树脂相容型玻璃纤维细纱浸润剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种玻璃纤维细纱浸润剂及其制备方法，属于玻璃纤维浸润剂技术领 域。
【背景技术】
[0002] 玻璃纤维纱线一般是指玻璃经拉丝成丝饼后，经过退解而形成玻璃纤维纱线制 品，通常作为复合材料中的增强材料。玻璃纤维根据其纤维直径及用途分为粗纱和细纱，玻 璃纤维细纱更适合用于制造编织结构增强体，因为细纱单根纤维直径更小，相比直径较大 的纤维一般具有更好的抗损伤性。
[0003] 玻璃纤维细纱主要用于电子布的制作，在工业上还用于拉挤光缆、各种航空织物、 各种三维织物、编织电线电缆包覆层、各种电机电器的绝缘材料等等行业，这些行业要求具 有良好的耐磨性和抗拉强度以及更少的毛羽，这就要求玻璃纤维细纱与不同的树脂具有相 溶性以及纱线强度较高，因此要求玻璃纤维细纱浸润剂必须具备上述性能。
[0004] 现有的细纱浸润剂配方主要为淀粉型，其主要成为：淀粉，植物油和石蜡。淀粉型 浸润剂纺织工艺好，但不能满足后续工艺中与基体树脂的相容性，通常需要经过热处理工 艺除去玻纤表面的淀粉浸润剂，再经过偶联剂表面处理获得与树脂的相容。然而，热处理会 导致纤维强度下降，其力学强度达不到预期的要求。现有技术中有关树脂相容型细纱用浸 润剂介绍如下：
[0005] CN 102249556 A公开了一种玻璃纤维细纱浸润剂及其制备方法，该配方中主要包 含一种小分子环氧乳液和水性环氧成膜剂，一种水容性有机化合物润滑剂和两种硅烷偶联 剂，该配方与树脂相容性好，浸透快。
[0006] CN 102745908 A公开了一种增强纺织型玻璃纤维浸润剂及其制备方法，该配方成 膜剂为环氧乳液和水容性环氧树脂组合，润滑剂为一种非离子润滑剂和阳离子润滑剂组 合，偶联剂为氨基硅烷偶联剂，该配方具有良好的纺织性能起与基体树脂浸透性快、粘结力 强。
[0007] 这两篇浸润剂配方中成膜剂均为树脂乳液和水溶性树脂等多种组分组成，水溶性 树脂的存在使得纱线浸润剂迀移率较高，致使纱线含油不均，影响纱线外观，且使复合材料 界面的吸湿性较大，影响最终制品的力学强度。从我们近期研究中发现浸润剂配方中含有 水溶性环氧树脂会缩短玻纤产品的有效期，纱线会随着储存时间的延长变硬，且这种变硬 的速度和程度根据各个地方的环境气候不同而改变，这非常不利于复合材料的加工及其力 学强度。
[0008] US 4933381公开了一种树脂相容型玻璃纤维细纱用浸润剂配方，该配方有一种环 氧乳液、一种非离子润滑剂、一种阳离子润滑剂和一种氨基硅烷偶联剂组成，该配方特点在 于浸润剂固含物中润滑剂用量是成膜剂用量的两倍，因此具有较好的纺织性能，且与树脂 具有较好的相容性。但由于该配方中润滑剂价格昂贵，会使产品成本大幅度提高;此外，由 于润滑剂均为水溶性，颜色较深，若含量过高，纱线颜色偏黄，烘干有明显迀移现象。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种树脂相容型玻璃纤维细纱浸润 剂，该浸润剂能赋予纱线优异的纺织织造性能，生产的玻璃纤维制品可直接用于增强基材 树脂，与树脂具有良好的相容性，界面结合好，强度高，并且成本低。
[0010] 为实现上述目的，本发明提供的具体方案如下：
[0011] -种树脂相容型玻璃纤维细纱浸润剂，所述浸润剂的固含物占浸润剂总质量的5 ~10%，其余为去离子水，所述浸润剂的固含物包括如下组分:按浸润剂的固含物的重量为 100%计，含有50~80%的环氧树脂乳液，10~25%的非离子润滑剂，0~5%的阳离子润滑 剂，8~20 %的硅烷偶联剂，1~6 %的pH调节剂。
[0012] 进一步，所述浸润剂的固含物包括如下组分：按浸润剂的固含物的重量为100% 计，含有58~70 %的环氧树脂乳液，13~20 %的非离子润滑剂，0~2 %的阳离子润滑剂，12 ~18 %的硅烷偶联剂，3~5 %的pH调节剂。
[0013] 所述的环氧树脂乳液为中等分子量双酚A型环氧树脂经过表面活性剂乳化而成， 环氧树脂环氧当量为200~300g/eq，优选为230-270g/eq，表面活性剂用量为树脂质量的8 ~25 %，优选为10~18 %，制备方法为本领域公知。本发明所述的环氧树脂乳液，采用的表 面活性剂为非离子表面活性剂(均由巴斯夫提供），包括但不仅限于PLURONIC P103,一种氧 化乙烯/氧化丙烯的共聚物;PLURONIC F77,氧化乙烯/氧化丙烯的共聚物;PLURONIC 10R5， 一种氧化乙烯/氧化丙烯的共聚物;PLURONIC LlOl ,PLURONIC P105等。本发明的环氧树脂 乳液，在浸润剂中的主要作用为保护纤维在后道加工工序中免受损伤以及赋予纤维与基体 树脂间良好的相容性，此外成膜剂还提供单丝之间的粘结性，增加原丝的集束性，提高加工 性能减少毛羽的产生。
[0014] 所述非离子润滑剂为水溶性矿物油衍生物或者有机硅乳液，如中材科技股份有限 公司生产的NBR-1140和NBR-1240。阳离子润滑剂为长链聚烃基亚胺化合物，如中材科技股 份有限公司生产的NBR-1160和NBR-1170，润滑剂用提供纤维在缠绕过程中的额外保护作 用，还可以降低毛丝的产生。
[0015] 所述硅烷偶联剂，选自Α1100( γ-氨丙基三乙氧基硅烷）、Α1120(Ν-β(氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷）、Α187( γ -缩水甘油醚基丙烷三甲氧基硅烷）、Α174( γ-(甲基丙烯酰 氧）丙基三甲氧基硅烷)和Α172 (乙烯基-三(2-甲氧基乙氧基)硅烷）中的任意一种。硅烷偶 联剂的功能是增强成膜剂与玻璃纤维的粘接性，可降低纤维在加工过程中的毛丝量和断 头;赋予玻纤表面与基体树脂良好的相容性，提高复合材料力学性能。
[0016] 所述pH调节剂为有机酸，选自醋酸、甲酸、琥珀酸、硼酸或者柠檬酸中的任意一种， 本发明中优选醋酸或者柠檬酸。硅烷偶联剂要在一定PH条件下水解，酸的用量根据所用偶 联剂种类及用量决定。配好的浸润剂要在一定PH条件下储存和适用，一般pH值为3~7的酸 性环境，优选为3.5~5.5。
[0017] 本发明所述的浸润剂除固含物以外就是去离子水，用来溶解和分散固体物，去离 子水是用来将浸润剂稀释至一个适合于玻璃纤维生产工艺的粘度，可促进浸润剂在玻纤表 面的分散，且在纤维成型时，去离子水在一定程度上起润滑作用。所述的浸润剂的固含物占 浸润剂总量的5~10 %，优选为5.0~7.5 %。
[0018]上述树脂相容型玻纤细纱浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
[0019] ⑴向预混合容器中添加总量40~60%的去离子水，边搅拌边加入有机酸，将pH值 调至3~4，然后边搅拌边缓慢加入硅烷偶联剂，持续搅拌至液体