一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂，由酸改性聚烯烃、乙烯酯化合物和水组成的增强纤维用上浆剂，酸改性聚烯烃树脂和乙烯酯化合物的重量比为1:9‑1:1。其中酸改性聚烯烃是由聚丙烯、乙烯‑丙烯共聚物、丙烯‑丁烯共聚物、乙烯‑丙烯‑丁烯共聚物中的至少一种，与0.1~20wt%的不饱和羧酸或者其酸酐发生接枝聚合得到的。该上浆剂处理后的纤维具有良好的开纤性以及与热塑性基体树脂的亲和性，上浆剂还具有优良的耐热性，能耐受热塑性树脂的高温成型过程。

A sizing agent for thermoplastic resin reinforced fiber

【技术实现步骤摘要】
一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂
本专利技术涉及纤维增加
，具体地说，涉及一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂。
技术介绍
在汽车制造、航空航天、体育娱乐、普通工业等领域都大量使用纤维增强树脂复合材料。复合材料中使用的增强纤维，有碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等无机纤维，以及芳纶纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯纤维等有机纤维。这些合成纤维，可以以连续长纤维的形态，通过融浸法等制备成单向预浸料等中间材料，或者将纤维加工成织物或者切断为短切纤维，然后经过各种复合和成型过程，制备成成型品和部件。过去在先进复合材料领域中，多使用环氧树脂等热固性树脂作为基体材料，这主要是因为热固性树脂固化后的机械性能更加优异。但是近年来，从成型效率、回收利用方便、利于大规模工业应用等方面考虑，以聚烯烃树脂、聚酰胺树脂、聚碳酸酯树脂、聚缩醛树脂、ABS树脂、聚亚胺酯树脂等所谓的热塑性树脂作为基材的热塑性树脂复合材料，其应用范围和规模在快速扩展。热塑性树脂复合材料，一般是将增强纤维切断成1～15mm长的短纤维，然后与树脂混炼后通过挤压等方法进行成型。将短切纤维与热塑性树脂混炼造粒时，短切纤维的开纤性是很重要的，如果不能很好的分散，纤维的供给不稳定，在树脂中的分散不均一，得到的复合材料的性能表现不佳。另外，近年来，为了更好的发挥增强纤维的拉伸强度等力学特性，针对热塑性树脂，也发展出了类似于热固性树脂复合材料的成型方法，即，将纤维单向排列，或者使用纤维织物，在热塑性树脂中进行浸渍，得到所谓的热塑性树脂预浸料，然后在通过进一步的成型加工制成部件。这种情况下，在预浸料的制备和成型过程中，熔融的树脂能否迅速进入到纤维束内部，均一的分布在纤维间隙，对于缩短成型时间，提高复合材料物性是非常关键的。为了提高增强纤维的集束性，以及提高纤维与基体树脂的亲和性，通常会对纤维使用上浆剂进行上浆处理。传统的上浆剂，主要以环氧树脂为有效成分，可以赋予纤维较好的集束性，以及与环氧树脂等热固性树脂基材良好的表面亲和性。但是却很难满足热塑性树脂基材的使用要求。特别是使用聚烯烃树脂作为树脂基材时，由于成型温度远高于一般热固性树脂的固化温度，对上浆剂的耐热性也有很高的要求，如果上浆剂耐热性不足，在成型过程中会发生分解，影响纤维与树脂的结合，造成复合材料性能和品位的下降。另外，一般的上浆剂，为了提高其成膜性，其主要成分在常温下多为固体，虽然用于短切纤维时，优良的集束性有利于加工，但是以长纤维形式使用时，则会出现树脂含浸性差的问题，即树脂不能迅速的进入到纤维束内部。而且，在预浸料的制造过程中，通常首先要对纤维进行开纤，传统的上浆剂开纤性很差。因此，在热塑性树脂复合材料领域，需要能够与树脂具有良好的亲和性，同时要能够使纤维具有良好的开纤性，并且本身具有良好的耐热性的上浆剂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种耐热性优良、能够使纤维束具有良好开纤性，与热塑性树脂基体有良好的亲和性的纤维上浆剂。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂，由酸改性聚烯烃树脂、乙烯酯化合物和水组成。本专利技术中用于增强纤维的上浆剂，必须含有前述酸改性聚烯烃、乙烯酯化合物和水。这样，上浆剂可以具有良好的耐热性，在与热塑性树脂在高温下进行复合时抑制上浆剂的分解，使用上浆剂处理后的纤维，其开纤性大幅提高，同时与热塑性树脂的亲和性也明显提高。特别是针对聚烯烃树脂，其结合效果最佳。上浆剂中酸改性聚烯烃树脂和乙烯酯化合物的重量比(酸改性聚烯烃：乙烯酯化合物)，从与基体树脂的亲和性和纤维的开纤性考虑，应在1:9-1:1之间，优选1:4-9:11，更优选1:3-1:2之间。本专利技术的上浆剂中，酸改性聚烯烃和乙烯酯化合物在水中分散形成乳液，其平均粒径应在1～5000nm之间，优选10～1000nm。如果粒径不满1nm，酸改性聚烯烃树脂粒子很容易穿透纤维束，在纤维上难以达到一定的附着量，如果粒径超过5000nm，在纤维上的附着不均一，其乳液自身稳定性变差，几天之内即完全分层，不利于实际的保存使用。上述乳液中的平均粒径，使用激光粒度仪进行测定.除了上述必须成分外，本专利技术的上浆剂中还可以使用各种表面活性剂、平滑剂、抗氧化剂、阻燃剂、抗菌剂、消泡剂等组分。特别是当使用的酸改性聚烯烃树脂和乙烯酯化合物难溶于水时，作为乳化剂的表面活性剂对于形成稳定的水乳液体系，是非常重要的。表面活性剂在上浆剂不挥发性组分中的重量比例，从乳化效果和耐热性综合考虑，应在0.1～30％之间，优选5～20％之间。本专利技术中上浆剂的不挥发性组分的浓度，即固含量不进行特定的限制，不过，从乳液的稳定性、操作时的粘度以及运输成本等综合考虑，应在10～60wt％之间，优选15～60％，更优选20～50％之间。本专利技术的上浆剂，其不挥发性组分在400℃时的质量减少率不应超过15％，最好小于10％。如果超过15％，上浆剂在高温成型过程中分解明显，产生的分解产物影响纤维与树脂的结合强度。在上浆剂水乳液中，如前所述，从对人体的安全性、环境友好性、乳液自身的稳定性等考虑，尽量不要含有除水以外的其它溶剂。即使含有，其含量相对于上浆剂也不应超过10wt％，优选5％，最好是不要超过1％。本专利技术中上浆剂的制造方法，不做具体限制，可以采用各种公知的方法，如将各主要成分加入到搅拌的温水中分散乳化、或者将各成分单独乳化然后混合、或者将主要成分混合后，加热到软化点以上，然后使用均质器等加以剪切力，缓慢加入水进行转向乳化等方法均可。作为优选的，在上述的上浆剂中：所述酸改性聚烯烃树脂是由聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯共聚物中的至少一种，与不饱和羧酸或者其酸酐按照100:1～5:1范围内的质量比发生接枝聚合得到的。酸改性聚烯烃的主链中，丙烯链段应占到50～98mol％以上。如果丙烯链段比例低于50％，上将后纤维与热塑性树脂的亲和性差，如果高于98％，处理以后纤维发硬，失去柔软性。如果酸改性聚烯烃的主链为乙烯-丙烯-丁烯共聚结构，其中的丁烯单元的占比应在10mol％以下。酸改性聚烯烃中用于接枝共聚的不饱和羧酸，其碳原子数应在3～8之间。这里的不饱和羧酸，可以是不饱和一元酸、不饱和二酸酸或者是它们的酯等衍生物。具体如马来酸、马来酸酐、富马酸、衣抗酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯等。其中以马来酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸酯为佳。不饱和羧酸单元在整个分子中的比例，应在0.1～20wt％之间，优选1～15wt％，更优选2～10wt％之间。如果含量不足0.1％，处理后的纤维与树脂的亲和性差，在通常的反应条件下，想要超过20％是非常困难的。将不饱和羧酸类化合物接枝在聚烯烃主链上，可以使用公知的方法如溶液聚合法、本体聚合法等。酸改性聚烯烃树脂中使用的不饱和羧酸，可以对其进行全部或者部分中和，中和使用的碱性物质，可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝等无机碱，或者氨水、甲胺、二甲胺、三甲胺、三乙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂，其特征在于：由酸改性聚烯烃树脂、乙烯酯化合物和水组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于热塑性树脂增强纤维的上浆剂，其特征在于：由酸改性聚烯烃树脂、乙烯酯化合物和水组成。


2.根据权利要求1所述的上浆剂，其特征在于：酸改性聚烯烃树脂和乙烯酯化合物的重量比为1:9-1:1。


3.根据权利要求1所述的上浆剂，其特征在于：所述酸改性聚烯烃树脂是由聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、丙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯-丁烯共聚物中的至少一种，与不饱和羧酸或者其酸酐按照100:1~5:1范围内的质量比发生接枝聚合得到的。


4.根据权利要求1所述的上浆剂，其特征在于：所述乙烯酯化合物为双酚A丙烯酸酯、双酚A甲基丙烯酸酯、乙氧化双酚A丙烯酸酯、乙氧化双酚A甲基丙烯酸酯、双酚A二缩水甘油醚的丙烯酸加成物、双酚A二缩水甘油醚的甲基丙烯酸加成...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡炜杰，纪红兵，程亮，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44