专利名称：一种由玻璃纤维和聚丙烯纤维组成的复合纤维的制造方法
技术领域：
本发明涉及玻璃纤维增强树脂复合材料领域，更进一步涉及玻璃纤维与热塑性树脂纤维复合成的复合纤维的制造方法。
背景技术：
由于玻璃纤维增强各种树脂基体做成的复合材料具有质轻、强度高、电绝缘、耐腐蚀、阻燃、使用寿命长等特点，目前已在世界范围内受到了广泛的重视，特别是玻璃纤维增强热塑性树脂如聚丙烯、聚乙烯等，因其经济性及其冲击韧性好，易成型，易修复，易再生等优良性能，在相当一段时间内占据了树脂基复合材料的主导地位。这种复合材料一般采用玻璃纤维短切颗粒与热塑性树脂颗粒混合，然后通过螺杆挤出机挤出形式制作，该方法的缺点是玻璃纤维添加量不高，强度低，玻璃纤维分布不均匀，不能控制玻璃纤维的排列方向等。美国专利说明书US-5454846公开了一种复合纤维制造工艺。该工艺中，玻璃纤维从模具中流出并以一定的速度沿一通道移动，而热塑性纤维从拉丝机中流出并以另一速度沿二通道移动，两种纤维经过集束器集束后成为复合纤维。由于热塑性纤维经拉伸后有收缩性，使复合纤维带有波纹，当缠绕成线圈时，因纤维膨松造成缠绕困难，并且还有混合不均等很多不利影响。为了解决这一问题，美国专利说明书US-5454846采用了使热塑性纤维移动速度大于玻璃纤维移动速度的方法，使热塑性纤维收缩后在复合纤维中和玻璃纤维的长度一致。该工艺理论上可使两种纤维混合均匀，有效的控制纤维的排列方向，提高玻璃纤维的加入量，提高产品性能。但在实际生产中上述方法不易控制，因此始终未能实现工业化生产。另外，聚丙烯是一种非极性聚烯烃，与玻璃纤维的亲和性较差，它很难与玻璃纤维形成有效的界面结合。为了充分发挥玻璃纤维的增强作用，获得性能优良的玻璃纤维增强聚丙烯复合材料，必须设法提高玻璃纤维与聚丙烯的界面粘结强度。由于玻璃纤维表面含有大量的硅醇基，一般采用浸润剂对玻璃纤维直接浸润，浸润剂中除含有偶联剂外主要是聚丙烯成膜剂。这种方法对玻璃纤维增强极性热塑性树脂，因偶联剂能与树脂形成化学键而非常有效，但对于玻璃纤维增强聚丙烯，因聚丙烯为非极性树脂只能使其界面粘结强度略有提高。
发明内容
为了解决因聚丙烯纤维收缩带来的复合纤维蓬松问题和更有效地提高玻璃纤维与聚丙烯的界面粘结强度，获得性能优良的复合纤维，本发明通过对聚丙烯纤维进行二次热拉伸和高温热定型处理使其降低收缩性。经拉伸后的聚丙烯纤维，聚集态结构发生了很大变化，通常处于不平衡状态，其结构和性质可随时间而变化，对其进行高温热定型处理，可消除拉伸时产生的内应力和新发生的结构缺陷，使纤维的最终结构基本稳定，性质基本固定，从而使收缩率大大减小。热处理温度为100-120℃，优选110℃，处理时间为5-10秒，优选6秒。本发明通过使用聚丙烯和改性聚丙烯混合原料的方法，使聚丙烯纤维中的极性基团与浸润后的玻璃纤维表面发生化学键结合从而提高玻璃纤维与聚丙烯的界面粘结强度，优选马来酸酐改性聚丙烯，改性聚丙烯含量为3-8％，优选5％。
四
及
具体实施例方式
本发明的工艺流程及有益效果将结合附图和具体实施方式
做具体说明。
附图是本发明的工艺流程示意图。
本发明采用玻璃纤维成型系统与聚丙烯纤维成型系统并列布置，分别成丝，平面拉伸，平面复合，集丝成束的方法。具体说明如下澄清后的玻璃液从漏板(1)中流出形成玻璃纤维(2)，玻璃纤维通过喷水降温快速冷却，然后经过一个石墨辊涂油器(3)涂覆浸润剂，浸润剂中含有硅烷偶联剂和光引发剂。漏板采用矩形设计，以提高纤维的扩散面积。在漏板上面有一个玻璃液的通路，通过电加热使玻璃液保持一定温度。漏板材料为铂铑合金。喷嘴之间保持一定的距离，使玻璃纤维成平面拉伸。含马来酸酐改性聚丙烯5％的聚丙烯粒料自漏斗加入到螺杆挤出机中，同时加入抗氧剂、光稳定剂，也可根据需要加入功能化助剂如阻燃剂等，通过加热使其成熔融状态，然后从喷丝板(4)流出形成聚丙烯纤维(5)，喷丝板也成矩形。聚丙烯纤维呈平面拉伸，以一定速度经过一个吹风冷却通道后，通过导向辊(6)牵引到三对拉伸辊(7，8)、(9，10)、(11，12)上，为提高聚丙烯纤维的强度，降低伸长率，改变分子取向，控制纤维直径，须经上述三对拉伸辊进行拉伸。第一对拉伸辊(7，8)由电阻器加热，使温度控制在聚丙烯的玻璃化温度以上，软化点以下。第三对拉伸辊(11，12)的转速大于第二对并与拉丝机(18)的线速度相同，第二对拉伸辊(9，10)的转速大于第一对，三对拉伸辊均采用变频控制。这样，聚丙烯纤维经过三对拉伸辊后便得到了两次拉伸。拉伸后的聚丙烯纤维再牵引到一对加热辊(13，14)上，加热辊采用电加热，温度控制在120℃左右，经过6秒钟的热处理，聚丙烯纤维的收缩性大大减小。再通过冷却水辊(15)使其快速冷却至70℃左右。这时已具备复合要求的聚丙烯纤维在压辊(16)处与玻璃纤维相间共挤成复合纤维。复合纤维最后通过集束器(17)集成一束，由拉丝机(18)卷成纱卷，即成品复合纤维。使用该复合纤维制造复合材料时，须将其加热到聚丙烯的熔点以上，这时聚丙烯纤维充当基体材料，在玻璃纤维四周流动，对玻璃纤维进行较好的涂覆浸渍并产生较好的界面结合，使其在低压下迅速成型。
采用上述工艺方法制成的复合纤维混合均匀，复合纤维中的玻璃纤维含量可达到50-70％，玻璃纤维直径在13-17μm之间，聚丙烯纤维直径在20-30μm之间。使用该复合纤维制成的复合材料，纤维分布均匀，强度高，能有效的控制纤维排列方向，使产品具有优良的性能。
权利要求
1.一种由玻璃纤维与聚丙烯纤维组成的复合纤维的制造方法，玻璃纤维(2)自一个矩形铂铑合金漏板(1)流出，经过喷水冷却后在涂油器(3)涂覆浸润剂，聚丙烯纤维(5)从一个矩形喷丝板(4)流出，被侧吹风冷却后通过一个导向辊(6)牵引到拉伸辊(7，8)、(9，10)、(11，12)上，在此对聚丙烯纤维进行加热拉伸，使其达到要求的直径，然后在压辊(16)处与玻璃纤维相间共挤成复合纤维，其特征是聚丙烯纤维在三对拉伸辊处经过二次热拉伸后再牵引到加热辊(13，14)上进行高温定型，再用冷却辊(15)冷却，使聚丙烯纤维的结构和性质基本稳定，聚丙烯纤维的原料中含有聚丙烯和改性聚丙烯。
2.根据权利要求1所述的方法，玻璃纤维的高温热定型温度为110-125℃。
3.根据权利要求1或2所述的方法，玻璃纤维的高温热定型温度优选120℃。
4.根据权利要求1所述的方法，改性聚丙烯优选马来酸酐改性聚丙烯，其含量为3-8％。
5.根据权利要求4所述的方法，马来酸酐改性聚丙烯的含量优选5％。
全文摘要
本发明公开了一种由玻璃纤维与聚丙烯纤维组成的复合纤维的制造方法。该方法采用将拉伸后的聚丙烯纤维高温热定型工艺，大大降低了聚丙烯纤维的收缩性。采用改性聚丙烯原料使玻璃纤维与聚丙烯纤维界面有效结合。该方法生产的复合纤维中玻璃纤维添加量大，分布均匀，强度高。
文档编号D02G3/04GK1412366SQ0112755
公开日2003年4月23日 申请日期2001年10月16日 优先权日2001年10月16日
发明者张志法, 刘颖, 徐永军, 张德刚, 戚德海, 刘鑫, 张国, 周长汶 申请人:泰安泰山复合材料有限公司