用于增强纤维的后-涂布组合物制造技术

公开了用于涂布纤维丝束的含水后涂布组合物。该含水组合物包括约0.5至约5.0wt％成膜剂固体和约0.05至约2.0wt％增容剂固体。增容剂可以是至少一种硅酮‑基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，戊二醛，和季铵盐抗静电剂。

Post coating composition for reinforced fiber

An aqueous post coating composition for coating fiber tow is disclosed. The aqueous composition comprises about 0.5 to about 5.0wt% film forming agent solids and about 0.05 to about 2.0wt% compatibilizer solids. The compatibilizer can be at least one silicone coupling agent, titanate coupling agent, zirconate coupling agent, glutaraldehyde, and quaternary ammonium salt antistatic agent.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强纤维的后-涂布组合物
技术介绍
纤维增强的复合材料由包埋在基体材料内或粘结到基体材料上的纤维组成，所述基体材料在材料之间具有不同的界面。一般地，纤维是承载构件，而周围的基体保持纤维在所需的位置和取向内，充当负载转移介质，并保护纤维避免环境损坏。当今商业使用的常见类型的纤维包括各种类型的玻璃，碳，和合成纤维。公知纤维和基体材料之间的界面在决定复合材料的各种机械性能方面扮演重要作用。在纤维和基体材料之间的应力转移效率大部分由界面处的分子相互作用决定。控制复合材料性能的有效方式是使用施胶组合物，通过纤维表面处理。例如，已知在施加到玻璃纤维上的施胶组合物中使用硅烷偶联剂，在玻璃纤维和基体树脂之间的界面处改进界面粘合。在玻璃纤维和硅烷偶联剂之间的界面处，硅烷中的羟基对无机玻璃纤维呈反应性，与玻璃纤维的表面形成化学键，而其他反应性基团(例如，乙烯基，环氧基，甲基丙烯酰基，氨基，和巯基)对各种有机树脂呈反应性，以形成化学键。然而，碳纤维在许多应用中具有加工难度，这可导致减慢产品的制造。碳纤维可能发脆且具有低的耐磨性，和因此在下游加工期间容易生成起毛或断裂的绳股。另外，至少部分由于它们具有疏水性质，因此在常规的树脂基体内，碳纤维不如其他增强纤维，例如玻璃纤维那样容易相互作用(interface)或润湿(即，呈现并保持水性涂层)。润湿是指树脂键合到纤维表面上并在其上均匀地铺展的能力。以前改进碳纤维润湿性的尝试牵涉将碳纤维暴露于氧化表面处理剂下和随后施加施胶组合物到纤维上。例如，美国专利No.3,957,716公开了用含环氧化合物的施胶组合物涂布碳纤维，所述环氧化合物选自聚缩水甘油基醚，脂环族聚环氧化物及其混合物。然而，尽管与未-施胶的碳纤维相比，这种施胶组合物可辅助改进碳纤维的加工，但施胶组合物单独仍然必须克服与许多树脂体系，例如不饱和聚酯或聚酰胺的相容性问题。专利技术概述根据本专利技术总体专利技术构思的各方面，公开了一种用于涂布纤维丝束的后涂布组合物。该后涂布组合物包括约0.5至约5.0wt％(包括在这些端点之间的任何和所有重量百分比)含一种或多种聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯的成膜剂固体；约0.05至约5.0wt％(包括在这些端点之间的任何和所有重量百分比)的增容剂固体；和水。增容剂可包括硅酮-基偶联剂，例如一种或多种的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，有机二醛，和季铵盐抗静电剂。在一些例举的实施方案中，纤维包括至少一种玻璃，碳。芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(SiC)，和氮化硼纤维。在一些例举的实施方案中，纤维是含不多于12,000根长丝，或约1,000至约6,000根长丝，或约2,000至约3,000根长丝的碳纤维束。在一些例举的实施方案中，成膜剂由聚乙烯吡咯烷酮组成。聚乙烯吡咯烷酮的分子量可以是1,000,000至1,700,000。在一些例举的实施方案中，硅酮-基偶联剂包括至少一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，n-三甲氧基-甲硅烷基-丙基-乙二胺(A-1120)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(A-187)，甲基-三氯硅烷(A-154)，甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，γ-巯丙基-三甲氧基-硅烷:(A-189)，双-(3-[三乙氧基甲硅烷基]丙基)四硫烷(A-1289)，γ-氯丙基-三甲氧基-硅烷(A-143)，乙烯基-三乙氧基-硅烷(A-151)，乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，乙烯基甲基二甲氧基硅烷(A-2171)，乙烯基-三乙酰氧基硅烷(A-188)，辛基三乙氧基硅烷(A-137)，和甲基三乙氧基硅烷(A-162)。在一些例举的实施方案中，硅酮-基偶联剂是下述的混合物：氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)以及至少一种甲基-三甲氧基硅烷(A-163)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)。在一些例举的实施方案中，硅酮-基偶联剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和甲基-三甲氧基硅烷(A-163)。在一些例举的实施方案中，硅酮-基偶联剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)。在一些例举的实施方案中，成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮和其中所述增容剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，以及三乙基烷基醚硫酸铵。在一些例举的实施方案中，成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮和其中所述增容剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，以及三乙基烷基醚硫酸铵.根据本专利技术总体专利技术构思的各方面，公开了用于涂布纤维的组合物。该组合物包括含至少一种聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯的成膜剂；含至少一种硅酮-基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，戊二醛，和季铵盐抗静电剂的增容剂；和水。在一些例举的实施方案中，纤维包括至少一种玻璃，碳，芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(SiC)，和氮化硼纤维。在一些例举的实施方案中，纤维是含不多于12,000根长丝，或为约1,000至约6,000根长丝，或约2,000至约3,000根长丝的碳纤维束。根据本专利技术总体专利技术构思的各方面，公开了用聚合物基体材料增容多根增强纤维的方法。该方法包括下述步骤：用涂料组合物涂布增强纤维，所述涂料组合物包括约0.5至约5.0wt％(包括在这些端点之间的任何和所有重量百分比)含至少一种聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯的成膜剂固体；约0.05至约2.0wt％(包括在这些端点之间的任何和所有重量百分比)含至少一种硅酮-基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，有机二醛，和季铵盐抗静电剂的增容剂固体；和水。在一些例举的实施方案中，增强纤维包括至少一种玻璃，碳，芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(SiC)，和氮化硼纤维。在一些例举的实施方案中，在用所述涂料组合物涂布增强纤维之前，用施胶组合物涂布增强纤维并干燥施胶组合物。在一些例举的实施方案中，施胶组合物包括至少一种环氧，乙烯基酯，和氨基甲酸酯成膜剂。在一些例举的实施方案中，成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮。在一些例举的实施方案中，硅酮-基偶联剂包括至少一种γ-氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，n-三甲氧基-甲硅烷基-丙基-乙二胺(A-1120)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(A-187)，甲基-三氯硅烷(ArI54)，甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，γ-巯丙基-三甲氧基-硅烷:(A-l89)，双-(3-[三乙氧基甲硅烷基]丙基)四硫烷(A-1289)，γ-氯丙基-三甲氧基-硅烷(A-143)，乙烯基-三乙氧基-硅烷(A-151)，乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，乙烯基甲基二甲氧基硅烷(A-2171)，乙烯基-三乙酰氧基硅烷(A-188)，辛基三乙氧基硅烷(A-137)，和甲基三乙氧基硅烷(A-162)。在一些例举本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于涂布纤维的组合物，该组合物包括：约0.5至约5.0wt％成膜剂固体，所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯中的至少一种；和约0.05至约2.0wt％增容剂固体，所述增容剂包括硅酮‑基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，有机二醛，和季铵盐抗静电剂中的至少一种；和水。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.08 US 62/238,7571.一种用于涂布纤维的组合物，该组合物包括：约0.5至约5.0wt％成膜剂固体，所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯中的至少一种；和约0.05至约2.0wt％增容剂固体，所述增容剂包括硅酮-基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，有机二醛，和季铵盐抗静电剂中的至少一种；和水。2.权利要求1的组合物，其中所述纤维包玻璃，碳，芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(Sic)，和氮化硼纤维中的至少一种。3.权利要求2的组合物，其中所述纤维是含不多于12,000根长丝的碳纤维束。4.权利要求2的组合物，其中所述纤维是含约1,000至约6,000根长丝的碳纤维束。5.权利要求2的组合物，其中所述纤维是含约2,000至约3,000根长丝的碳纤维束。6.权利要求1的组合物，其中所述成膜剂由聚乙烯吡咯烷酮组成。7.权利要求6的组合物，其中所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1,000,000至1,700,000。8.权利要求1的组合物，其中所述硅酮-基偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，n-三甲氧基-甲硅烷基-丙基-乙二胺(A-1120)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(A-187)，甲基-三氯硅烷(A-154)，甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，γ-巯丙基-三甲氧基-硅烷:(A-189)，双-(3-[三乙氧基甲硅烷基]丙基)四硫烷(A-1289)，γ-氯丙基-三甲氧基-硅烷(A-143)，乙烯基-三乙氧基-硅烷(A-151)，乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172),乙烯基甲基二甲氧基硅烷(A-2171)，乙烯基-三乙酰氧基硅烷(A-188)，辛基三乙氧基硅烷(A-137)，和甲基三乙氧基硅烷(A-162)中的至少一种。9.权利要求1或8的组合物，其中所述硅酮-基偶联剂是下述的混合物：氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，以及甲基-三甲氧基硅烷(A-163)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)中的至少一种。10.权利要求1或8的组合物，其中所述硅酮-基偶联剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和甲基-三甲氧基硅烷(A-163)。11.权利要求1或8的组合物，其中所述硅酮-基偶联剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)。12.权利要求1或8的组合物，其中所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，且其中所述增容剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和甲基-三甲氧基硅烷(A-163)；以及三乙基烷基醚硫酸铵。13.权利要求1或8的组合物，其中所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，且其中所述增容剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)；以及三乙基烷基醚硫酸铵。14.一种用于涂布纤维的组合物，该组合物基本上由下述组成：成膜剂，所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯中的至少一种；增容剂，所述增容剂包括硅酮-基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，戊二醛，和季铵盐抗静电剂中的至少一种；和水。15.权利要求14的组合物，其中所述纤维包括玻璃，碳，芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(SiC)，和氮化硼纤维中的至少一种。16.权利要求15的组合物，其中所述纤维是含不多于12,000根长丝的碳纤维束。17.权利要求15的组合物，其中所述纤维是含约1,000至约6,000根长丝的碳纤维束。18.权利要求15的组合物，其中所述纤维是含约2,000至约3,000根长丝的碳纤维束。19.用聚合物基体材料增容多根增强纤维的方法，该方法包括：用含有述的涂料组合物涂布所述增强纤维：约0.5至约5.0wt％成膜剂固体，所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯中的至少一种，和聚氨酯；约0.05至约2.0wt％增容剂固体，所述增容剂包括硅酮-基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，有机二醛，和季铵盐抗静电剂中的至少一种；和水。20.权利要求19的方法，其中所述增强纤维包括玻璃，碳，芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(SiC)，和氮化硼纤维中的至少一种。21.权利要求19的方法，其中所述增强纤维是碳纤维。22.权利要求19的方法，其中在用所述涂布组合物涂布所述增强纤维之前，用施胶组合物涂布所述增强纤维，并干燥所述施胶组合物。23.权利要求22的方法，其中所述施胶组合物包括环氧，乙烯基酯，和氨基甲酸酯成膜剂中的至少一种。24.权利要求19的方法，其中所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮。25.权利要求19的方法，其中所述硅酮-基偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，n-三甲氧基-甲硅烷基-丙基-乙二胺(A-1120)，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(A-187)，甲基-三氯硅烷(ArI54)，甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，γ-巯丙基-三甲氧基-硅烷:(A-189)，双-(3-[三乙氧基甲硅烷基]丙基)四硫烷(A-1289)，γ-氯丙基-三甲氧基-硅烷(A-143)，乙烯基-三乙氧基-硅烷(A-151)，乙烯基-三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷(A-172)，乙烯基甲基二甲氧基硅烷(A-2171)，乙烯基-三乙酰氧基硅烷(A-188)，辛基三乙氧基硅烷(A-137)，和甲基三乙氧基硅烷(A-162)中的至少一种。26.权利要求19的方法，其中所述硅酮-基偶联剂是下述的混合物：氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，和甲基-三甲氧基硅烷(A-163)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)中的至少一种。27.权利要求19的方法，其中所述硅酮-基偶联剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和甲基-三甲氧基硅烷(A-163)。28.权利要求19的方法，其中所述硅酮-基偶联剂包括比例为1:1至3:1的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)。29.权利要求19的方法，其中所述季铵盐抗静电剂包括三乙基烷基醚硫酸铵。30.权利要求19的方法，其中所述有机二醛包括戊二醛，乙二醛，丙二醛，丁二醛，和苯二醛中的一种或多种。31.权利要求19的方法，其中所述有机二醛包括戊二醛。32.用含有下述的组合物涂布的碳纤维：约0.5至约5.0wt％成膜剂固体，所述成膜剂包括聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯中的至少一种；约0.05至约2.0wt％增容剂固体，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·哈特曼，C·E·桑托斯，D·L·莫尔纳，
申请(专利权)人：OCV智识资本有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US