一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂及其制备方法 (Basalt fiber impregnating compound for electronic fabric and preparation method thereof ) 是由 余胜 赖川 符东 魏伟 周绿山 邓远方 吕沈江 王柱理 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及玄武岩纤维制备技术领域,具体而言,涉及一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂及其制备方法,按质量百分数计,包括以下组分,成膜剂6-10％,润滑剂1.0-2.5％,抗静电剂0.2-1％,硅烷偶联剂0.2-1.5％,双层微胶囊颗粒30-50％,余量为水；所述成膜剂按质量百分数计,包括水性聚氨酯5-10％、水性环氧树脂5-10％、三氟化硼乙醚0.5-2％、PEG-40010-20％,余量为水；所述双层微胶囊颗粒,由外到内依次包括环糊精、固化剂、有机硅树脂和甲基纤维素混合物,以及环氧树脂。环糊精与水性聚氨酯、水性环氧树脂形成三维网络结构,而浸润剂中的水性聚氨酯和环氧树脂在玄武岩纤维的表面成膜,提高了微胶囊颗粒与玄武岩纤维的结合强度。(The invention relates to the technical field of basalt fiber preparation, in particular to a basalt fiber impregnating compound for electronic fabrics and a preparation method thereof, wherein the basalt fiber impregnating compound comprises the following components, by mass, 6-10% of a film-forming agent, 1.0-2.5% of a lubricant, 0.2-1% of an antistatic agent, 0.2-1.5% of a silane coupling agent, 30-50% of double-layer microcapsule particles and the balance of water; the film forming agent comprises, by mass, 5-10% of waterborne polyurethane, 5-10% of waterborne epoxy resin, 0.5-2% of boron trifluoride diethyl etherate, 10-20% of PEG-400, and the balance of water; the double-layer microcapsule particle sequentially comprises cyclodextrin, a curing agent, an organic silicon resin and methyl cellulose mixture and epoxy resin from outside to inside. The cyclodextrin, the waterborne polyurethane and the waterborne epoxy resin form a three-dimensional network structure, and the waterborne polyurethane and the epoxy resin in the impregnating compound form a film on the surface of the basalt fiber, so that the bonding strength of the microcapsule particles and the basalt fiber is improved.)
技术领域
本发明涉及玄武岩纤维制备技术领域，具体而言，涉及一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂及其制备方法。
背景技术
玄武岩纤维是一种具有高强度、耐高温、耐腐蚀的无机纤维，在航天航空、汽车、建筑、电子等领域都有较广泛的应用。其中，在电子领域的应用主要有，用作覆铜箔层压板的增强材料，即将玄武岩纤维布浸渍上树脂，再覆以铜箔，制成板材，用于制作电路板；或者是，在玄武岩纤维布上涂覆吸波材料，以用于屏蔽各种电子器件电磁波。
玄武岩纤维在拉丝过程中，需使用到浸润剂，以提高拉丝性能、减少毛羽、提高纤维强度等，对于不同应用方向的玄武岩纤维，需选用相匹配的浸润剂。对于电子织物用浸润剂，涂覆后的纤维需局有良好的拉丝、加捻、合股、织造等纺织性能，这使得浸润剂需具有一定的亲和力；专利CN108558234A公开了一种电子织物用玻璃纤维浸润剂，其包括水性环氧酯类乳液、环氧改性聚酯乳液、硅烷偶联剂等，将该浸润剂涂覆在玻璃纤维表面，得到的玻璃纤维用于制备覆铜箔板时，与树脂相容性好，并且该玻璃纤维还具有优异的纺织性能，如改善了纱线之间的粘连、断线、毛羽等问题，其得到的织物也具有较高的机械性能。该专利提供的浸润剂虽然满足了电子织物的需求，但由于在拉丝过程中以及纺织过程中，受到外力的作用，玄武岩纤维表面容易出现裂纹等，影响纤维及织物的力学性能。
专利CN110368879A公开了一种自修复微胶囊及其制备方法、自修复玄武岩纤维及其制备方法，该方案中，以三聚氰胺-尿素-甲醛共聚物包覆环氧树脂得到微胶囊结构，再与水性聚氨酯混合，以水性聚氨酯为媒介，将微胶囊结构负载在玄武岩纤维的表面，当纤维受到外力出现裂纹时，微胶囊结构破裂，环氧树脂芯体流出，以修复裂纹，提高纤维在纺织过程的力学性能，以及织物的力学性能。该专利的方案利用微胶囊结构对玄武岩纤维进行自修复，但其是以水性聚氨酯为媒介，将微胶囊包覆在玄武岩纤维的表面，微胶囊与玄武岩纤维的结合力较弱，在拉丝或纺织过程后，微胶囊容易脱落，导致自修复失效。并且在该方案中，含有该微胶囊的水性聚氨酯是用于织物的浸轧处理，并不适用于玄武岩纤维拉丝过程的浸润处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂及其制备方法，其包括成膜剂、润滑剂和双层微胶囊颗粒等，双层微胶囊颗粒的壁材为环糊精，环糊精与水性聚氨酯、水性环氧树脂形成三维网络结构，而浸润剂中的水性聚氨酯和环氧树脂在玄武岩纤维的表面成膜，提高了微胶囊颗粒与玄武岩纤维的结合强度。
本发明通过以下技术方案实现：
一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂，按质量百分数计，包括以下组分，
成膜剂6-10％，润滑剂1.0-2.5％，抗静电剂0.2-1％，硅烷偶联剂0.2-1.5％，
双层微胶囊颗粒30-50％，余量为水；
所述成膜剂按质量百分数计，包括水性聚氨酯5-10％、水性环氧树脂5-10％、三氟化硼乙醚0.5-2％、PEG-40010-20％，余量为水；
所述双层微胶囊颗粒，由外到内依次包括环糊精、固化剂、有机硅树脂和甲基纤维素混合物，以及环氧树脂。
在本发明中，浸润剂中加入了双层微胶囊颗粒，当玄武岩纤维表面出现裂缝时，可对玄武岩纤维表面进行自修复，及时修复裂缝，提高玄武岩纤维的力学性能。本发明的浸润剂制备的玄武岩纤维具有良好的纺织性能，纺织得到的纤维布无需高温除去浸润剂，可直接用于制备覆铜箔板。
进一步的，所述双层微胶囊颗粒按质量百分数计包括，20-30％环糊精、10-20％固化剂、10-20％有机硅树脂、10-20％甲基纤维素和30-40％环氧树脂。
进一步的，按质量百分数计，包括以下组分，
成膜剂6-8％，润滑剂1.5-2％，抗静电剂0.5-1％，硅烷偶联剂0.5-1％，微胶囊颗粒30-40％，余量为水；
所述成膜剂按质量百分数计，包括水性聚氨酯10％、水性环氧树脂10％、三氟化硼乙醚1％、PEG-400 15％，余量为水；
进一步的，所述双层微胶囊颗粒按质量百分数计，包括环糊精30％、固化剂15％、有机硅树脂20％、甲基纤维素10％和环氧树脂25％。
进一步的，按质量百分数计，包括以下组分，
成膜剂6％，润滑剂1.5-2％，抗静电剂0.5-1％，硅烷偶联剂0.5-1％，微胶囊颗粒30％，余量为水；
所述成膜剂按质量百分数计，包括水性聚氨酯5％、水性环氧树脂10％、三氟化硼乙醚2％、PEG-400 20％，余量为水；
所述双层微胶囊颗粒按质量百分数计，包括环糊精30％、固化剂15％、有机硅树脂10％、甲基纤维素20％和环氧树脂25％。
进一步的，所述双层微胶囊颗粒的粒径为100μm-200μm。
进一步的，所述润滑剂为聚乙二醇与脂肪酸季铵盐的混合物，其中，聚乙二醇与脂肪季铵盐的质量比为1:2。
本发明的另一个目的在于，提供一种电子织物用玄武岩纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤，
S1将甲基纤维素溶解在80-90℃水中，并同时将有机硅树脂加入到水中，搅拌均匀并冷却至室温后，加入乳化剂，混合均匀；
S2将环氧树脂、乳化剂、稀释剂混合，进行乳化反应和消泡处理；
S3将步骤S2制备的混合物滴加到步骤S1的混合物中，并同时进行乳化反应，滴加完成后，调节混合物的pH值，固化、干燥，得到初级微胶囊颗粒；
S4将分散剂与固化剂混合，制得固化剂悬浮液，随后将步骤S3制备的初级微胶囊颗粒加入到固化剂悬浮液中，固化、干燥，得到次级微胶囊颗粒；
S5将环糊精加入到水中，搅拌均匀，随后在搅拌的同时加入步骤S4制备的次级微胶囊颗粒；
S6将成膜剂、润滑剂、抗静电剂和硅烷偶联剂按配比混合均匀，随后加入到步骤S5的体系中，在砂磨机中研磨，随后过滤得到所述浸润剂。
进一步的，在所述步骤S3中，固化温度为50-70℃，干燥温度为30-40℃。在步骤S3中，将环氧树脂芯材滴加甲基纤维素和有机硅树脂的壁材中，以形成微胶囊结构，其中甲基纤维素在50-70℃下会热凝胶化，热凝胶的过程中，部分有机硅树脂进行到热凝胶中，随后在30-40℃温度下进行干燥，甲基纤维素冷却融化，并随者水分的蒸发，甲基纤维素在成膜，有机硅树脂被封装在甲基纤维素膜中，并且在成膜的过程中，随着水分的蒸发，在膜中形成一定的孔洞结构；在步骤S4中，将固化剂负载在甲基纤维素和有机硅树脂的表面，孔洞结构减低了固化剂的负载难度，提高了固化剂的负载率和负载量。并且孔洞结构的包覆膜在受到外力时，更容易破裂，以保证微胶囊结构中的固化剂和环氧树脂能流出，对玄武岩纤维表面裂缝进行修复。
进一步的，在所述步骤S4中，固化温度均为30-40℃，干燥温度为50-70℃
本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
本发明的浸润剂中包括成膜剂和双层微胶囊颗粒等，其中成膜剂中含有水性聚氨酯和水性环氧树脂，双层微胶囊颗粒的壁材为环糊精，环糊精与水性聚氨酯、水性环氧树脂形成三维网络结构，而浸润剂中的水性聚氨酯和环氧树脂在玄武岩纤维的表面成膜，提高了微胶囊颗粒与玄武岩纤维的结合强度，在纺织过程中，微胶囊不易脱落。
在本发明中，双层微胶囊颗粒负载在玄武岩纤维的表面，在拉丝或者纺织的过程中，玄武岩纤维受到外力的作用，导致纤维表面出现裂纹，由于微胶囊的最外层壁材环糊精与成膜剂中的聚氨酯、环氧树脂形成三维网状结构，当纤维表面出现裂纹时，裂纹可通过膜延伸到微胶囊表面，使得微胶囊结构破裂，内层的固化剂和环氧树脂流出，环氧树脂在固化剂的作用下，在纤维表面固化成膜，起到修复裂纹的作用，进而减少了玄武岩纤维表面的裂纹，提高了玄武岩纤维或其织物的力学性能。
在本发明中，双层微胶囊中的第二层壁材采用有机硅树脂和甲基纤维素的混合物，甲基纤维素作为包覆材料，在环氧树脂颗粒表面成膜，有机硅树脂中的硅氧基负载在甲基纤维素的表面，当双层微胶囊结构破裂后，有机硅树脂与内层的环氧树脂混合，并在固化剂的作用下固化，修复玄武岩纤维表面的裂缝，组织裂缝的延伸，进而提供玄武岩纤维的力学性能。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例
按照表1-3中的配方，选择相关的原材料，并按如下制备方法，制备实施例1-10的浸润剂。
浸润剂制备：
S1将甲基纤维素溶解在90±2℃水中，并同时将有机硅树脂加入到水中，搅拌均匀并冷却至室温后，加入乳化剂，混合均匀；
S2将环氧树脂、乳化剂、稀释剂混合，进行乳化反应和消泡处理；
S3将步骤S2制备的混合物滴加到步骤S1的物中，并同时进行乳化反应，滴加完成后，调节混合物的pH值，在60±2℃下固化，随后立即在30±2℃下干燥，得到初级微胶囊颗粒；
S4将分散剂、固化剂和水混合，制得固化剂悬浮液，随后将步骤S3制备的初级微胶囊颗粒加入到固化剂悬浮液中，在30±2℃固化和干燥，得到次级微胶囊颗粒；
S5将环糊精加入到水中，搅拌均匀，随后在搅拌的同时加入步骤S4制备的次级微胶囊颗粒；
S6将成膜剂、润滑剂、抗静电剂、硅烷偶联剂按配比混合均匀，随后加入到步骤S5的体系中，在砂磨机中研磨，控制双层微胶囊颗粒的粒径在100-200μm，随后过滤除去大颗粒物质，得到所述浸润剂。
表1成膜剂的组分及配比
成膜剂1
成膜剂2
成膜剂3
成膜剂4
成膜剂5
成膜剂6
水性聚氨酯
5
6
7
8
9
10
水性环氧树脂
10
5
5
6
9
10
三氟化硼乙醚
2
1
0.5
0.8
1.5
1
PEG-400
20
10
12
18
15
15
表2双层微胶囊颗粒的组分及配比
表3实施例1-10的浸润剂的组分及配比
在上述表1-3中，各组分的含量均为质量百分数，且余量为水。其中，在表3中，所用的润滑剂为混合润滑剂，为聚乙二醇与脂肪酸季铵盐按质量1:2的混合物，具体的，脂肪酸季铵盐可以是十二烷基三甲基氯化铵、十二烷基二甲基苄基氯化铵、十二基二甲基羟乙基溴化铵等常见的季铵盐。
对比例1-5：
采用专利CN110368879A中实施例1制备的自修复微胶囊，其余的组分分别与实施例1-5的相同，制得对比例浸润剂1-5。
对比例6-8：
采用专利CN108558234A实施例1-3的浸润剂原料，并向浸润剂中加入实施例6-8制备的双层微胶囊颗粒，得到对比例6-8的浸润剂。
对比例9-10：
采用专利CN108558234A实施例1-2的浸润剂作为对比例9-10的浸润剂。
实验例：
对于同种的玄武岩纤维，以实施例1-10和对比例1-10的浸润剂进行拉丝，分别制备相应的玄武岩纤维。
采用单纤维强力仪测试实施例1-10和对比例1-10的玄武岩纤维的抗拉强度，其结果如表4所示。
表4实施例1-10和对比例1-10的玄武岩纤维抗拉强度
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
抗拉强度
0.812
0.801
0.841
0.865
0.798
实施例6
实施例7
实施例8
实施例9
实施例10
抗拉强度
0.752
0.823
0.841
0.835
0.841
对比例1
对比例2
对比例3
对比例4
对比例5
抗拉强度
0.688
0.684
0.701
0.692
0.648
对比例6
对比例7
对比例8
对比例9
对比例10
抗拉强度
0.641
0.652
0.576
0.562
0.572
在表4中，抗拉强度的单位为N/Tex。
从表4中可以得出，实施例1-10的浸润剂所制备的玄武岩纤维的抗拉强度均要高于对比例1-10的抗拉强度，是因为在实施例1-10中，浸润剂中含有双层微胶囊颗粒，当纤维受到外力时，负载在纤维表面的双层微胶囊颗粒破裂，流出的环氧树脂和固化剂作用，在纤维表面固化，修复纤维表面的裂缝，防止裂缝扩展，进而提高纤维的抗拉强度。
在对比例1-5中，采用的是专利CN110368879A中的自修复微胶囊，其以三聚氰胺-尿素-甲醛共聚物包覆环氧树脂，再负载固化剂，再由三聚氰胺-尿素-甲醛共聚物包覆，得到自修复双层微胶囊结构，将该自修复微胶囊加入到实施例1-5的浸润剂原料中得到相应的浸润剂，对比例1-5的浸润剂与实施例1-5的浸润剂不同之处在于，对比例1-5中的微胶囊直接负载在成膜剂或纤维表面，未形成三维网状结构，在拉伸纤维的过程中，一是微胶囊容易脱落，二是微胶囊结构不能及时破裂，不能及时对纤维表面的裂缝进行修复，进而裂缝在纤维表面更容易延伸扩展，纤维的抗拉强度不能得到提高或提高的较少。从表4中可以得出，对比例1-5的纤维抗拉强度较对比例6-10的有所提高，当相较于实施例1-10，纤维为抗拉强度远小于实施例1-10的。
同样的，在对比例6-8中，微胶囊未与成膜剂形成三维结构，其纤维的抗拉强度较实施例6-8的低。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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