專利名稱：一種由玻璃纖維和聚丙烯纖維組成的復(fù)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(qiáng)樹脂復(fù)合材料領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及玻璃纖維與熱塑性樹脂纖維復(fù)合成的復(fù)合纖維的制造方法。
背景技術(shù)：
由于玻璃纖維增強(qiáng)各種樹脂基體做成的復(fù)合材料具有質(zhì)輕、強(qiáng)度高、電絕緣、耐腐蝕、阻燃、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，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(qiáng)熱塑性樹脂如聚丙烯、聚乙烯等，因其經(jīng)濟(jì)性及其沖擊韌性好，易成型，易修復(fù)，易再生等優(yōu)良性能，在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)占據(jù)了樹脂基復(fù)合材料的主導(dǎo)地位。這種復(fù)合材料一般采用玻璃纖維短切顆粒與熱塑性樹脂顆?；旌希缓笸ㄟ^螺桿擠出機(jī)擠出形式制作，該方法的缺點(diǎn)是玻璃纖維添加量不高，強(qiáng)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(guó)專利說明書US-5454846公開了一種復(fù)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(dòng)，而熱塑性纖維從拉絲機(jī)中流出并以另一速度沿二通道移動(dòng)，兩種纖維經(jīng)過集束器集束后成為復(fù)合纖維。由于熱塑性纖維經(jīng)拉伸后有收縮性，使復(fù)合纖維帶有波紋，當(dāng)纏繞成線圈時(shí)，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(guó)專利說明書US-5454846采用了使熱塑性纖維移動(dòng)速度大于玻璃纖維移動(dòng)速度的方法，使熱塑性纖維收縮后在復(fù)合纖維中和玻璃纖維的長(zhǎng)度一致。該工藝?yán)碚撋峡墒箖煞N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(shí)際生產(chǎn)中上述方法不易控制，因此始終未能實(shí)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(qiáng)作用，獲得性能優(yōu)良的玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯復(fù)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(qiáng)度。由于玻璃纖維表面含有大量的硅醇基，一般采用浸潤(rùn)劑對(duì)玻璃纖維直接浸潤(rùn)，浸潤(rùn)劑中除含有偶聯(lián)劑外主要是聚丙烯成膜劑。這種方法對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)極性熱塑性樹脂，因偶聯(lián)劑能與樹脂形成化學(xué)鍵而非常有效，但對(duì)于玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯，因聚丙烯為非極性樹脂只能使其界面粘結(jié)強(qiáng)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(fù)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(qiáng)度，獲得性能優(yōu)良的復(fù)合纖維，本發(fā)明通過對(duì)聚丙烯纖維進(jìn)行二次熱拉伸和高溫?zé)岫ㄐ吞幚硎蛊浣档褪湛s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(shí)間而變化，對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)岫ㄐ吞幚?，可消除拉伸時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)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(shí)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(tuán)與浸潤(rùn)后的玻璃纖維表面發(fā)生化學(xué)鍵結(jié)合從而提高玻璃纖維與聚丙烯的界面粘結(jié)強(qiáng)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(shí)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(shí)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(fù)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(gè)石墨輥涂油器(3)涂覆浸潤(rùn)劑，浸潤(rùn)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(jì)，以提高纖維的擴(kuò)散面積。在漏板上面有一個(gè)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(jī)中，同時(shí)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(gè)吹風(fēng)冷卻通道后，通過導(dǎo)向輥(6)牽引到三對(duì)拉伸輥(7，8)、(9，10)、(11，12)上，為提高聚丙烯纖維的強(qiáng)度，降低伸長(zhǎng)率，改變分子取向，控制纖維直徑，須經(jīng)上述三對(duì)拉伸輥進(jìn)行拉伸。第一對(duì)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(diǎn)以下。第三對(duì)拉伸輥(11，12)的轉(zhuǎn)速大于第二對(duì)并與拉絲機(jī)(18)的線速度相同，第二對(duì)拉伸輥(9，10)的轉(zhuǎn)速大于第一對(duì)，三對(duì)拉伸輥均采用變頻控制。這樣，聚丙烯纖維經(jīng)過三對(duì)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(duì)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(shí)已具備復(fù)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(fù)合纖維。復(fù)合纖維最后通過集束器(17)集成一束，由拉絲機(jī)(18)卷成紗卷，即成品復(fù)合纖維。使用該復(fù)合纖維制造復(fù)合材料時(shí)，須將其加熱到聚丙烯的熔點(diǎn)以上，這時(shí)聚丙烯纖維充當(dāng)基體材料，在玻璃纖維四周流動(dòng)，對(duì)玻璃纖維進(jìn)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(fù)合纖維混合均勻，復(fù)合纖維中的玻璃纖維含量可達(dá)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(fù)合纖維制成的復(fù)合材料，纖維分布均勻，強(qiáng)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(fù)合纖維的制造方法，玻璃纖維(2)自一個(gè)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(rùn)劑，聚丙烯纖維(5)從一個(gè)矩形噴絲板(4)流出，被側(cè)吹風(fēng)冷卻后通過一個(gè)導(dǎo)向輥(6)牽引到拉伸輥(7，8)、(9，10)、(11，12)上，在此對(duì)聚丙烯纖維進(jìn)行加熱拉伸，使其達(dá)到要求的直徑，然后在壓輥(16)處與玻璃纖維相間共擠成復(fù)合纖維，其特征是聚丙烯纖維在三對(duì)拉伸輥處經(jīng)過二次熱拉伸后再牽引到加熱輥(13，14)上進(jìn)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?zé)岫ㄐ蜏囟葹?10-125℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，玻璃纖維的高溫?zé)岫ㄐ蜏囟葍?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?jī)?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(fù)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?zé)岫ㄐ凸に嚕蟠蠼档土司郾├w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(fù)合纖維中玻璃纖維添加量大，分布均勻，強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)D02G3/04GK1412366SQ0112755
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)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(guó), 周長(zhǎng)汶 申請(qǐng)人:泰安泰山復(fù)合材料有限公司