一种石英纤维混纺纱的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石英纤维混纺纱的制造方法；属石英纤维混纺纱生产制造领域。
【背景技术】
[0002] 石英纤维主要成份是二氧化硅，其含量一般不低于99. 9%，其杂质含量非常低，特 别是喊金属（Li、Na、K等）含量可控制在IOppm以内，因此，具有优异的耐尚温性、低介电常 数和介电损耗、低线性膨胀系数等特点，在航天航空、国防军工领域用作保温隔热、耐烧蚀、 透波等功能材料。PBO纤维是聚对苯撑苯并二噁唑纤维，是20世纪80年代美国为发展航 天航空事业而开发的新型超级纤维，具有高强度、高模量、高耐热等特点，在火焰中不燃烧、 不收缩，其耐热性和难燃性高于其它任何一种有机纤维，可用作航天航空、国防军工领域高 性能复合材料。然这两种纤维都有其不足，石英纤维目前仍主要用作功能性材料，其密度相 比高性能有机纤维仍然较高，为2. 2g/cm3,强度和断裂伸长率也相对较低，模量仅为78GPa， 而PBO纤维密度为I. 45/cm3，强度高达5. 8GPa，模量高达180GPa，但耐热性明显低于石英 纤维，线性膨胀系数也大。因此为进一步减少复合材料重量，又提高复合材料的综合性能， 基于此，有必要将这两种高性能特种纤维进行混纺，并通过对PBO纤维表面进行改性、混纺 工艺设计和优化，使混纺工艺顺畅、混纺均匀，并提高纤维与树脂浸润性，来实现复合材料 综合性能的提升。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于：提供一种结合了石英纤维和PBO纤维各自的优异特性，不仅 具有耐高温性、低介电常数和介电损耗、低线性膨胀系数等特点，同时具有强度高、模量高、 密度低等特性，用于制备高强、高耐热、低密度等高性能结构透波树脂基复合材料的石英纤 维混纺纱的制造方法。
[0004] 本发明的技术方案是： 一种石英纤维混纺纱的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤： 1) 、将直径1. 5 - 3. 5mm的细石英玻璃棒采用火焰熔法，在1800- 2000°C高温条件下， 以20- 50m/s的拉制速度拉制成直径为5. 5~13微米，线密度为2. 5~12. 5tex;的石 英玻璃纤维丝，在拉制过程中边拉制、边采用MSM对石英玻璃纤维丝进行表面处理； 2) 、将通过处理剂进行表面处理后的石英玻璃纤维丝在60~95°C温度条件下烘干得 石英纤维原丝； 3) 、将线密度范围为40~280tex，单纤维直径为7. 5~20微米，密度为I. 45g/cm3的 PBO纤维经y-缩水甘油醚丙基硅烷偶联剂进行表面浸渔处理，以降低PBO纤维表面惰性， 然后在70~105°C温度条件下烘干； 4) 、将烘干后的PBO纤维和石英纤维原丝按1-2 : 1-9的股数比例经退解、加捻制得混 纺初捻纱； 5) 、将2-4股的混纺初捻纱在捻度为50T/m的条件下并捻，得线密度范围为180~ 250tex的石英纤维混纺纱，将石英纤维混纺纱经切断机裁切成30mm的短节，得体积密度为 1. 5~2.lg/cm3的石英纤维混纺纱成品。
[0005] 所述的浸润剂由y_氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂按 1 :6 :3的比例混合制得。
[0006] 所述的润滑剂为聚氧乙烯胺盐类、咪唑啉、酰胺盐类中的任意一种。
[0007] 本发明在石英玻璃纤维丝的牛产过稈中，采用了边拉制、边采用浸润剂对石英玻 璃纤维丝进行表面处理的工艺；其目的：一是满足石英纤维的生产工艺性，如拉丝和加捻 生产的顺畅性、减少产品外观的毛羽；二是与树脂的匹配性，提高界面性能。通过实验发现， 构成浸润剂的y-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂，其配比不同 所产生的测试结果，其中：Y-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂在 1 :6 :3的配比范围内外观效果最佳，测试结果见表1 ; 附表1
本发明与现有技术相比的优点在于： (1)结合两种高性能纤维各自优势，不仅具有耐高温性、低介电常数和介电损耗、低线 性膨胀系数等特点，同时具有强度高、模量高、密度低等特性，适用于制备高强、高耐热、低 密度等高性能结构透波树脂基复合材料使用。
[0008] (2)工艺性好。石英纤维与PBO有机纤维进行混纺的工艺简单、操作性强，并可实 现连续批量生产。
[0009] (3)混纺更均匀。若将单一的两种纤维简单混合，因两种纤维本身有一定捻度，在 复合时树脂含量不易控制，均匀性较差。本发明在初捻和加捻时混合，每种混合比例相同， 制备的复合材料的树脂含量易控制，更均匀。
[0010]
【具体实施方式】： 实施例1: 将直径1. 5-3. 5mm的细石英玻璃棒采用焰熔法，在1800-2000°C高温条件下，以20- 50m/s的拉制速度拉制成直径为7. 5微米，线密度为4tex的石英玻璃纤维丝，在拉制过程 中边拉制、边采用由T-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂按1 :6 :3 的比例混合制得的浸润剂对石英玻璃纤维丝进行表面处理，然后在65°C温度条件下烘干得 石英纤维原丝。
[0011] 将线密度范围为40~280tex，单纤维直径为7. 5~20微米，密度为I. 45g/cm3的 PBO纤维经y-缩水甘油醚丙基硅烷偶联剂进行表面浸渔处理，以降低PBO纤维表面惰性， 然后在75°C温度条件下烘干。将烘干后的2股PBO纤维和2股石英纤维原丝经退解、加捻制 得混纺初捻纱。将3股混纺初捻纱在捻度为50T/m的条件下并捻，得线密度范围为220tex 的石英纤维混纺纱，将石英纤维混纺纱经切断机裁切成30mm的短节，得体积密度为I. 52g/ cm3的石英纤维混纺纱成品。经试验检测，体积密度为I. 52g/cm3的石英纤维混纺纱成品的 拉伸断裂强力〇? 85N/tex。
[0012] 实施例2: 将直径1. 5-3. 5mm的细石英玻璃棒采用焰熔法，在1800-2000°C高温条件下，以20- 50m/s的拉制速度拉制成直径为8. 5微米，线密度为6. 7tex的石英玻璃纤维丝，在拉制过 程中边拉制、边采用由Y-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂按1 : 6 :3的比例混合制得的浸润剂对石英玻璃纤维丝进行表面处理，然后在75°C温度条件下烘 干得石英纤维原丝。
[0013] 将线密度范围为40~280tex，单纤维直径为7. 5~20微米，密度为I. 45g/cm3的 PBO纤维经y-缩水甘油醚丙基硅烷偶联剂进行表面浸渔处理，以降低PBO纤维表面惰性， 然后在85°C温度条件下烘干。将烘干后的2股PBO纤