本發(fā)明涉及一種玻璃纖維浸潤劑，尤其涉及一種玻璃纖維編織用直接紗的浸潤劑。

背景技術(shù)：

玻璃纖維多軸向經(jīng)編技術(shù)是一種于20世紀(jì)70年代后期在國外迅速發(fā)展起來的新型織造技術(shù)，該編織工藝制得的玻璃纖維織物具有優(yōu)異的成型性、懸垂性、抗沖擊性和能量吸收特性，可作為一種理想的三維結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料。并且，多軸向經(jīng)編織物相對(duì)其他紡織增強(qiáng)結(jié)構(gòu)工藝簡單，成本較低，是目前最有效、經(jīng)濟(jì)的預(yù)設(shè)計(jì)增強(qiáng)織物。玻璃纖維經(jīng)編織物增強(qiáng)復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于航天航空、風(fēng)力發(fā)電葉片、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域。

斷紗停機(jī)是玻璃纖維多軸向經(jīng)編技術(shù)存在的主要問題，頻繁的斷紗停機(jī)會(huì)嚴(yán)重影響編織的效率以及織物的質(zhì)量。斷紗停機(jī)的主要原因是在高速、高張力的編織工藝中，玻璃纖維易出現(xiàn)毛紗、鳥巢狀亂絲等問題。因此，該技術(shù)對(duì)玻璃纖維的編織工藝性能有較高要求。

玻璃纖維進(jìn)行經(jīng)編之前會(huì)經(jīng)過浸潤處理，浸潤劑的使用和選擇不僅對(duì)玻璃纖維的編織工藝性能至關(guān)重要，而且還影響后續(xù)玻璃纖維織物與樹脂的相容性以及復(fù)合材料的機(jī)械性能。若浸潤劑選擇不當(dāng)，不僅會(huì)影響經(jīng)編工藝，而且還會(huì)影響復(fù)合材料的機(jī)械性能。

現(xiàn)有的浸潤劑仍不能有效解決玻璃纖維毛紗、鳥巢狀亂絲等問題，而且在制品性能方面，仍存在著玻璃纖維與樹脂相容不好，機(jī)械性能不高等問題。因而，研制針對(duì)玻璃纖維編織用直接紗的浸潤劑對(duì)風(fēng)力葉片等玻纖編織物增強(qiáng)材料的實(shí)際生產(chǎn)意義重大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)編織用直接紗的浸潤劑，該浸潤劑通過改變玻璃纖維表面的物理和化學(xué)性質(zhì)，使玻璃纖維擁有優(yōu)異的編織工藝性能，同時(shí)具有良好的樹脂相容性，生產(chǎn)的復(fù)合制品具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

本發(fā)明提供一種玻璃纖維編織用直接紗的浸潤劑，所述浸潤劑包括偶聯(lián)劑、潤滑劑A、潤滑劑B、成膜劑、pH值調(diào)節(jié)劑和去離子水，其中，所述浸潤劑的固體質(zhì)量占浸潤劑總質(zhì)量的3～10％；并且，各組分的固體質(zhì)量占所述浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比例如下：

其中，所述成膜劑包括環(huán)氧乳液A和環(huán)氧乳液B，其中，環(huán)氧乳液A與環(huán)氧乳液B固體質(zhì)量之和占浸潤劑固體總質(zhì)量的59～84％，各組分的固體質(zhì)量占所述浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比例如下：

其中，環(huán)氧乳液A與環(huán)氧乳液B固體質(zhì)量之和占浸潤劑固體總質(zhì)量的65～78％，各組分的固體質(zhì)量占所述浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比例如下：

其中，所述潤滑劑A包括聚乙二醇類潤滑劑，潤滑劑B包括硅油類潤滑劑，其中所述潤滑劑A與所述潤滑劑B的固體質(zhì)量之比為1:0.8～1.5。

其中，所述成膜劑包括雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液和雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液，所述雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與所述雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液固體質(zhì)量之和占浸潤劑固體總質(zhì)量的59～81％，并且，所述雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的35～60％，所述雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的19～24％。

其中，所述成膜劑包括雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液和雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液，所述雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的48～60％，所述雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的21～24％。

其中，潤滑劑A為PEG600、PEG1000、PEG2000和PEG3000中的一種或多種，潤滑劑B為乳化硅油、環(huán)氧改性乳化硅油中的一種或多種，所述潤滑劑A與所述潤滑劑B的固體質(zhì)量之比為1:1.0～1.2。

其中，所述偶聯(lián)劑為乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和聚酰胺類硅烷中的一種或多種。

其中，所述pH值調(diào)節(jié)劑為檸檬酸、甲酸、乙酸和硼酸中的一種或多種，所述pH值調(diào)節(jié)劑的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的3～4％，并且，所述浸潤劑的pH值為3～9。

其中，所述潤滑劑A包括聚乙二醇類潤滑劑，所述潤滑劑B包括硅油類潤滑劑，所述成膜劑包括雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液和雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液，其中，各組分的固體質(zhì)量占所述浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比例如下：

并且，所述浸潤劑的pH值為4～8。

根據(jù)本發(fā)明提供玻璃纖維編織用直接紗的浸潤劑，主要的創(chuàng)新點(diǎn)是通過復(fù)配合適的潤滑劑、成膜劑，并研究各組分的含量配比，以制備得到相容效果好，有效減少毛紗及亂絲的浸潤劑。具體地，上述浸潤劑包括偶聯(lián)劑、潤滑劑A、潤滑劑B、成膜劑、pH值調(diào)節(jié)劑和去離子水，其中，所述浸潤劑的固體質(zhì)量占浸潤劑總質(zhì)量的3～10％；并且，各組分的固體質(zhì)量占所述浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比例如下：

該浸潤劑中各組分的作用及含量說明如下：

偶聯(lián)劑，又稱架橋劑，其自身含有機(jī)與無機(jī)兩個(gè)不同的官能團(tuán)，無機(jī)官能團(tuán)能夠與玻璃表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，另一有機(jī)官能團(tuán)能與被增強(qiáng)的基體樹脂發(fā)生反應(yīng)，起橋梁作用。偶聯(lián)劑的使用，可減少玻璃纖維在拉絲過程中的受損程度，而且偶聯(lián)劑的選擇還是影響玻璃纖維強(qiáng)度以及玻璃鋼制品強(qiáng)度的關(guān)鍵。

本發(fā)明選用的偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，常用的硅烷偶聯(lián)劑有乙烯基、甲基丙烯氧基、氨基、環(huán)氧基等，發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、或聚酰胺類硅烷可明顯減少玻璃纖維的磨損度，并提高玻璃纖維與基體樹脂的相容性。偶聯(lián)劑的固體質(zhì)量占比不宜過大，本發(fā)明限定偶聯(lián)劑的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的3～15％、優(yōu)選為6～14％、更優(yōu)選為8～12％、最優(yōu)選為8～10％。使用該偶聯(lián)劑制備的浸潤劑，能夠保護(hù)玻璃纖維降低受損程度，并使玻璃纖維直接紗增強(qiáng)材料具有更好的機(jī)械性能。

潤滑劑主要是為了保證玻璃纖維在拉絲、后處理以及使用等過程的潤滑效果。浸潤劑含量過少則達(dá)不到潤滑效果，過多會(huì)影響玻璃纖維紗的集束性，并且會(huì)影響最終玻璃鋼制品的機(jī)械性能。另一方面，不同潤滑劑在玻璃纖維生產(chǎn)及使用過程中的效果不同，有干潤滑和濕潤滑的差異，對(duì)紗線使用工藝性能和機(jī)械性能有較大的影響。因此，潤滑劑成分及含量的選擇是本發(fā)明的一個(gè)重點(diǎn)。

在本發(fā)明中，潤滑劑使用兩種不同類型的潤滑劑進(jìn)行復(fù)配，其中，潤滑劑A選用聚乙二醇類潤滑劑。聚乙二醇類潤滑劑能減少拉絲過程中對(duì)紗線的磨損，同時(shí)減少紗線使用過程中摩擦力。其中，潤滑劑A固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的3～11％、優(yōu)選為4～11％、更優(yōu)選5～9％，最優(yōu)選為5～7％。

潤滑劑B選用乳化硅油類潤滑劑，該類型潤滑劑在紗團(tuán)烘制過程中使得潤滑劑B更多地遷移到紗線表面，降低紗線使用過程中的摩擦力，同時(shí)減少紗線之間的粘連，降低使用過程中斷紗概率。其中，潤滑劑B固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的2～12％、優(yōu)選4～12％、更優(yōu)選6～10％，最優(yōu)選為6～8％。

優(yōu)選地，潤滑劑A為PEG600、PEG1000、PEG2000和PEG3000中的一種或多種，潤滑劑B為乳化硅油、環(huán)氧改性乳化硅油中的一種或多種，所述潤滑劑A與所述潤滑劑B的固體質(zhì)量之比為1:0.8～1.5，更優(yōu)選為1:1.0～1.2。使用上述組分及比例復(fù)配的潤滑劑，玻璃纖維編織工藝性能最佳，能有效改善玻纖毛紗及鳥巢狀亂絲等問題，并且復(fù)合材料的機(jī)械性能有更大提高。

成膜劑作為浸潤劑的主要成分，對(duì)玻璃纖維的加工性能起著決定性的影響，起到保護(hù)玻纖、提高玻纖與基體樹脂的相容性的作用，其既要保證玻璃纖維生產(chǎn)順暢性又要在后道工序中能夠與被增強(qiáng)的基體樹脂混合均勻，成膜劑的選擇是本發(fā)明的另一個(gè)重點(diǎn)。

本發(fā)明的成膜劑選用環(huán)氧乳液，優(yōu)選地選用了不同類型的環(huán)氧乳液進(jìn)行搭配使用，可滿足浸潤劑的涂覆要求，減少烘制過程中的遷移，更好地涂覆在玻璃纖維表面。環(huán)氧乳液A的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的35～65％，優(yōu)選為35～60％、更優(yōu)選40～60％，更優(yōu)選為48～60％，最優(yōu)選為48～58％。環(huán)氧乳液B的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的19～24％，優(yōu)選為21～24％，最優(yōu)選為21～22％。成膜劑為兩種環(huán)氧乳液組合，成膜劑固體質(zhì)量占浸潤劑總質(zhì)量的59～89％，優(yōu)選為59～84％，更優(yōu)選59～81％，最優(yōu)選65～78％。

優(yōu)選地，環(huán)氧乳液A選用雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液，分子量為200～2000，優(yōu)選范圍為400～1500，分散相平均粒徑0.25～0.5μm；環(huán)氧乳液B選用雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液，分子量為300～1200，優(yōu)選范圍為300～800，分散相平均粒徑0.12～0.2μm。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，選用不同分子量和粒徑的環(huán)氧乳液的搭配使用，不僅有良好的涂覆效果，還能夠使玻璃纖維紗線的軟硬度適中，滿足高速編織過程中的工藝要求。具體地，雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的35～65％，優(yōu)選為35～60％、更優(yōu)選40～60％，更優(yōu)選為48～60％，最優(yōu)選為48～58％，雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液固體質(zhì)量控制為浸潤劑固體總質(zhì)量的19～24％，優(yōu)選為21～24％，最優(yōu)選為21～22％。

其中，雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液相容性好，但黏度較低，該組分的配合使用可降低紗線之間的粘連，減少斷紗概率，但過量使用會(huì)導(dǎo)致紗線太軟，對(duì)玻璃纖維的工藝性能不利，因此，發(fā)明人通過大量研究發(fā)現(xiàn)，雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液固體質(zhì)量控制為浸潤劑固體總質(zhì)量的19～24％，優(yōu)選為21～24％，最優(yōu)選為21～22％。

在本發(fā)明中，雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液固體質(zhì)量需大于雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液固體質(zhì)量，能有效控制浸潤劑的黏度與樹脂相容性。特別地，雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的35～65％，雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的19～24％時(shí)，浸潤劑可有效降低紗線之間的粘連，減少斷紗的概率。

本發(fā)明采用酸作為pH值調(diào)節(jié)劑，為檸檬酸、甲酸、乙酸和硼酸中的一種或多種，主要起調(diào)節(jié)浸潤劑pH值的作用。pH值調(diào)節(jié)劑的固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的1～5％，優(yōu)選為2～5％，更優(yōu)選為2～4％，最優(yōu)選為3～4％。本發(fā)明浸潤劑的pH值為3～9，更優(yōu)選為4～8。

需要說明的是，本發(fā)明組分若是乳液或是溶液形式，該組分的固體質(zhì)量為烘干后剩余部分的質(zhì)量，針對(duì)溶質(zhì)為液體或氣體的組分，例如pH值調(diào)節(jié)劑為甲酸溶液時(shí)，固體質(zhì)量則指甲酸溶液中溶質(zhì)甲酸的質(zhì)量。

本發(fā)明中的去離子水主要起到分散浸潤劑中各組分的作用，浸潤劑的固體質(zhì)量占浸潤劑總質(zhì)量的3～10％，剩余質(zhì)量則為去離子水。

作為本發(fā)明的優(yōu)選示例，所述浸潤劑含有下述組分，各組分的固體質(zhì)量占所述浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比例如下：

優(yōu)選示例一

優(yōu)選示例二

優(yōu)選示例三

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果體現(xiàn)在：

第一，本發(fā)明提供的浸潤劑使用不同類型的潤滑劑進(jìn)行潤滑劑，能有效改善毛紗及亂絲等問題，減少紗線之間的粘連，大幅降低經(jīng)編工藝中斷紗停機(jī)的概率。

第二，本發(fā)明提供的浸潤劑選擇了合適的偶聯(lián)劑與成膜劑，涂覆效果好，玻璃纖維與基體樹脂相容性好，有效提高了玻璃纖維增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)改善紗線之間的粘連，進(jìn)一步降低經(jīng)編工藝中斷紗停機(jī)的概率。

第三，本發(fā)明提供的浸潤劑選擇了合適的組分與配比，不僅使玻璃纖維具備優(yōu)異的編織工藝性能，同時(shí)使復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

本發(fā)明的浸潤劑各組分及其含量的選擇的有益效果將通過實(shí)施例給出具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行說明。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。

實(shí)施例

本發(fā)明實(shí)施例中，水的含量占浸潤劑總質(zhì)量的94％，表1示出了浸潤劑中各組分固體質(zhì)量所占浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比值，各組分對(duì)應(yīng)的數(shù)值為質(zhì)量百分比/％。其中，偶聯(lián)劑使用AX-105，潤滑劑A使用PEG1000，潤滑劑B使用乳化硅油，環(huán)氧乳液A使用雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液，環(huán)氧乳液B使用雙酚F型環(huán)氧樹脂乳液，pH值調(diào)節(jié)劑使用乙酸。

表1浸潤劑具體實(shí)施例列表

對(duì)比例

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的有益效果，選擇目前較為常用的玻璃纖維直接紗的浸潤劑作為對(duì)比實(shí)施例，該浸潤劑中水的含量占浸潤劑總質(zhì)量的94％，各組分固體質(zhì)量占浸潤劑固體總質(zhì)量的百分比值如下：

其中，偶聯(lián)劑為乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種，潤滑劑為乙二醇類潤滑劑，環(huán)氧乳液A與環(huán)氧乳液B為不同當(dāng)量的雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液，pH值調(diào)節(jié)劑為乙酸。

測(cè)試?yán)?

將上述實(shí)施例與對(duì)比例應(yīng)用于玻璃纖維的生產(chǎn)，并將對(duì)應(yīng)的玻璃纖維應(yīng)用于多軸向經(jīng)編工藝中，對(duì)其編織工藝性能以及最終得到的玻璃纖維增強(qiáng)材料進(jìn)行性能測(cè)試。其中，90°拉伸強(qiáng)度參考標(biāo)準(zhǔn)ISO527進(jìn)行測(cè)試，剪切強(qiáng)度參考標(biāo)準(zhǔn)ASTM-2344進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

表2不同玻璃纖維性能測(cè)試結(jié)果

從上述測(cè)試?yán)覀兛梢钥闯?，使用本發(fā)明提供的浸潤劑制得的玻璃纖維性能更佳，具體體現(xiàn)在機(jī)械性能(90°拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度)及編織工藝性能(毛紗次數(shù)、“鳥巢”次數(shù)、總斷紗次數(shù))方面：

在增強(qiáng)材料機(jī)械性能測(cè)試方面，實(shí)施例1～實(shí)施例8的平均參數(shù)分別為：平均90°拉伸強(qiáng)度為51.4MPa，平均剪切強(qiáng)度為70.1MPa，與對(duì)比例相比，90°拉伸強(qiáng)度提升了11.67％，剪切強(qiáng)度提升了6.25％。

在編織工藝性能測(cè)試方面，玻璃纖維集束性較好，即毛羽量、毛紗次數(shù)較低時(shí)，有時(shí)易導(dǎo)致鳥巢狀亂絲的次數(shù)的增加。故使用總斷紗次數(shù)表征玻璃纖維編織工藝性能更為準(zhǔn)確。實(shí)施例1～實(shí)施例8的平均總斷紗次數(shù)為3.75次，與對(duì)比例相比，總斷紗次數(shù)降低了82.14％。

綜上所述，本發(fā)明具有下述有益效果：

第一，本發(fā)明提供的浸潤劑使用不同類型的潤滑劑進(jìn)行潤滑，能有效改善毛紗及亂絲等問題，減少紗線之間的粘連，大幅降低經(jīng)編工藝中斷紗停機(jī)的概率。

第二，本發(fā)明提供的浸潤劑選擇了合適的偶聯(lián)劑與成膜劑，涂覆效果好，玻璃纖維與基體樹脂相容性好，有效提高了玻璃纖維增強(qiáng)材料的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)改善紗線之間的粘連，進(jìn)一步降低經(jīng)編工藝中斷紗停機(jī)的概率。

第三，本發(fā)明提供的浸潤劑選擇了合適的組分與配比，不僅使玻璃纖維具備優(yōu)異的編織工藝性能，同時(shí)使復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

最后應(yīng)說明的是：在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包含一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。