一種低遷移率的玻璃纖維浸潤劑的制作方法
【專利摘要】一種低遷移率的玻璃纖維浸潤劑，由偶聯劑、成膜劑、潤滑劑、抗靜電劑、pH調節(jié)劑、粘度調節(jié)劑和水制成；其中，偶聯劑為硅烷偶聯劑；成膜劑由雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液組成，其中雙酚A型環(huán)氧樹脂的數均分子量為500?700，鄰苯型不飽和聚酯樹脂的數均分子量為3000?10000；粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺或羥基纖維素。該浸潤劑能改善玻璃纖維遷移率，使用該浸潤劑生產的玻璃纖維絲餅含油率變化波動小、毛羽少、質量波動小，從而保障產品的質量。
【專利說明】
一種低遷移率的玻璃纖維浸潤劑 (一)
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種低迀移率的玻璃纖維浸潤劑。 (二)
【背景技術】
[0002] 玻璃纖維是復合材料中增強材料的一種，在建筑、交通運輸、風力葉片、娛樂休閑 等領域有著廣泛的應用。這種復合材料中，玻璃纖維會與熱固性或熱塑性樹脂復合，這就要 保證玻璃纖維與樹脂之間的相容性。
[0003] 玻璃纖維是通過熔融玻璃從漏板的孔中流出，高速轉繞在拉絲設備上，將這些長 絲拉制成股線，收集。在拉絲和纖維加工的過程中，需要在玻璃纖維的表面涂覆一層浸潤 劑，其作用是在拉絲過程中保護這些長絲，減少磨損，同時對玻璃纖維進行表面改性處理， 賦予玻璃纖維與樹脂之間良好的相容性。
[0004] 浸潤劑一般是水分散體系，主要成分包括偶聯劑、成膜劑、潤滑劑以及抗靜電劑等 助劑。偶聯劑主要有改善非極性與極性物質之間的界面相容性的作用，是無機玻璃材料與 有機樹脂材料之間的粘結劑，主要類型包括硅烷偶聯劑、鈦酸酯等。成膜劑是玻璃纖維高速 拉絲過程中所用的浸潤劑中的主要成分，它可使數百根玻璃纖維粘合起來，在纖維表面形 成一層保護膜，并賦予玻璃纖維良好的浸潤性、硬挺性、成帶性、短切性和分散性等工藝性 能，保護玻璃纖維在后道加工工序中不受損傷，從而滿足玻璃纖維制品各種成型工藝性能 的要求，主要的類型包括環(huán)氧乳液、聚醋酸乙烯酯乳液、聚酯乳液、聚氨酯乳液等成膜劑。潤 滑劑主要是使玻璃纖維原絲與各工藝裝置之間保持一定的潤滑作用，避免二者間摩擦系數 過大而引起原絲張力過大，造成飛絲、絲束打毛及原絲筒粘并退解困難等問題的產生，同時 在原絲筒后加工過程如絡紗、短切過程，起到潤滑作用，使原絲具有良好的滑爽性，防止因 機械磨損而產生的毛絲，主要類型包括咪唑啉、聚環(huán)氧乙烷、有機硅油、硬脂酸類潤滑劑?？?靜電劑主要是消除玻璃纖維在使用過程中產生的靜電，保持使用的順暢性，主要的類型有 季銨鹽類、硝酸鋰等。
[0005] 然而，玻璃纖維在拉絲涂覆過程中，浸潤劑組分隨著剪切力作用出現迀移，同時在 浸潤劑烘干過程，隨著水分的干燥，水分自絲餅中間部分往外擴散過程將攜帶親水性的浸 潤劑組分迀移到絲餅外面部分，導致絲餅的不同位置如內層、中層、外層的浸潤劑含量有所 不同，同時其浸潤劑組成也發(fā)生變化，將會放大玻璃纖維的質量波動性。
[0006] 因此，需要設計一種低迀移率的玻璃纖維的浸潤劑配方，使之能改善玻璃纖維迀 移率，使用該浸潤劑生產的玻璃纖維絲餅含油率變化波動小、毛羽少、質量波動小，從而保 障產品的質量。 (三)

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術問題在于提供一種低迀移率的玻璃纖維浸潤劑，該浸潤劑能 改善玻璃纖維迀移率，使用該浸潤劑生產的玻璃纖維絲餅含油率變化波動小、毛羽少、質量 波動小，從而保障了產品的質量。
[0008] 下面對本發(fā)明采用的技術方案做具體說明。
[0009] 本發(fā)明提供了一種玻璃纖維浸潤劑，由偶聯劑、成膜劑、潤滑劑、抗靜電劑、PH調節(jié) 劑、粘度調節(jié)劑和水制成；
[0010] 偶聯劑為硅烷偶聯劑;成膜劑由雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液 組成，其中雙酚A型環(huán)氧樹脂的數均分子量為500-700,鄰苯型不飽和聚酯樹脂的數均分子 量為3000-10000;潤滑劑為PEG類潤滑劑;粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺或羥基纖維素;pH調節(jié) 劑為酸；
[0011] 所述浸潤劑的固體質量（即烘干后剩余部分的質量）占浸潤劑總質量的3.0~ 8.0%，下列各組分的含量以其用量占浸潤劑固體質量的百分比表示如下，若組分以分散體 系形式加入，則其用量以其固體質量計：
[0012] (1)硅烷偶聯劑，含量在2.0~10.0%;
[0013] (2)pH調節(jié)劑，含量在0.5~5.0%;
[0014] (3)成膜劑，含量在60.0~90.0%;
[0015] (4)潤滑劑，含量在0 · 5~10 · 0% ;
[0016] (5)抗靜電劑，含量在0.5~8.0%;
[0017] (6)粘度調節(jié)劑，含量在0.5-10.0%。
[0018] 本發(fā)明所述的偶聯劑主要是與玻璃表面結合，提供疏水界面與成膜劑相容，起到 無機與有機界面之間的結合作用，偶聯劑一般選自帶環(huán)氧基、氨基、乙烯基或丙烯酰氧基的 硅烷偶聯劑中的一種或任意組合，如γ-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-丙烯酰氧基 丙基三甲氧基硅烷、γ -氨基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ -甲基丙烯酰氧基 丙基三甲氧基硅烷等，本發(fā)明優(yōu)選偶聯劑是帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑(優(yōu)選γ -縮水甘油氧基 丙基三甲氧基硅烷)和帶丙烯酰氧基的硅烷偶聯劑(優(yōu)選γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基 硅烷）的組合。本發(fā)明中，偶聯劑質量一般占浸潤劑固體質量的2.0~10.0%，優(yōu)選3.0~ 6.0%;其中，帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑和帶丙烯酰氧基的硅烷偶聯劑的用量之比為1:1~3。
[0019] 本發(fā)明所述的pH調節(jié)劑優(yōu)選弱酸，如醋酸，主要是提供酸性介質來水解偶聯劑，一 般其占浸潤劑固體質量的0.5~5.0%，優(yōu)選為1.0~3.0%。
[0020] 本發(fā)明所述的成膜劑主要是提供集束性，并且與樹脂互相作用，提供良好的界面， 本發(fā)明所述的成膜劑包含環(huán)氧樹脂乳液與不飽和聚酯乳液，其中環(huán)氧乳液為雙酚A型環(huán)氧 樹脂乳液，數均分子量為500-700;不飽和聚酯乳液為鄰苯型不飽和聚酯乳液，數均分子量 為3000-10000。本發(fā)明所述浸潤劑中，成膜劑含量為60.0-90.0 %，優(yōu)選70.0-80.0 %，更優(yōu) 選雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液的用量之比以各自的固體質量之比計為 1:1 ~2〇
[0021] 本發(fā)明所述的抗靜電劑，主要是消除使用過程中摩擦導致的靜電，改善玻璃纖維 的切割性，不致于由于靜電而粘附刀片，影響使用的順暢性。抗靜電劑選用季銨鹽，其含量 一般為0.5%~8.0%，優(yōu)選3.0~6.0%。
[0022]本發(fā)明所述的潤滑劑主要起潤滑作用，一般為PEG類潤滑劑，優(yōu)選PEG2000,其含量 為0.5%~10.0%，優(yōu)選為7.5~8.5%。
[0023]本發(fā)明所述的粘度調節(jié)劑主要是調節(jié)浸潤劑粘度，在拉絲與烘制過程中，減少浸 潤劑的迀移。優(yōu)選粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺，其數均分子量優(yōu)選為20-50萬級別。本發(fā)明浸 潤劑中，粘度調節(jié)劑含量為0.5-10.0%，當粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺時，含量優(yōu)選為3.0_ 8.0% ;當粘度調節(jié)劑為羥基纖維素時，其含量進一步優(yōu)選為5.0-8.0%。
[0024]進一步，所述浸潤劑中，偶聯劑為帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑和帶丙烯酰氧基的硅烷 偶聯劑的組合;成膜劑由雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液組成，其中雙酚A 型環(huán)氧樹脂的數均分子量為500-700,鄰苯型不飽和聚酯樹脂的數均分子量為3000-10000; 潤滑劑為PEG類潤滑劑;粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺;pH調節(jié)劑為酸;下列各組分的含量以其 用量占浸潤劑固體質量的百分比表示如下：
[0025] (1)硅烷偶聯劑，含量在3 · 0~6 · 0 % ;
[0026] (2)pH調節(jié)劑，含量在1.0~3.0%;
[0027] (3)成膜劑，含量在70.0~80.0%;
[0028] (4)潤滑劑，含量在7 · 5~8 · 5% ;
[0029] (5)抗靜電劑，含量在3.0~6.0%;
[0030] (6)粘度調節(jié)劑，含量在3.0-8.0%。
[0031 ]進一步，所述浸潤劑中，偶聯劑為帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑和帶丙稀醜氧基的硅烷 偶聯劑的組合;成膜劑由雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液組成，其中雙酚A 型環(huán)氧樹脂的數均分子量為500-700,鄰苯型不飽和聚酯樹脂的數均分子量為3000-10000; 潤滑劑為PEG類潤滑劑;粘度調節(jié)劑為羥基纖維素;pH調節(jié)劑為酸;下列各組分的含量以其 用量占浸潤劑固體質量的百分比表示如下：
[0032] (1)硅烷偶聯劑，含量在3 · 0~6 · 0% ;
[0033] (2)pH調節(jié)劑，含量在1.0~3.0%;
[0034] (3)成膜劑，含量在70.0~80.0%;
[0035] (4)潤滑劑，含量在7 · 5~8 · 5 % ;
[0036] (5)抗靜電劑，含量在3.0~6.0%;
[0037] (6)粘度調節(jié)劑，含量在5.0-8.0%。
[0038] 更進一步，帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑和帶丙稀醜氧基的硅烷偶聯劑的用量之比為1: 1~3〇
[0039] 更進一步，雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液的用量之比以各自的 固體質量之比計為1:1~2。
[0040] 再更進一步，帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑和帶丙烯酰氧基的硅烷偶聯劑的用量之比為 1:1~3;雙酚A型環(huán)氧樹脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液的用量之比以各自的固體質量之 比計為1:1~2。
[0041 ]本發(fā)明中，浸潤劑的固含量優(yōu)選控制在在5.0~8.0 %，所制備的玻璃纖維可燃物 含量約為0.80-1.20 %。
[0042] 本發(fā)明的浸潤劑的制備方法為:偶聯劑水解-成膜劑稀釋-潤滑劑稀釋-抗靜電 劑稀釋-粘度調節(jié)劑稀釋-補水。
[0043] 本發(fā)明的浸潤劑最佳使用溫度控制在22_28°C。
[0044] 本發(fā)明所述的浸潤劑可應用于增強熱固性塑料用的玻璃纖維，所述的熱固性塑料 如不飽和聚酯樹脂或聚氨酯樹脂等。本發(fā)明浸潤劑應用于如拉擠、纏繞、短切氈等工藝，可 以大幅減少浸潤劑迀移，有效解決紗團端面發(fā)黃或絲餅外圈發(fā)黃，可燃物含量不均勻，紗團 或絲餅內中外圈質量波動等問題。
[0045] 使用本發(fā)明的浸潤劑生產的玻璃纖維紗具有毛羽少、迀移少、質量均勻性好等優(yōu) 點，可以減少復合材料的質量波動性。
[0046] 本發(fā)明與現有技術相比，其有益效果在于：
[0047] 本發(fā)明使用的粘度調節(jié)劑，可以有效減少浸潤劑在拉絲及烘制過程的迀移問題， 相比傳統(tǒng)方法通過去除紗團或絲餅內外圈原絲以減少紗線發(fā)黃或可燃物含量過高而導致 的質量問題，本發(fā)明可以減少去除量，提高原絲的利用率，提高產品的成品率，降低生產成 本，同時可以減少產品的質量波動性。
[0048] (五)【具體實施方式】
[0049]下面以具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍不 限于此：
[0050] 實施例使用的組分如下：
[0051] 硅烷偶聯劑購自Momentive公司，為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(牌號 Α-174)與γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(牌號A-187);
[0052] 環(huán)氧乳液購自Hexion公司，為EPIREZ 3510,數均分子量為600;
[0053] 鄰苯型不飽和聚酯乳液購自DSM公司，為954D;
[0054] 抗靜電劑為18個碳原子長鏈型季銨鹽，購自BASF公司的264Α;
[0055] 潤滑劑為聚乙二醇2000;
[0056] 粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺，購自愛森，分子量為30萬級別；羥基纖維素購自Dow公 司，METHOCEL A4M。
[0057] 表1是實施例1 - 5的浸潤劑配方，浸潤劑固含量為6.0 %，表1中無括號的數字代表 組分用量（若以分散體系加入，則用量以固體質量計）占浸潤劑質量的百分比（百分號省 略），括號內數字代表組分用量占浸潤劑固體質量的百分比（百分號省略），若組分以分散體 系形式加入，則其用量以其固體質量計：
[0060]浸潤劑評價方法如下：
[0061 ] 1、可燃物含量測試：
[0062] 可燃物含量按照國標ISO 1887方法進行測試。
[0063] 2、毛羽測試：
[0064] 毛羽率是評價玻璃纖維的耐摩擦性能，以及使用過程中產生毛羽量的指標。測試 方法主要是將玻璃纖維紗束通過測試設備，計算穿過Ikg玻璃纖維紗所產生的毛羽量。
[0065] 3、玻璃纖維斷裂強度測試：
[0066] 斷裂強度測試參照國標ISO 3341方法進行測試。
[0067] 4、迀移率測試：
[0068]浸潤劑迀移率測試，主要是測試紗團內、中、外圈含油率，然后將內、外圈含油率/ 中圈含油率的數值，表征浸潤劑在拉絲與干燥過程中隨著水分揮發(fā)，迀移至表面層的程度， 影響玻璃纖維的質量穩(wěn)定性。
[0069]實例測試結果如表2所示：
[0070]表 2
L0072J 從以上測試P」以宥出，加人粘度調節(jié)刑P」以降低拉絲過程浸潤刑的辻栘，開提高 浸潤劑利用率，提高含油率，同時使浸潤劑在玻璃纖維表面涂覆更加均勻，降低毛羽率，在 干燥過程中，隨著水分的蒸發(fā)，加入粘度調節(jié)劑之后，浸潤劑的迀移率可顯著減少，相比羥 基纖維素，使用聚丙烯酰胺效果更好。
[0073]本發(fā)明實施例是根據粘度調節(jié)劑作用特點，通過粘度調節(jié)劑的選用來降低浸潤劑 的迀移率，使浸潤劑在玻璃纖維表面涂覆均勻，紗團內、中、外圈質量波動變小，提高產品質 量穩(wěn)定性，同時可以降低產品毛羽率。
【主權項】
1. 一種玻璃纖維的浸潤劑，其特征在于:所述浸潤劑由偶聯劑、成膜劑、潤滑劑、抗靜電 劑、pH調節(jié)劑、粘度調節(jié)劑和水制成;其中，偶聯劑為硅烷偶聯劑;成膜劑由雙酚A型環(huán)氧樹 脂乳液與鄰苯型不飽和聚酯乳液組成，其中雙酚A型環(huán)氧樹脂的數均分子量為500-700,鄰 苯型不飽和聚酯樹脂的數均分子量為3000-10000;粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺或羥基纖維 素； 所述浸潤劑的固體質量占浸潤劑總質量的3.0~8.0%，下列各組分的含量以其用量占 浸潤劑固體質量的百分比表示如下，若組分以分散體系形式加入，則其用量以其固體質量 計： (1) 硅烷偶聯劑，含量在2 · 0~10 · 0 % ; (2) pH調節(jié)劑，含量在0.5~5.0%; (3) 成膜劑，含量在60 · 0~90 · 0 % ; (4) 潤滑劑，含量在0 · 5~10 ·0% ; (5) 抗靜電劑，含量在0.5~8.0%; (6) 粘度調節(jié)劑，含量在0.5-10.0%。2. 如權利要求1所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:粘度調節(jié)劑為聚丙烯酰胺，下列 各組分的含量以其用量占浸潤劑固體質量的百分比表示如下： (1) 硅烷偶聯劑，含量在3 · 0~6 · 0 % ; (2) pH調節(jié)劑，含量在1.0~3.0%; (3) 成膜劑，含量在70.0~80.0% ; (4) 潤滑劑，含量在7 · 5~8 · 5% ; (5) 抗靜電劑，含量在3.0~6.0%; (6) 粘度調節(jié)劑，含量在3.0-8.0%。3. 如權利要求1所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:粘度調節(jié)劑為羥基纖維素；下列 各組分的含量以其用量占浸潤劑固體質量的百分比表示如下： (1) 硅烷偶聯劑，含量在3 · 0~6 · 0 % ; (2) pH調節(jié)劑，含量在1.0~3.0%; (3) 成膜劑，含量在70.0~80.0% ; (4) 潤滑劑，含量在7 · 5~8 · 5% ; (5) 抗靜電劑，含量在3.0~6.0%; (6) 粘度調節(jié)劑，含量在5.0-8.0%。4. 如權利要求1~3之一所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:偶聯劑是帶環(huán)氧基的硅 烷偶聯劑和帶丙烯酰氧基的硅烷偶聯劑的組合。5. 如權利要求4所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:帶環(huán)氧基的硅烷偶聯劑和帶丙烯 酰氧基的硅烷偶聯劑的用量之比為1:1~3。6. 如權利要求5所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:偶聯劑是γ -縮水甘油氧基丙基 三甲氧基硅烷和γ -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的組合。7. 如權利要求1~6之一所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:雙酚Α型環(huán)氧樹脂乳液與 鄰苯型不飽和聚酯乳液的用量之比以各自的固體質量之比計為1:1~2。8. 如權利要求1~7之一所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:潤滑劑是PEG類潤滑劑。9. 如權利要求1~8之一所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:抗靜電劑是季銨鹽。10. 如權利要求1~9之一所述的玻璃纖維浸潤劑，其特征在于:pH調節(jié)劑是酸。
【文檔編號】C03C25/36GK105859158SQ201511018835
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】張志堅, 楊萌, 費其鋒, 劉陽, 葉鳳林
【申請人】巨石集團有限公司