專利名稱：一種由玻璃纖維和聚丙烯纖維組成的復合纖維的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃纖維增強樹脂復合材料領(lǐng)域，更進一步涉及玻璃纖維與熱塑性樹脂纖維復合成的復合纖維的制造方法。
背景技術(shù)：
由于玻璃纖維增強各種樹脂基體做成的復合材料具有質(zhì)輕、強度高、電絕緣、耐腐蝕、阻燃、使用壽命長等特點，目前已在世界范圍內(nèi)受到了廣泛的重視，特別是玻璃纖維增強熱塑性樹脂如聚丙烯、聚乙烯等，因其經(jīng)濟性及其沖擊韌性好，易成型，易修復，易再生等優(yōu)良性能，在相當一段時間內(nèi)占據(jù)了樹脂基復合材料的主導地位。這種復合材料一般采用玻璃纖維短切顆粒與熱塑性樹脂顆?；旌?，然后通過螺桿擠出機擠出形式制作，該方法的缺點是玻璃纖維添加量不高，強度低，玻璃纖維分布不均勻，不能控制玻璃纖維的排列方向等。美國專利說明書US-5454846公開了一種復合纖維制造工藝。該工藝中，玻璃纖維從模具中流出并以一定的速度沿一通道移動，而熱塑性纖維從拉絲機中流出并以另一速度沿二通道移動，兩種纖維經(jīng)過集束器集束后成為復合纖維。由于熱塑性纖維經(jīng)拉伸后有收縮性，使復合纖維帶有波紋，當纏繞成線圈時，因纖維膨松造成纏繞困難，并且還有混合不均等很多不利影響。為了解決這一問題，美國專利說明書US-5454846采用了使熱塑性纖維移動速度大于玻璃纖維移動速度的方法，使熱塑性纖維收縮后在復合纖維中和玻璃纖維的長度一致。該工藝理論上可使兩種纖維混合均勻，有效的控制纖維的排列方向，提高玻璃纖維的加入量，提高產(chǎn)品性能。但在實際生產(chǎn)中上述方法不易控制，因此始終未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。另外，聚丙烯是一種非極性聚烯烴，與玻璃纖維的親和性較差，它很難與玻璃纖維形成有效的界面結(jié)合。為了充分發(fā)揮玻璃纖維的增強作用，獲得性能優(yōu)良的玻璃纖維增強聚丙烯復合材料，必須設(shè)法提高玻璃纖維與聚丙烯的界面粘結(jié)強度。由于玻璃纖維表面含有大量的硅醇基，一般采用浸潤劑對玻璃纖維直接浸潤，浸潤劑中除含有偶聯(lián)劑外主要是聚丙烯成膜劑。這種方法對玻璃纖維增強極性熱塑性樹脂，因偶聯(lián)劑能與樹脂形成化學鍵而非常有效，但對于玻璃纖維增強聚丙烯，因聚丙烯為非極性樹脂只能使其界面粘結(jié)強度略有提高。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決因聚丙烯纖維收縮帶來的復合纖維蓬松問題和更有效地提高玻璃纖維與聚丙烯的界面粘結(jié)強度，獲得性能優(yōu)良的復合纖維，本發(fā)明通過對聚丙烯纖維進行二次熱拉伸和高溫熱定型處理使其降低收縮性。經(jīng)拉伸后的聚丙烯纖維，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，通常處于不平衡狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可隨時間而變化，對其進行高溫熱定型處理，可消除拉伸時產(chǎn)生的內(nèi)應力和新發(fā)生的結(jié)構(gòu)缺陷，使纖維的最終結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，性質(zhì)基本固定，從而使收縮率大大減小。熱處理溫度為100-120℃，優(yōu)選110℃，處理時間為5-10秒，優(yōu)選6秒。本發(fā)明通過使用聚丙烯和改性聚丙烯混合原料的方法，使聚丙烯纖維中的極性基團與浸潤后的玻璃纖維表面發(fā)生化學鍵結(jié)合從而提高玻璃纖維與聚丙烯的界面粘結(jié)強度，優(yōu)選馬來酸酐改性聚丙烯，改性聚丙烯含量為3-8％，優(yōu)選5％。
四

及
具體實施例方式
本發(fā)明的工藝流程及有益效果將結(jié)合附圖和具體實施方式
做具體說明。
附圖是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
本發(fā)明采用玻璃纖維成型系統(tǒng)與聚丙烯纖維成型系統(tǒng)并列布置，分別成絲，平面拉伸，平面復合，集絲成束的方法。具體說明如下澄清后的玻璃液從漏板(1)中流出形成玻璃纖維(2)，玻璃纖維通過噴水降溫快速冷卻，然后經(jīng)過一個石墨輥涂油器(3)涂覆浸潤劑，浸潤劑中含有硅烷偶聯(lián)劑和光引發(fā)劑。漏板采用矩形設(shè)計，以提高纖維的擴散面積。在漏板上面有一個玻璃液的通路，通過電加熱使玻璃液保持一定溫度。漏板材料為鉑銠合金。噴嘴之間保持一定的距離，使玻璃纖維成平面拉伸。含馬來酸酐改性聚丙烯5％的聚丙烯粒料自漏斗加入到螺桿擠出機中，同時加入抗氧劑、光穩(wěn)定劑，也可根據(jù)需要加入功能化助劑如阻燃劑等，通過加熱使其成熔融狀態(tài)，然后從噴絲板(4)流出形成聚丙烯纖維(5)，噴絲板也成矩形。聚丙烯纖維呈平面拉伸，以一定速度經(jīng)過一個吹風冷卻通道后，通過導向輥(6)牽引到三對拉伸輥(7，8)、(9，10)、(11，12)上，為提高聚丙烯纖維的強度，降低伸長率，改變分子取向，控制纖維直徑，須經(jīng)上述三對拉伸輥進行拉伸。第一對拉伸輥(7，8)由電阻器加熱，使溫度控制在聚丙烯的玻璃化溫度以上，軟化點以下。第三對拉伸輥(11，12)的轉(zhuǎn)速大于第二對并與拉絲機(18)的線速度相同，第二對拉伸輥(9，10)的轉(zhuǎn)速大于第一對，三對拉伸輥均采用變頻控制。這樣，聚丙烯纖維經(jīng)過三對拉伸輥后便得到了兩次拉伸。拉伸后的聚丙烯纖維再牽引到一對加熱輥(13，14)上，加熱輥采用電加熱，溫度控制在120℃左右，經(jīng)過6秒鐘的熱處理，聚丙烯纖維的收縮性大大減小。再通過冷卻水輥(15)使其快速冷卻至70℃左右。這時已具備復合要求的聚丙烯纖維在壓輥(16)處與玻璃纖維相間共擠成復合纖維。復合纖維最后通過集束器(17)集成一束，由拉絲機(18)卷成紗卷，即成品復合纖維。使用該復合纖維制造復合材料時，須將其加熱到聚丙烯的熔點以上，這時聚丙烯纖維充當基體材料，在玻璃纖維四周流動，對玻璃纖維進行較好的涂覆浸漬并產(chǎn)生較好的界面結(jié)合，使其在低壓下迅速成型。
采用上述工藝方法制成的復合纖維混合均勻，復合纖維中的玻璃纖維含量可達到50-70％，玻璃纖維直徑在13-17μm之間，聚丙烯纖維直徑在20-30μm之間。使用該復合纖維制成的復合材料，纖維分布均勻，強度高，能有效的控制纖維排列方向，使產(chǎn)品具有優(yōu)良的性能。
權(quán)利要求
1.一種由玻璃纖維與聚丙烯纖維組成的復合纖維的制造方法，玻璃纖維(2)自一個矩形鉑銠合金漏板(1)流出，經(jīng)過噴水冷卻后在涂油器(3)涂覆浸潤劑，聚丙烯纖維(5)從一個矩形噴絲板(4)流出，被側(cè)吹風冷卻后通過一個導向輥(6)牽引到拉伸輥(7，8)、(9，10)、(11，12)上，在此對聚丙烯纖維進行加熱拉伸，使其達到要求的直徑，然后在壓輥(16)處與玻璃纖維相間共擠成復合纖維，其特征是聚丙烯纖維在三對拉伸輥處經(jīng)過二次熱拉伸后再牽引到加熱輥(13，14)上進行高溫定型，再用冷卻輥(15)冷卻，使聚丙烯纖維的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)基本穩(wěn)定，聚丙烯纖維的原料中含有聚丙烯和改性聚丙烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，玻璃纖維的高溫熱定型溫度為110-125℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，玻璃纖維的高溫熱定型溫度優(yōu)選120℃。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，改性聚丙烯優(yōu)選馬來酸酐改性聚丙烯，其含量為3-8％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，馬來酸酐改性聚丙烯的含量優(yōu)選5％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由玻璃纖維與聚丙烯纖維組成的復合纖維的制造方法。該方法采用將拉伸后的聚丙烯纖維高溫熱定型工藝，大大降低了聚丙烯纖維的收縮性。采用改性聚丙烯原料使玻璃纖維與聚丙烯纖維界面有效結(jié)合。該方法生產(chǎn)的復合纖維中玻璃纖維添加量大，分布均勻，強度高。
文檔編號D02G3/04GK1412366SQ0112755
公開日2003年4月23日 申請日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月16日
發(fā)明者張志法, 劉穎, 徐永軍, 張德剛, 戚德海, 劉鑫, 張國, 周長汶 申請人:泰安泰山復合材料有限公司