行选择，使之能与要把上浆的玻璃纤维作为增强要素嵌入其中的基体树脂相容。因此，对于要作为环氧树脂或环氧树脂乙烯酯的增强物使用的玻璃纤维的浆料来说，环氧树脂特别适合作为本专利技术的含水浆料组合物的成膜聚合物成分。环氧树脂也适合于在用于增强其它可固化基体树脂例如不饱和聚酯树脂的玻璃纤维的浆料组合物中作为成膜聚合物，但适用的不饱和聚酯等其它成膜聚合物，尤其对于用来增强不饱和聚酯基体树脂的玻璃纤维来说，也可以用作浆料组合物的成膜聚合物。在采用环氧树脂作为本专利技术含水浆料组合物中的成膜聚合物的情况下，基本上线型的表氯醇一双酚A缩合物的二环氧甘油醚是特别适用的，在上浆的玻璃纤维要作为增强物嵌入其中的基体树脂含有环氧树脂乙烯酯的情况下尤其如此。这样的环氧树脂较好能与少量溶剂如双丙酮醇和/或二甲苯混合，这种混合物能用一种非离子型表面活性剂如聚亚烷基二醇分散于浆料组合物的水介质中。本专利技术含水浆料组合物的润滑剂成分可以是任何一种适用于此目的的、通常为液体或固体的润滑材料。这样的材料包括植物油和矿物油，各种类型的蜡，和某些也具有表面活性剂功效的材料，如聚亚烷基二醇的脂肪酸单酯。在本专利技术范围内，已发现较好采用一种通常为液体的润滑材料作为浆料组合物的润滑剂成分的至少一部分。已经发现尤其好的是采用聚乙二醇的异硬脂肪酸单酯作为润滑剂的通常液体部分，而如果通常为固体的润滑剂材料要与之一起使用，则采用通常为固体的聚乙二醇硬脂酸单酯。本专利技术含水浆料组合物的偶合剂成分包括有一个连接到硅烷的硅原子上的易水解键的有机硅烷，或其水解产物。这种有机硅烷可以有一个通过不可水解键连接到硅原子上的环氧基团，即环氧乙烷基团。有机硅烷也可以有一个通过不可水解键连接到硅烷的硅原子上的丙烯酰基或甲基丙烯酰基;较好是，丙烯酰基或甲基丙烯酰基是一个丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基。有机硅烷包括含有Si(OR)2结构的单硅烷，其中R实际上可以是任何一种有机基团，但低级烷基如甲基或乙基是特别方便和满意的。有机硅烷的一个实例是一种缩水甘油氧基聚亚甲基三烷氧基硅烷，例如3-缩水甘油氧基-1-丙基三甲氧基硅烷。另一个实例是一种丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基聚亚甲基三烷氧基硅烷，例如3-甲基丙烯酰氧基-1-丙基三甲氧基硅烷。我更喜欢有机硅烷，如联合碳化物公司出品牌号为A-187的γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷。其它适用的偶合剂包括γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，联合碳化物公司出品牌号为A-174;二氨基丙基三甲氧基硅烷，和γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，联合碳化物公司出品牌号为A-1100。浆料中添加一种酸，主要是为了控制pH。酸的用量足以使浆料的pH小于5。然而，可以增加酸的用量，以使浆料的pH在约3至约4的范围内，较好达到约3.7的pH。更好的是，本专利技术的浆料按重量百分率计包括重量%成膜剂 0.5～1.0偶合剂 0.5～1.0结晶季戊四醇 0.1～0.3聚亚烷基二醇 0.5～1.5润滑剂 0.5～1.0酸 使达到pH小于4水 余额总固体含量较好是约1～约25%，更好的是约3～约10%(重量)。含水浆料组合物可以涂布到玻璃纤维上，把这些纤维牵引到借助于喷雾、浸没或任何其它适用方法润湿或淹没了含水浆料组合物的辊筒、垫子或其它适用表面上。含水浆料组合物中不挥发成分的总浓度可以调节的范围很宽，这取决于所要采用的涂布方法，所要上浆的玻璃纤维的特征，如它们的直径和组成，以及对上浆纤维的预期用途所希望的干浆料涂层重量。较好的是，上浆纤维的负荷为约0.25～约1.0%(重量)干浆料。本专利技术的上浆玻璃可以掺合到所要增强的可固化基体树脂中，因而在最终固化的树脂物品中既可以是单线也可以是多丝线，后者更常用而且较好，而且既可以是长的、基本上连续的单元也可以是切短的小段，这取决于所要成形的物品的形状和制作方法。本专利技术上浆的玻璃纤维尤其适合以长的、基本连续的多丝线形式用于增强固化的树脂物品，如用缠丝法制作的管材或罐槽，为此，通过把上浆的玻璃纤维缠绕一个适当的模型，同时把液体基体树脂涂布到该模型上，使其嵌入液体基体树脂中，办法是当玻璃纤维线接近用以建造该物品的缠绕模型时，用树脂涂布玻璃纤维线。随后使基体树脂固化，提供最终增强的树脂物品。呈多丝长线形式的本专利技术上浆玻璃纤维，也尤其适合用于增强通过所谓“牵引挤压成形”(pultrusion)工艺成形的固化树脂物品，其中，将上浆纤维的线牵引通过一个使之浸没于液体基体树脂中的区域，然后牵引通过一个成形模具，从而除去过量的液体树脂，再使已将玻璃纤维线嵌于其中的剩余树脂成形，成为具有所希望的横截面的形式，然后使之固化。实例Ⅰ一种较好的含水浆料组合具有下列配方重量%环氧树脂AD 502＊，得自Owens-Corning Fiberglas公司 8.7有机硅烷A-187，得自联合碳化物公司 0.8结晶季戊四醇，熔点260℃ 0.12聚乙二醇单硬脂酸酯，PEG-400M.O.，得自Ethox Chemicals公司 1.4聚乙烯亚胺，Emery 6760u 0.9柠檬酸 0.04水 余额＊这种环氧树脂是表氯醇/双酚A缩合物的二环氧甘油醚，环氧当量约为250。这种浆料用辊式涂布器涂布到E-玻璃纤维上，随后把这些纤维组合成一股线，把这股线缠绕到旋转的心轴上，产生一个组件，把这个组件放进一个加热到26本文档来自技高网...

【技术保护点】
玻璃纤维的含水浆料组合物，其中包含一种成膜剂、偶合剂和结晶季戊四醇。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RC布兰农，
申请(专利权)人：欧文斯科宁纤维玻璃公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]