本发明涉及一种玻纤纱的浸润剂，具体涉及一种FFU合成枕木用无碱玻璃纤维纱的浸润剂。(二)
背景技术：
：FFU(FiberreinforcedFoamedUrethane)是将聚氨酯树脂的发泡体用玻璃纤维进行增强后生产出的质量轻、耐腐蚀的复合材料。FFU合成枕木应用在轨道工程上具有较多优势，首先是便于施工与安装，重量轻、铺设时间短的优点尤其适于桥梁轨道枕木。其次，FFU材料易于制作大尺寸产品，可用于大型道岔等。另外，对比传统混凝土枕木，FFU中不含钢筋，不必担心施工中发生短路事故。同时，FFU复合材料使用寿命长，可以降低产品周期成本，从而实现总成本的降低。目前FFU合成枕木已受到PU和铁路界的高度关注，是全球PU材料界研究的一个热点课题。如日本新建轨道中，80％以上工程用到了FFU合成枕木，在我国台湾地区，FFU合成枕木在轨道工程上的应用也开始受到业主的重视。按国外经验1km高速铁路需用1800根左右枕木计算，7000km高速铁路FFU合成枕木市场规模将达到500亿元。作为FFU合成枕木的主要基体材料，玻璃纤维的比重高达80％，因此，可以说玻璃纤维的性能决定着最终制品的性能。针对FFU合成枕木，首先要求玻璃纤维纱具备优良的使用顺畅性，如拉挤过程中低毛羽，耐摩擦等要求，其次是要与聚氨酯树脂相容性好，浸透快速而完全，最重要的是最终的玻璃纤维制品具备优异的机械性能。一般性能要求如下(玻璃纤维含量均为75％，以300tex为例)：拉伸性能(按照ASTMD2343测试方法)：树脂体系聚氨酯树脂拉伸强度≥2200MPa拉伸模量≥75GPa剪切性能(按照ASTMD2344测试方法)：树脂体系聚氨酯树脂剪切强度≥60MPa玻璃纤维纱性能层差测试≤50mm耐磨性测试≥30次从玻璃纤维纱内侧取2米试样，将纱的一头对齐。然后将对齐的一侧固定好，缓慢地将玻璃纤维纱内部中有松弛的部分弄平。纱对齐的另一头，以毫米为单位测量最长和最短纱线的距离，此即为层差测试。从玻璃纤维纱内侧取1米试样，在一头系0.5kg的砝码。将样品在直径为10毫米的铜管上摩擦，目视确认毛羽是否产生。记录毛羽产生时的摩擦次数，即为耐磨性测试。为此在采用E玻璃成分不变的前提下，需通过研制一种新型的浸润剂，要能和目标树脂具备优良的相容性，提高界面结合的效果，以满足机械性能的指标要求，同时要能改善纱线表面状态，提高集束性和耐磨性，减少毛羽的产生，以满足络纱及生产使用要求。(三)技术实现要素：：本发明目的是提供一种FFU合成枕木用无碱玻璃纤维纱的浸润剂，采用该浸润剂生产的玻璃纤维纱，不但与目标树脂相容性好、浸透好，并且所得制品的机械性能高，使用顺畅性好，满足标准的要求。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种FFU合成枕木用无碱玻璃纤维纱的浸润剂，由偶联剂、润滑剂、成膜剂、表面活性剂、pH值调节剂、水配制而成，pH值为2～10(优选3～7)；其中，所述的偶联剂采用硅烷偶联剂；所述的润滑剂采用水溶性有机化合物，具体如硅油或PEG类润滑剂；所述的成膜剂为环氧乳液、聚氨酯乳液的共混物；所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂；所述的pH值调节剂为酸；所述的浸润剂中，非水组分的质量占浸润剂总质量的3％～10％，余量为水；所述的非水组分为：偶联剂、润滑剂、成膜剂的理论除水后的含固量部分、表面活性剂、pH值调节剂；所述成膜剂的理论除水后的含固量部分由环氧乳液的理论除水后的含固量部分与聚氨酯乳液的理论除水后的含固量部分组成，且环氧乳液的理论除水后的含固量部分与聚氨酯乳液的理论除水后的含固量部分的质量比为1：0.18～0.75；基于非水组分的总质量，所述偶联剂、润滑剂、成膜剂的理论除水后的含固量部分、表面活性剂、pH值调节剂的质量百分数分别为：优选的，基于非水组分的总质量，所述偶联剂、润滑剂、成膜剂的理论除水后的含固量部分、表面活性剂、pH值调节剂的质量百分数分别为：更加优选的，基于非水组分的总质量，所述偶联剂、润滑剂、成膜剂的理论除水后的含固量部分、表面活性剂、pH值调节剂的质量百分数分别为：最优选的，基于非水组分的总质量，所述偶联剂、润滑剂、成膜剂的理论除水后的含固量部分、表面活性剂、pH值调节剂的质量百分数分别为：本发明中，所述的水优选去离子水。所述的偶联剂一般采用带环氧基、乙烯基或氨基的硅烷基偶联剂，本发明适用的硅烷偶联剂可选用的产品牌号有A-172、A-174、A-1100、A-187等。偶联剂的使用，可保护纤维，避免在拉丝生产过程中受损，并起到玻璃纤维和基体树脂间的“桥接”作用，因此是影响玻璃纤维强度以及玻璃钢制品强度的关键。合适的偶联剂选择，可以使生产出来的玻璃纤维纱产品具有更好的机械性能。本发明偶联剂的质量百分数为1％～9％，优选2％～8％，更优选3％～7％，最优选4％～6％。所述的润滑剂可采用水溶性的有机化合物，如硅油或PEG类润滑剂，具体例如聚醚改性硅油、PEG-400、PEG-600等。润滑剂的使用主要为满足玻璃纤维在拉丝、后处理、使用过程的润滑效果，但过多的润滑剂会影响玻璃纤维纱的集束性，并且会影响最终玻璃钢制品的机械性能。本发明润滑剂的质量百分数为4％～18％，优选5％～16％，更优选7％～14％，最优选9％～11％。所述的成膜剂作为浸润剂的主要成分起到保护纤维的作用，满足纤维的连续生产，并且对玻璃纤维最终制品的机械强度起着决定性的影响，因此，成膜剂的选择是本发明的重点。本发明使用的成膜剂为环氧乳液与聚氨酯乳液的组合，本发明采用不同类型的乳液搭配使用，一方面是为了使玻璃纤维具有良好集束性与耐磨性，另一方面是为了使玻璃纤维产品与树脂的相容性要求好，以满足最终制品力学性能的要求。本发明成膜剂的质量百分数为60％～85％，优选65％～80％，更优选68％～78％，最优选72％～77％。所述成膜剂中的环氧乳液是水溶性环氧树脂乳液或双酚A型环氧树脂乳液，分子量为200～1200(优选300～800)，分散相平均粒径0.2～2.0μm。本发明中环氧乳液可根据现有文献自行制备或使用市售商品。所述成膜剂中的聚氨酯乳液是聚酯型聚氨酯乳液，其相对分子质量为20000～40000(优选25000～35000)，分散相平均粒径为0.2～2.0μm，粘度范围10～50mpa.s。聚氨酯乳液含有极性很强的氨酯键，使玻璃纤维具有良好的集束性，对玻璃纤维保护作用优于其它品种的成膜剂。本发明中聚氨酯乳液可根据现有文献自行制备或使用市售商品。所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂，可选自烷基吡啶盐、季铵盐、胺盐中的一种，具体例如十八烷基三甲基氯化铵(1831)、N-烷基二乙三胺、聚乙烯亚胺季铵盐等。本发明表面活性剂的质量百分数为1％～10％，优选2％～9％，更优选3％～8％，最优选6％～7.5％。所述的pH值调节剂采用酸，有机酸或无机酸均可，如柠檬酸、醋酸、甲酸、乙酸等。pH值调节剂的作用主要是用来辅助偶联剂分散和调节配制好的浸润剂的pH值。本发明pH调节剂的质量百分数为1％～5％，优选1.5％～4.5％，更优选2％～4％，最优选2.5％～3.5％。本发明所述的FFU合成枕木用无碱玻璃纤维纱的浸润剂，其配制方法为：按照配方，在一个干净的容器中，加入总量40％～50％的水，再加入pH值调节剂，搅拌3～5min，接着加入硅烷偶联剂，搅拌40～50min；将润滑剂、表面活性剂各自用4～6倍质量的40～50℃水搅拌稀释后，加入容器；再将成膜剂用1～3倍质量的水稀释后，加入容器；补足配方中水的量，搅拌均匀，即得成品。其中，所述的水优选去离子水。利用本发明所述的浸润剂，根据本领域常规的玻璃纤维生产工艺，可制得所述的FFU合成枕木用无碱玻璃纤维纱，其可燃物含量(即浸润剂涂附在玻璃纤维上的量占玻璃纤维质量的比例)一般控制在0.2％～0.8％，具体的值需要根据原料本身的性能，从产品需要达到的性能指标和实验测试结果来看，可燃物含量在0.3％～0.6％的产品，机械强度和耐磨性能够满足要求。与现有技术相比，本发明所述的浸润剂能够使玻璃纤维产品的层差保持稳定而耐磨性大大提高，并与树脂相容性好、渗透性好，制品的机械性能高，从而满足市场及应用需求。(四)具体实施方式以下通过实施例对本发明进行具体的说明，但本发明的保护范围并不受以下实施例的任何制约。本发明实施例使用的浸润剂各组分如下：所述偶联剂使用氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂，产品牌号为A-1100(生产厂家：美国迈图公司)；所述润滑剂聚醚改性硅油，产品型号为zbh-207(生产厂家：青岛中宝化工有机硅有限公司)；所述成膜剂环氧树脂乳液，产品牌号为DSMJS129(生产厂家：荷兰DSM公司)；所述成膜剂聚氨酯乳液，产品牌号为PU400S(生产厂家：拜耳材料科技有限公司)；所述阳离子表面活性剂十八烷基三甲基氯化铵，产品型号为1831(生产厂家：上海金山经纬化工有限公司)；所述pH值调节剂采用醋酸。下表为具体的配方实例(表1)和按照本领域常规的玻璃纤维生产工艺所生产出的300tex丝饼纱的具体测试结果(表2)。本发明各具体实例中，水的含量占浸润剂总质量的94％，下表1中体现的是浸润剂中各非水组分占非水组分总量的百分数。表1实例1～6配方组分实例1实例2实例3实例4实例5实例6偶联剂234567润滑剂579111416环氧乳液676257534844聚氨酯乳液151820222426表面活性剂9.587.564.53pH调节剂1.522.533.54配方非水组分比例合计100100100100100100表2用实例1～6配方制备的浸润剂生产的丝饼纱的测试结果本发明实施例根据聚氨酯拉挤成型工艺与FFU用纱的技术特点，通过浸润剂原料的选择，配方的优化，采用本领域常规合适的玻璃纤维生产工艺，生产出满足需求的FFU合成枕木用纱产品。根据以上的配方测试实例，我们可以从中看出，通过对组分和组分含量的设计，我们可以得到合乎要求的浸润剂，其中尤以实例3、4效果更佳。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3