一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种玻璃纤维浸润剂，该浸润剂包括偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、消泡剂、抗氧剂、pH值调节剂和去离子水，其中，浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的2～6％，本发明专利技术使用不同类型的成膜剂进行复配，并与合适的偶联剂、润滑剂、消泡剂、抗氧剂及pH值调节剂相配合以制备得到使玻璃纤维分散性佳，毛羽量少且相容效果好的浸润剂。本发明专利技术还提供该浸润剂的制备方法以及该浸润剂在玻璃纤维增强聚丙烯树脂的CFRT工艺中的用途。

Glass fiber soaking agent, preparation method and application thereof

The present invention provides a glass fiber sizing agent, which includes coupling agent, lubricant, film forming agent A, film forming agent B, defoamer, antioxidant, pH value regulator and deionized water, wherein the solid mass of the sizing agent accounts for 2-6% of the total mass of the sizing agent, and the present invention uses different types of film forming agents to compound, and A wetting agent with good dispersibility, less hairiness and good compatibility was prepared by combining with suitable coupling agent, lubricant, defoamer, antioxidant and pH regulator. The invention also provides a preparation method of the sizing agent and the use of the sizing agent in the CFRT process of glass fiber reinforced polypropylene resin.

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途
本专利技术涉及浸润剂领域，尤其涉及一种玻璃纤维浸润剂及其制备方法和用途。
技术介绍
CFRT是ContinueFiberReinforcedThermoplastic的简称，中文译为连续纤维增强热塑性塑料。在过去的半个世纪中，航空航天和其他高
应用的先进结构材料一直被高性能热固性复合材料所占据，直到20世纪70年代初，连续纤维增强热塑性复合材料作为一种新的先进材料开始在上述领域得以运用。近年来，连续纤维增强热塑性塑料(CFRT)越来越受到世界各国重视，研究和应用均十分活跃。其应用领域主要集中在航天、航空、汽车、建材、化工、电子/电器等领域。我国从20世纪80年代中后期开始着手对CFRT工艺进行研究，相比热固性材料，连续纤维增强热塑性材料具有以下几方面的突出优点：(1)预浸料可长期保存；(2)综合性能优良，特别是在高温、高湿度下仍然能保证良好的力学性能；(3)成型适应性广、生产效率高；(4)制品可重复加工、再生利用以及一定的可修补性。因此，近10年来，CFRT材料的发展速度比热固性复合材料高数倍，其产量每年以25％的速度增长，其中连续纤维增强聚丙烯热塑性塑料(约占总量的80％)的需求仍持续增长。连续纤维增强热塑性塑料工艺(CFRT工艺)一般是先使用控制量的树脂浸渍纤维或织物后形成单向预浸料，该预浸料具有稳定一致的纤维/树脂复合效果，能使纤维完全浸透，从而保证优越的力学强度，然后再通过其他成型方法，如模压、拉挤或缠绕工艺制得复合材料结构件。在该工艺使用的连续纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等，其中玻璃纤维应用最为广泛。用作CFRT工艺的玻璃纤维会进行浸润剂涂覆处理，浸润剂的使用和选择对玻璃纤维的性能至关重要，不仅影响玻璃纤维在形成单向预浸料工艺中的分散性，而且还影响后续玻璃纤维与基体树脂的相容性以及制品的机械性能。随着CFRT材料的迅速发展，高端客户对玻璃纤维性能的要求更加严格，以连续纤维增强聚丙烯树脂材料为例：首先，纱线与与聚丙烯树脂结合前具有良好的分散性(指标：在1kg的张力下，纱线全部散开，纱片宽度≥8mm)；其次，要求毛羽少、出纱张力低；再次，结合过程中与聚丙烯树脂具有良好的相容性，且最终制品具有优异的机械性能(关键指标为60％玻纤含量的片材，拉伸强度≥900MPa，测试标准ISO527-5)；最后，对玻璃纤维及制品的颜色也有特定的要求。因此，为了解决上述技术问题，研制一种专用的玻璃纤维浸润剂，特别是针对增强聚丙烯树脂的玻璃纤维浸润剂已迫在眉睫，并且对连续增强热塑性塑料的生产工艺意义重大。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上面描述的问题。本专利技术的目的是提供一种玻璃纤维浸润剂，该浸润剂通过改变玻璃纤维表面的物理和化学性质，使玻璃纤维具有良好的分散性，并且毛羽少出纱张力低，同时具有良好的树脂相容性，大大提高复合制品的机械性能。本专利技术提供一种玻璃纤维浸润剂，所述浸润剂包括偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、消泡剂、抗氧剂、pH值调节剂和去离子水，其中，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的2～6％；并且，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：并且，所述成膜剂A的固体质量与所述成膜剂B的固体质量之比为1:0.5～3。其中，所述成膜剂A为聚丙烯蜡乳液，所述成膜剂B为聚丙烯蜡乳液，所述成膜剂A的数均分子量高于所述成膜剂B的数均分子量，并且，所述成膜剂A的固体质量与所述成膜剂B的固体质量之比为1:0.5～3。其中，所述成膜剂A为乳液，其数均分子量为30000～80000；所述成膜剂B为聚丙烯蜡乳液，其数均分子量为5000～30000。其中，所述润滑剂为脂肪酸类润滑剂或微晶蜡；所述消泡剂为BYK011、BYK012、BYK014、BYK018、BYK023、BYK024和BYK025中的一种或多种；所述抗氧剂为SD1688、无机磷酸盐和次亚磷酸钠中的一种或多种。其中，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：并且，所述偶联剂为双氨基硅烷偶联剂；所述润滑剂为微晶蜡；所述成膜剂A的固体质量与所述成膜剂B的固体质量之比为1:1.4～2。其中，所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。其中，所述pH值调节剂为有机酸或无机酸，并且所述浸润剂的pH值控制为6～10。其中，所述浸润剂是增强聚丙烯树脂的无碱直接纱用的浸润剂。另一方面，本专利技术还提供上述浸润剂的制备方法，所述制备方法包括下述步骤：1S预分散偶联剂：在制备容器中加入质量为总量一半的去离子水，加入所述偶联剂，持续搅拌25～30分钟；2S稀释润滑剂、成膜剂、消泡剂和抗氧剂：分别使用去离子稀释浸润剂各组分，其中，润滑剂稀释液中，使用去离子水的质量为润滑剂质量的2-3倍；成膜剂包括成膜剂A和成膜剂B，分别使用去离子水稀释成膜剂A与成膜剂B，分别制得相应成膜剂的稀释液，再将两种成膜剂稀释液混合均匀，使用去离子水的质量分别为相应成膜剂质量的2-3倍；消泡剂稀释液中，使用去离子水的质量为消泡剂质量的2-3倍；抗氧剂稀释液中，使用去离子水的质量为抗氧剂质量的4-5倍；3S制备浸润剂：在已完成步骤1S的制备容器中，依次加入润滑剂、成膜剂、消泡剂和抗氧剂的稀释液，搅拌混合均匀后，加入pH值调节剂，控制浸润剂pH值为6～10。第三方面，本专利技术特别适用于增强聚丙烯树脂的CFRT工艺，特别地，本专利技术还提供上述浸润剂在玻璃纤维增强聚丙烯树脂的CFRT工艺中的用途。根据本专利技术提供的玻璃纤维浸润剂，主要的创新点是通过复配合适的成膜剂，并与适量的偶联剂、润滑剂、消泡剂、抗氧剂及pH值调节剂相结合，以制备得到玻璃纤维分散性佳，相容效果好的浸润剂，具体地，浸润剂包括偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、消泡剂、抗氧剂、pH值调节剂和去离子水，其中，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的2～6％；并且，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：该浸润剂中各组分的作用及含量说明如下：本专利技术使用偶联剂一般为硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的通式为RSIX3，式中R代表氨基、巯基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、环氧基等基团。硅烷偶联剂实质上是一类具有有机官能团的硅烷，在其分子中同时具有能和无机材料即玻璃纤维的化学基团反应，同时也能与基团树脂的化学基团反应，在玻璃纤维和基体树脂间形成一个界面结合的桥梁。偶联剂的使用，可起到玻璃纤维与基体树脂间的偶联作用，一方面可减少玻璃纤维在拉丝过程中的受损程度，另一方面还是影响玻璃纤维强度以及复合制品强度的关键。专利技术人通过研究发现，含甲基丙烯氧基、氨基或环氧基的偶联剂与本申请提供的成膜剂，润滑剂相互配合，能够有效提高玻璃纤维与树脂的相容性。本专利技术限定偶联剂的固体质量占浸润剂固体总质量的10～30％、优选为15～25％、更优选为18～22％。进一步地，专利技术人发现γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷非常适用于本专利技术，特别是具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述玻璃纤维浸润剂包括偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、消泡剂、抗氧剂、pH值调节剂和去离子水，其中，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的2～6％；并且，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：

【技术特征摘要】
1.一种玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述玻璃纤维浸润剂包括偶联剂、润滑剂、成膜剂A、成膜剂B、消泡剂、抗氧剂、pH值调节剂和去离子水，其中，所述浸润剂的固体质量占浸润剂总质量的2～6％；并且，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：2.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：并且，所述成膜剂A的固体质量与所述成膜剂B的固体质量之比为1:0.5～3。3.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述成膜剂A为聚丙烯蜡乳液，所述成膜剂B为聚丙烯蜡乳液，所述成膜剂A的数均分子量高于所述成膜剂B的数均分子量，并且，所述成膜剂A的固体质量与所述成膜剂B的固体质量之比为1:0.5～3。4.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述成膜剂A为聚丙烯蜡乳液，其数均分子量为30000～80000；所述成膜剂B为聚丙烯蜡乳液，其数均分子量为5000～30000。5.如权利要求1所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，所述润滑剂为脂肪酸类润滑剂或微晶蜡；所述消泡剂为BYK011、BYK012、BYK014、BYK018、BYK023、BYK024和BYK025中的一种或多种；所述抗氧剂为SD1688、无机磷酸盐和次亚磷酸钠中的一种或多种。6.如权利要求3所述的玻璃纤维浸润剂，其特征在于，各组分的固体质量占所述浸润剂固体总质量的百分比例如下：并且，所述偶联剂为双氨基硅烷偶联剂；所述润滑剂为微晶蜡；所述成膜剂A的固体质量与所述成膜剂B的固体质量之...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志坚，张燕，费其锋，费振宇，钱宇卿，严忠平，姚尧平，
申请(专利权)人：巨石集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33