高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，所述浸润剂的固含物占浸润剂总质量的5～7％，其余为去离子水，所述浸润剂的固含物包括如下组分：以浸润剂固含物的总质量为100％计，含有55～80％的环氧树脂乳液，10～27％的非离子润滑剂，5-18％的硅烷偶联剂，0.5～2.5％的润湿剂，1～5.5％有机酸。本法发明专利技术的浸润剂赋予玻纤优异加工性能，毛羽少，且与环氧树脂、聚酯树脂和乙烯基树脂热固性树脂相容性好，界面强度高，复合材料具有优异的湿态剪切强度保留率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，属于玻璃纤维浸润剂领域。
技术介绍
高性能玻璃纤维是指相对普通玻璃纤维而言，具有更高的力学性能、更强的耐腐蚀性能、更高的耐热温度、优良的介电和电绝缘性能等，其作为高性能复合材料的增强基材，主要用于航空、航天、兵器、核工业等国防领域。高性能玻璃纤维增强复合材料关键技术之一是决定材料工艺和复合材料界面等性能的浸润剂技术。浸润剂是一种玻璃纤维表面处理剂，玻璃纤维从漏板流出后通常需要用水性的浸润剂进行处理，赋予玻璃纤维良好的纺织加工性能及其复合材料优异的力学性能。不同的浸润剂所赋予玻璃纤维的性能不同，各种用于纺织、编织用的无捻粗纱必须具有良好的纺织使用性能以及与基材树脂之间具有良好的相容性才能满足各种不同的产品需求。因此开发适用于高性能玻璃纤维及其复合材料的浸润剂至关重要。US20050279140A1公开了一种缠绕纱浸润剂配方，该配方成膜剂含有一种环氧树脂乳液、一种或者多种偶联剂、一种阳离子润滑剂和一种酸，环氧乳液的环氧当量为175-190g/eq。该配方生产的玻璃纤维增强复合材料具有较好力学性能和加工性能。US20090075544A1公开了一种用于增强热固性树脂的浸润剂配方，该配方成膜剂含有一种环氧树脂乳液、一种偶联剂组合、一种非离子润滑剂和一种结晶多元醇，环氧乳液的环氧当量优选180-195g/eq。该配方生产的玻璃纤维摩擦阻力小，且环氧树脂、聚酯树脂和乙烯基树脂均具有良好的相容性，主要应用于缠绕和拉挤工艺。US008129018B2公开了一种高性能玻璃纤维用浸润剂配方，该配方包含一种环氧成膜剂、一种聚氨酯成膜剂、一种氨基和环氧基偶联剂组合、一种阳离子和非离子润滑剂组合、一种抗静电剂和至少一种酸，环氧乳液的环氧当量优选为185-192g/eq。用该浸润剂的玻璃纤维有良好的加工性能如编织，其复合材料具有较好的力学性能和抗裂强度。上述缠绕纱浸润剂配方中成膜剂一般仅选用环氧当量为175～200g/eq的低分子量环氧树脂乳液，或者是选用175～200g/eq的环氧树脂乳液加1～2种水溶性树脂的组合，仅使用175～200g/eq的环氧树脂乳液无法满足加工性能，玻纤原丝在后续加工过程中产生较多的毛羽，而添加水溶性环氧树脂的配方生产的玻纤产品储存稳定性较差，纱线易变硬，不利于复合材料的加工及其力学性能。因此从提高玻纤加工性能和复合材料的力学强度这两方面作用，仍然有必要开发新高性能玻纤的缠绕纱浸润剂配方，使玻纤与聚合物树脂具有良好的相容性，赋予复合材料更优的力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的不足，提供一种高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，不仅能提高玻璃纤维的纺织加工性能，且可提高其复合材料的力学性能。本专利技术的另一个目的还在于提供上述浸润剂的制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，所述浸润剂的固含物占浸润剂总质量的5～7％，其余为去离子水，所述浸润剂的固含物包括如下组分：以浸润剂固含物的总质量为100％计，含有55～80％的环氧树脂乳液，10～27％的非离子润滑剂，5-18％的硅烷偶联剂，0.5～2.5％的润湿剂，1～5.5％有机酸。进一步，所述浸润剂的固含物包括如下组分：以浸润剂固含物的总质量为100％计，含有60～72％的环氧树脂乳液，15～25％的非离子润滑剂，8～14％的硅烷偶联剂，1～1.5％的润湿剂，2～5％有机酸。所述的环氧树脂乳液是低分子量液体双酚A型环氧树脂经过表面活性剂乳化制备而成，环氧树脂环氧当量为180～250g/eq，优选210～240g/eq，制备方法为本领域的公知技术，表面活性剂用量为树脂质量的8～20％，优选为10～15％。采用的表面活性剂为非离子表面活性剂(均由巴斯夫提供)，包括但不仅限于PLURONICP103，一种氧化乙烯/氧化丙烯的共聚物；PLURONICF77，氧化乙烯/氧化丙烯的共聚物；PLURONIC10R5，一种氧化乙烯/氧化丙烯的共聚物；PLURONICL101，PLURONICP105等。环氧树脂乳液成膜剂，在浸润剂中的主要作用为保护纤维在后道加工工序中免受损伤以及赋予纤维与基体树脂间良好的相容性，此外成膜剂还提供单丝之间的粘结性，增加原丝的集束性，提高加工性能减少毛羽的产生。本专利技术所述的浸润剂组分中的非离子型润滑剂用作“湿润滑”且提供纤维在缠绕过程中的额外保护作用。非离子型润滑剂还可以降低毛丝的产生。本专利技术所述的非离子润滑剂选自PEG400单油酸酯、PEG600单油酸酯、PEG200单月桂酸酯、PEG600单硬脂酸酯或PEG600月桂酸酯中的一种或两种以上任意比例的混合物，优选为PEG400单油酸酯。本专利技术所述的硅烷偶联剂，选自A-1100(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)、A-1120(N-β(氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)、A-187(γ-缩水甘油醚基丙烷三甲氧基硅烷)、A-174(γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)或A172(乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷)中的任意一种。硅烷偶联剂的功能是增强成膜剂与玻璃纤维的粘接性，可降低纤维在加工过程中的毛丝量和断头；赋予玻纤表面与基体树脂良好的相容性，提高复合材料性能。本专利技术所述的润湿剂是一种低分子量结晶多元醇，浸润剂中含有结晶多元醇可促进单纤维表面与热固性树脂的接触，从而提高纤维的浸透性，另外少量的结晶多元醇可提高玻璃纤维缠绕管道的循环次数。所述的结晶多元醇润湿剂优选为单季戊四醇。本专利技术所述有机酸选自醋酸、甲酸、琥珀酸、硼酸或者柠檬酸中的任意一种，优选醋酸或者柠檬酸。硅烷偶联剂要在一定pH条件下水解，酸的用量根据所用偶联剂种类及用量决定。配好的浸润剂要在一定pH条件下储存和适用，一般pH值为3～7的酸性环境，优选为3.5～5.5。上述高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂的制备方法，包括如下步骤：(1)向预混合容器中加入占浸润剂总量40～60％的去离子水，边搅拌边加入有机酸，将pH值调至3～4，然后边搅拌边缓慢加入硅烷偶联剂，持续搅拌至液体表面澄清，得到硅烷偶联剂溶液；(2)将环氧树脂乳液加入主混合容器中，加入去离子水将环氧树脂乳液稀释；(3)将润滑剂用去离子水稀释后加入到步骤(2)稀释后的环氧树脂乳液中，搅拌均匀，得到混合液；(4)将步骤(1)的硅烷偶联剂溶液加入到步骤(3)的混合液中，搅拌均匀，最后添加剩余的去离子水，调节固含量，即得本专利技术的浸润剂。采用本专利技术的高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，其特征在于，所述浸润剂的固含物占浸润剂总质量的5～7％，其余为去离子水，所述浸润剂的固含物包括如下组分：以浸润剂固含物的总质量为100％计，含有55～80％的环氧树脂乳液，10～27％的非离子润滑剂，5‑18％的硅烷偶联剂，0.5～2.5％的润湿剂，1～5.5％有机酸。

【技术特征摘要】
1.一种高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，其特征在于，所述浸润剂的固含物占浸润剂总质
量的5～7％，其余为去离子水，所述浸润剂的固含物包括如下组分：以浸润剂固含物的总质量
为100％计，含有55～80％的环氧树脂乳液，10～27％的非离子润滑剂，5-18％的硅烷偶联剂，
0.5～2.5％的润湿剂，1～5.5％有机酸。
2.如权利要求1所述的高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，其特征在于，所述浸润剂的固含
物包括如下组分：以浸润剂固含物的总质量为100％计，含有60～72％的环氧树脂乳液，15～25％
的非离子润滑剂，8～14％的硅烷偶联剂，1～1.5％的润湿剂，2～5％有机酸。
3.如权利要求1所述的高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，其特征在于，所述环氧树脂乳液
是低分子量液体双酚A型环氧树脂经过表面活性剂乳化制备而成，环氧树脂环氧当量为
180～250g/eq，表面活性剂用量为环氧树脂质量的8～20％。
4.如权利要求1所述的高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，其特征在于，所述非离子润滑剂
选自PEG400单油酸酯、PEG600单油酸酯、PEG200单月桂酸酯、PEG600单硬脂酸酯或
PEG600月桂酸酯中的一种或两种以上任意比例的混合物。
5.如权利要求4所述的高性能玻璃纤维缠绕纱浸润剂，其特征在于，所述非离子润滑剂
为PEG400单油酸酯。
6.如权利要求1所述的高性能玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹苗，李佳，贺明强，曹平，
申请(专利权)人：中材科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32