專利名稱：一種提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高無堿玻璃纖維織物強度的方法，更具體地說涉及一種提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法。
背景技術(shù)：
無堿玻璃纖維織物具有耐溫、耐腐蝕、比強度大、彈性模量高、相對伸長率小、電絕緣性好等優(yōu)異的特性，通常用作復(fù)合材料中的增強材料，電絕緣材料和絕熱保溫材料，被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。玻璃纖維在拉絲過程中，通常要采用浸潤劑對纖維進行處理，給玻璃纖維一定的潤滑性和保護性，以減少拉絲過程對纖維的磨損、提高纖維單絲的集束性等加工性能。浸潤劑是由成膜劑、表面活性劑、石蠟等組成的一類物質(zhì)。在復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，無堿玻纖表面的浸潤劑往往不利于玻纖與塑料、橡膠或其它物質(zhì)的界面連接，并容易產(chǎn)生氣泡等缺陷，因而影響復(fù)合材料的強度性能。目前在工業(yè)生產(chǎn)中去除浸潤劑的方法主要是熱處理法，在高溫下使玻纖表面的浸潤劑分解、碳化或燃燒而脫除。但經(jīng)過熱處理法脫除表面浸潤劑的無堿玻璃纖維織物的力學(xué)性能卻大幅降低，其強度僅為熱處理前強度的 40 70%，這一方面是由于高溫對玻纖的直接影響，另一方面是由于玻纖表面失去浸潤劑的保護而導(dǎo)致的。因此，改進這種傳統(tǒng)的熱處理法脫除無堿玻纖表面浸潤劑的工藝，提高熱處理后無堿玻璃纖維織物的強度具有重要意義。
表面涂覆處理是改善玻璃纖維及其復(fù)合材料力學(xué)性能簡便且有效的方法。對失去浸潤劑保護的玻纖表面進行涂覆處理，一方面可以保護玻纖表面并填補玻纖表面的微裂紋，提高玻纖的力學(xué)性能，另一方面表面涂層還可以改善玻纖與基體的界面連接，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。氮化硼陶瓷材料具有許多優(yōu)良的物理和化學(xué)特性，如耐高溫、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕、優(yōu)異的介電性能、較低的熱膨脹性以及良好的導(dǎo)熱性等，能夠滿足玻璃纖維表面涂層的要求。氮化硼涂層可以填補玻璃纖維表面的微缺陷，同時具有高溫抗氧化和阻止低價金屬離子滲透作用，因此有望顯著提高玻璃纖維的力學(xué)性能、抗析品性能。同時在復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，氮化硼涂層作為界面相，能夠改善纖維與基體之間的界面結(jié)合，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。氮化硼陶瓷往往經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，且這種傳統(tǒng)的制備技術(shù)不易制得涂層、薄膜或纖維等復(fù)雜形狀的氮化硼材料。在玻璃纖維表面制備氮化硼涂層明顯受到溫度的限制， 因此傳統(tǒng)的高溫合成氮化硼的方法，不適合在玻璃纖維表面制備氮化硼涂層。有機先驅(qū)體的分解溫度遠低于陶瓷的燒制溫度，因此可以在較溫和的條件下制備陶瓷材料。目前，有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法由于具有易成型、溫度較低等優(yōu)點，已成為制備陶瓷涂層、陶瓷薄膜、陶瓷纖維、泡沫陶瓷和陶瓷基復(fù)合材料的重要方法。以有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法在玻璃纖維表面制備氮化硼涂層，更可以避免高溫對玻璃纖維結(jié)構(gòu)的破壞，使制備新型的玻璃纖維氮化硼涂層織物成為可能。Shampa Mondal 等人(Materials Letters,44,113-118,2000)公開了一種硼酸酯涂覆玻璃纖維的方法，在空氣氛中分別于400°C和1000°C下熱解，熱解產(chǎn)物含有氮化硼和碳氮化物。實際上硼酸酯類化合物在空氣氛中高溫?zé)峤鈺r易氧化并生成氧化硼，氧化硼的吸濕性極強，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)與玻纖表面復(fù)合的氧化硼由于吸收了空氣中的水分會顯著降低玻纖的強度。實驗表明在空氣氛中熱解的無堿玻璃纖維硼酸酯涂層織物在濕氣環(huán)境下放置后，其拉伸強度損失了 35%。因此，采用Siampa Mondal等的在空氣氛中熱解硼酸酯工藝制備的玻璃纖維涂層織物產(chǎn)品的貯存性能、耐環(huán)境使用性能不佳，不具備實際使用價值。
因此需要研制開發(fā)結(jié)合有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法并適合于工業(yè)應(yīng)用的低溫?zé)铺沾刹牧霞夹g(shù)，在熱處理脫除玻纖表面浸潤劑的同時，于玻纖表面重新形成一層含有氮化硼的涂層，提高熱處理無堿玻璃纖維織物的強度，擴大無堿玻璃纖維織物的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)的熱處理脫除浸潤劑工藝帶來的無堿玻璃纖維織物力學(xué)性能下降的問題，提供了一種提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，改進了熱處理脫除浸潤劑工藝，即在未脫除浸潤劑的無堿玻璃纖維織物表面直接覆以硼酸酯涂層，然后在氮氣氣氛中采用類似于傳統(tǒng)的熱處理法脫除浸潤劑工藝的溫度條件對無堿玻璃纖維織物進行熱處理。該熱處理工藝在除去了玻纖表面浸潤劑的同時，于玻纖表面重新形成了一層含有氮化硼的涂層，實現(xiàn)了提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的目的。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其步驟為以硼酸酯的乙醇溶液對無堿玻璃纖維織物表面進行浸漬涂布，然后在氮氣氣氛中采用熱處理法脫除浸潤劑工藝的溫度條件對無堿玻璃纖維織物進行熱處理即以硼酸酯的乙醇溶液涂敷未經(jīng)脫除浸潤劑的無堿玻璃纖維織物，然后在氮氣氣氛中采用類似于傳統(tǒng)的熱處理法脫除浸潤劑工藝的溫度條件對無堿玻璃纖維織物進行熱處理。在氮氣氣氛中熱解燒結(jié)硼酸酯可以有效地避免在空氣氛熱解時易生成氧化硼的缺陷，同時提高了硼酸酯向氮化硼的轉(zhuǎn)化效率。氮氣氛熱解工藝在明顯提高了熱處理無堿玻璃纖維織物強度的同時，也改善了其制品的貯存性能及耐環(huán)境使用性能，具備良好的工業(yè)應(yīng)用價值。通過調(diào)節(jié)硼酸酯乙醇溶液的濃度可以控制硼酸酯在玻纖表面的涂覆層厚度，調(diào)節(jié)熱處理的溫度和時間可以控制玻纖表面涂層的化學(xué)結(jié)構(gòu)，同時降低高溫對無堿玻纖本身的損傷。該工藝結(jié)合了有機先驅(qū)體轉(zhuǎn)化法的低溫?zé)铺沾刹牧霞夹g(shù)，通過熱處理既分解脫除了玻纖表面的浸潤劑，同時又在玻纖表面形成了含有氮化硼的涂層，填補了無堿玻纖表面的微缺陷，從而有效地提高了熱處理無堿玻璃纖維織物的力學(xué)性能。
本發(fā)明的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其進一步的技術(shù)方案是所述的無堿玻璃纖維織物為未經(jīng)熱處理脫去表面浸潤劑的無堿玻璃纖維織物。
本發(fā)明的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的硼酸酯為硼酸和三乙醇胺的縮合產(chǎn)物，硼酸酯乙醇溶液的質(zhì)量百分濃度為2% 6%。
本發(fā)明的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其進一步的技術(shù)方案還可以是其方法包括以下步驟
1)將無堿玻璃纖維織物浸入到質(zhì)量百分濃度為2% 6%的硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1 2分鐘，并于70°C 80°C條件下干燥，除去溶劑乙醇；
2)再在氮氣氣氛中于溫度300°C 400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理30 60分鐘。
本發(fā)明的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的無堿玻璃纖維織物的型號為EW430或EW840。
本發(fā)明具有以下有益效果
1)玻纖表面浸潤劑的熱解、脫除和硼酸酯有機先驅(qū)體的熱解、燒結(jié)同步完成，其熱處理工藝近似于傳統(tǒng)的玻纖熱處理法脫除浸潤劑工藝，生產(chǎn)工藝簡單；
2)大幅度提高了熱處理無堿玻璃纖維織物的力學(xué)性能，擴大了無堿玻璃纖維織物的應(yīng)用領(lǐng)域；
3)在脫除了無堿玻璃纖維表面石蠟等非極性浸潤劑的同時，玻纖表面重新形成了含有氮化硼的涂層，提高了玻纖表面的極性，有利于增強玻纖復(fù)合材料的界面結(jié)合。
具體實施方式
以下通過實施例進一步說明本發(fā)明，拉伸強度按GBT7689. 5-2001方法測試。
實施例1
1)稱量硼酸酯10克及乙醇490克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆2分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例2
1)稱量硼酸酯20克及乙醇480克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 80°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例3
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆2分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例4
1)稱量硼酸酯30克及乙醇470克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 80°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例5
1)稱量硼酸酯30克及乙醇470克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度300°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例6
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理30分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例7
1)稱量硼酸酯20克及乙醇480克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理45分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例8
1)稱量硼酸酯10克及乙醇490克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆2分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例9
1)稱量硼酸酯20克及乙醇480克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 80°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例10
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆2分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例11
1)稱量硼酸酯30克及乙醇470克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 80°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例12
1)稱量硼酸酯30克及乙醇470克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度300°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理60分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例13
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理30分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
實施例14
1)稱量硼酸酯20克及乙醇480克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW840浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理45分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例1
測試無堿玻璃纖維織物EW430的拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例2
1)在溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維織物EW430熱處理1分鐘，除去玻纖表面的浸潤劑；
2)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維織物EW430的拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例3
測試無堿玻璃纖維織物EW840的拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例4
1)在溫度350°C條件下，對無堿玻璃纖維織物EW840熱處理1分鐘，除去玻纖表面的浸潤劑；
2)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維織物EW840的拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例5
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在氮氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理30分鐘；
4)將無堿玻璃纖維涂層織物在室溫、100%相對濕度條件下貯存10天后，測試其拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例6
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在空氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理30分鐘；
4)冷卻至室溫，測試無堿玻璃纖維涂層織物的拉伸強度，結(jié)果見表1。
對比例7
1)稱量硼酸酯25克及乙醇475克，配制成溶液；
2)將無堿玻璃纖維織物EW430浸入到硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1分鐘，并于 70°C條件下干燥；
3)在空氣氣氛中于溫度400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理30分鐘；
4)將無堿玻璃纖維涂層織物在室溫、100%相對濕度條件下貯存10天后，測試其拉伸強度，結(jié)果見表1。
表權(quán)利要求
1.一種提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其特征在于步驟如下以硼酸酯的乙醇溶液對無堿玻璃纖維織物表面進行浸漬涂布，然后在氮氣氣氛中采用類似于傳統(tǒng)的熱處理法脫除浸潤劑工藝的溫度條件對無堿玻璃纖維織物進行熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其特征在于所述的無堿玻璃纖維織物為未經(jīng)熱處理脫去表面浸潤劑的無堿玻璃纖維織物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其特征在于所述的硼酸酯為硼酸和三乙醇胺的縮合產(chǎn)物，硼酸酯乙醇溶液的質(zhì)量百分濃度為2% 6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其特征在于包括以下步驟1)將無堿玻璃纖維織物浸入到質(zhì)量百分濃度為2% 6%的硼酸酯乙醇溶液中表面涂覆1 2分鐘，并于70°C 80°C條件下干燥；2)再在氮氣氣氛中于溫度300°C 400°C條件下，對無堿玻璃纖維涂層織物熱處理 30 60分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4任一所述的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其特征在于所述的無堿玻璃纖維織物的型號為EW430或EW840。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，改進了熱處理脫除浸潤劑工藝，該熱處理工藝在除去了玻纖表面浸潤劑的同時，于玻纖表面重新形成了一層含有氮化硼的涂層，實現(xiàn)了提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的目的。本發(fā)明的提高熱處理無堿玻璃纖維織物強度的方法，其步驟為以硼酸酯的乙醇溶液對無堿玻璃纖維織物表面進行浸漬涂布，然后在氮氣氣氛中采用熱處理法脫除浸潤劑工藝的溫度條件對無堿玻璃纖維織物進行熱處理即以硼酸酯的乙醇溶液涂敷未經(jīng)脫除浸潤劑的無堿玻璃纖維織物，然后在氮氣氣氛中采用類似于傳統(tǒng)的熱處理法脫除浸潤劑工藝的溫度條件對無堿玻璃纖維織物進行熱處理。
文檔編號D06M11/80GK102505457SQ20111034758
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者呂海, 王娟, 竺林, 靳懷強, 黃健, 黎鵬 申請人:南京工業(yè)大學(xué), 南京彤天科技實業(yè)有限責(zé)任公司