一种低介电短切玻璃纤维浸润剂及制备方法
阅读说明：本技术 一种低介电短切玻璃纤维浸润剂及制备方法 (Low-dielectric chopped glass fiber impregnating compound and preparation method thereof ) 是由 焦晓芳 宁祥春 张海洋 于 2021-01-21 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种低介电短切玻璃纤维浸润剂及制备方法,包括以下组分：主成膜剂、辅助成膜剂、润滑剂、偶联剂、pH调节剂和去离子水,主成膜剂由分子量为4000-6000的高分子量双酚A型环氧树脂乳液和分子量为20000-40000的聚氨酯乳液组成,辅助成膜剂是分子量为1000-1400的中分子量双酚A型环氧树脂乳液。本发明浸润剂用于玻璃纤维的拉制过程,提高了短切长度3mm、单丝直径5-10μm的低介电短切玻璃纤维的硬挺性、集束性、分散性和抗静电性；在玻璃纤维拉制过程中能够减少玻璃纤维与机械部件的摩擦系数,提升玻璃纤维的强度,同时提高了采用本发明浸润剂所拉制出来的玻璃纤维制成的复合材料的力学性能。(The invention provides a low-dielectric chopped glass fiber impregnating compound and a preparation method thereof, wherein the impregnating compound comprises the following components: the main film-forming agent consists of high molecular weight bisphenol A epoxy resin emulsion with the molecular weight of 4000-6000 and polyurethane emulsion with the molecular weight of 20000-40000, and the auxiliary film-forming agent is medium molecular weight bisphenol A epoxy resin emulsion with the molecular weight of 1000-1400. The impregnating compound is used in the drawing process of glass fibers, and improves the stiffness, bundling property, dispersibility and antistatic property of low dielectric chopped glass fibers with the chopped length of 3mm and the monofilament diameter of 5-10 mu m; the friction coefficient between the glass fiber and a mechanical part can be reduced in the process of drawing the glass fiber, the strength of the glass fiber is improved, and the mechanical property of a composite material made of the glass fiber drawn by the impregnating compound is improved.)
技术领域
本发明涉及浸润剂技术领域，尤其是涉及一种低介电短切玻璃纤维浸润剂及制备方法。
背景技术
由于玻璃纤维是一种脆性材料，需要在拉丝时涂覆浸润剂，以满足拉丝和后续生产要求，并最终满足增强材料的力学性能和工艺要求，玻璃纤维的拉制过程中，浸润剂起着至关重要的作用，它可使数百根玻璃纤维单丝集束成股原丝，并且使原丝缠绕成原丝筒后原丝不相互粘结，还可使原丝在纺织过程中柔软、减少机械磨损，并赋于玻璃纤维制品各种加工性能和应用特性。玻璃纤维发展到今天，能有如此琳琅满目的品种，还有如此广阔的应用领域，在某种程度上都取决于浸润剂的质量不断提高、品种不断增多的关键作用。
我国玻璃纤维工业自上世纪五十年代末期诞生以来，一直到七十年代中期以前，全国各玻璃纤维厂一直沿用原苏联的石蜡乳剂作拉丝浸润剂，无论是拉制纺织型玻璃纤维还是增强型玻璃纤维都采用它。国外的浸润剂大多数都是一剂专用，甚至根据某一用户的产品特殊要求，而我国却是一剂多用,还长年不变。导致纺织纱散丝、毛丝，增强纱的硬挺度、集束性、成带性、分散性及滑爽性都不符合质量标准,不能符合深加工及纺织性与增强性玻纤制品的技术性能要求。为此,长期以来浸润剂成为制约我国玻璃纤维工业产量提高、质量改善及品种开发急待解决的研究课题。
短切玻璃纤维是应用到玻璃纤维制品中一大类，主要用作增强材料如增强热固性塑料和热塑性塑料以及其它用途，它的应用领域不断扩大，数量不断增加。短切玻璃纤维均由连续玻璃纤维经短切机加工而成，主要长度规格为：3mm、4.5mm、6mm、12mm、18mm、24mm等。作为增强材料用的短切玻璃纤维原丝主要指标是：含水量＜1％，长纤含量＜2％，单丝直径11-13μm，硬挺性和分散性良好，满足制品加工工艺和性能。
目前市面上3mm低介电短切玻璃纤维的单丝直径是11-13μm，而单丝直径5-10μm的低介电短切玻璃纤维硬挺性、分散性和抗静电性较差，制品的机械性能不高，力学性能低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，此浸润剂应用到玻璃纤维的拉制过程中，提高低介电玻璃纤维的硬挺性，改善分散性和抗静电性较差的缺点，并提高低介电玻璃纤维制品的机械性能、力学性能和外观性能，本发明还提供一种其制备方法。
本发明提供一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，包括以下组分：主成膜剂、辅助成膜剂、润滑剂、偶联剂、pH调节剂和去离子水，所述主成膜剂是由高分子量双酚A型环氧树脂乳液和聚氨酯乳液组成的混合物，所述高分子量双酚A型环氧树脂乳液中双酚A型环氧树脂的分子量为4000-6000，所述聚氨酯乳液中聚氨酯的分子量为20000-40000，所述辅助成膜剂是中分子量双酚A型环氧树脂乳液，所述中分子量双酚A型环氧树脂乳液中双酚A型环氧树脂的分子量为1000-1400。
本发明采用分子量为4000-6000的双酚A型环氧树脂乳液和聚氨酯的分子量为20000-40000得聚氨酯乳液作为主成膜剂，双酚A型环氧树脂乳液和聚氨酯乳液的质量比为(12:1)-(10:1)，更优选为10:1，通过采用上述主成膜剂，制备得到的浸润剂应用到玻璃纤维的拉制过程中，可以使玻璃纤维的分散性更好，并且可以更加符合短切玻璃纤维制品的力学性能。本发明同时采用分子量为1000-1400的双酚A型环氧树脂乳液作为辅助成膜剂，主成膜剂和辅助成膜剂协同作用，使制备得到的浸润剂拉制得到的玻璃纤维的分散性更好，提高力学性能，同时能够提高采用此浸润剂生产出来的玻璃纤维纱的硬挺度，同时更好地优化玻璃纤维的集束性。
双酚A型环氧树脂分子量为4000-6000的双酚A型环氧树脂乳液是指双酚A型环氧树脂乳液中双酚A型环氧树脂的分子量在4000-6000之间，市售产品。双酚A型环氧树脂的分子量为1000-1400的双酚A型环氧树脂乳液是指双酚A型环氧树脂乳液中双酚A型环氧树脂的分子量在1000-1400之间，市售产品。聚氨酯分子量20000-40000的聚氨酯乳液是指聚氨酯乳液中聚氨酯的分子量在20000-40000之间，市售产品。
本发明所述的低介电短切玻璃纤维浸润剂主要用于玻璃纤维的拉制过程中，优选地，所述润滑剂包括润滑剂A和润滑剂B，所述润滑剂A是咪唑啉阳离子型润滑剂、咪唑啉阳离子型润滑剂与非离子型润滑剂的复配物中的一种，所述润滑剂B是有机硅润滑剂。
优选地，所述咪唑啉阳离子型润滑剂与非离子型润滑剂的复配物中咪唑啉阳离子型润滑剂与非离子型润滑剂的质量比为(1:1.5)-(1:3.5)，更优选为1:2.1，咪唑啉阳离子型润滑剂和非离子型润滑剂均为市售产品。
采用润滑剂A和润滑剂B复配作用，得到的浸润剂在玻璃纤维拉制过程中可以减少玻璃纤维与机械部件的摩擦系数，拉丝过程中玻璃纤维不容易断裂，使拉丝顺利进行。
优选地，各组分的质量占浸润剂质量的百分比如下：主成膜剂17-21％、辅助成膜剂1-5％、润滑剂A 0.01-0.1％、有机硅润滑剂0.3-1.2％、偶联剂0.3-1.2％和pH调节剂0.04-0.1％，其余为去离子水。
优选地，各组分的质量占浸润剂质量的百分比如下：主成膜剂20％、辅助成膜剂2％、润滑剂A 0.05％、有机硅润滑剂0.6％、偶联剂0.4％和pH调节剂0.05％，其余为去离子水。采用此配比得到的浸润剂应用到玻璃纤维的拉制过程中，可以更好地提升玻璃纤维的集束性，使得玻璃纤维在进行短切的时候保持玻璃纤维的集束性，不易散且能达到短切3mm的需求。
优选地，所述偶联剂是硅烷偶联剂KH570或6032中的一种或两种。
优选地，所述pH调节剂采用冰醋酸或柠檬酸中的一种或两种。
本发明所述低介电短切纤维浸润剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将pH调节剂和去离子水混合，再加入偶联剂，进行搅拌，再静置，得到偶联剂稀释液；
(2)将有机硅润滑剂和去离子水混合，进行搅拌，得到有机硅润滑剂稀释液；
(3)将润滑剂A和去离子水混合，进行搅拌，得到润滑剂A稀释液；
(4)将主成膜剂和辅助成膜剂和去离子水混合，进行搅拌，得到成膜剂稀释液；
(5)向配制釜加入去离子水，接着把步骤(1)得到的偶联剂稀释液加入到配制釜，进行搅拌，然后把步骤(2)、(3)、(4)得到的稀释液依次加入到配制釜，最后再加入去离子水至所需固含量。
优选地，所述低介电短切纤维浸润剂的制备方法包括以下步骤：
(1)将pH调节剂和去离子水按质量比为1：(2-3)混合，再加入偶联剂，进行搅拌，拌速度为60-80prm，搅拌时间为15-20min，再放入0-10℃的环境下静置1-4h，得到偶联剂稀释液；
(2)将有机硅润滑剂和去离子水按质量比为1:(1-2)混合，进行搅拌，搅拌转速为60-80prm，搅拌时间为10-20min，得到有机硅润滑剂稀释液；
(3)将润滑剂A和35-90℃去离子水按质量比为1:(5-20)混合，进行搅拌，搅拌转速为60-80rpm，搅拌时间为5-10min，得到润滑剂A稀释液；
(4)将主成膜剂、辅助成膜剂和去离子水混合，主成膜剂和辅助成膜剂的总质量与去离子水的质量比为1:1-1:1.2，进行搅拌，搅拌转速为60-80prm，搅拌时间为10-20min，得到成膜剂稀释液；
(5)向配制釜加占浸润剂总质量40％-50％的去离子水，接着把步骤(1)得到的偶联剂稀释液加入到配制釜，进行搅拌，搅拌转速为60-80prm，搅拌时间为10-20分钟，然后把步骤(2)、(3)、(4)制得的稀释液依次加入到配制釜，最后再加入去离子水至固含量为9％-13％。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的低介电短切玻璃纤维浸润剂，用于玻璃纤维的拉制过程，提高了短切长度3mm、单丝直径5-10μm的低介电短切玻璃纤维的硬挺性、集束性、分散性和抗静电性；在玻璃纤维拉制过程中能够减少玻璃纤维与机械部件的摩擦系数，能够提升玻璃纤维的强度，同时提高了采用本发明浸润剂所拉制出来的玻璃纤维制成的复合材料的力学性能。
(2)本发明所述的低介电短切玻璃纤维浸润剂，通过采用分子量为4000-6000的双酚A型环氧树脂乳液和聚氨酯的分子量为20000-40000得聚氨酯乳液作为主成膜剂，分子量为1000-1400的双酚A型环氧树脂乳液作为辅助成膜剂，用于玻璃纤维的拉制过程，提高了短切长度3mm、单丝直径5-10μm的低介电短切玻璃纤维的硬挺性、分散性、集束性、抗静电性和力学性能。
(3)采用咪唑啉阳离子型润滑剂、咪唑啉阳离子型润滑剂与非离子型润滑剂的复配物中的一种作为润滑剂A得到的浸润剂应用到玻璃纤维的拉制过程中，可以减少玻璃纤维与机械部件的摩擦系数，采用有机硅润滑剂作为润滑剂B得到的浸润剂应用到玻璃纤维的拉制过程中，可以提升玻璃纤维的强度。
(4)高分子量双酚A型环氧树脂乳液和聚氨酯乳液的质量比最优选为10:1，采用此质量比的主成膜剂得到的浸润剂应用到玻璃纤维的拉制过程中，可以使玻璃纤维的分散性更好，并且可以更加符合短切玻璃纤维制品的力学性能。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，由如下质量百分比的组分组成：主成膜剂18％、辅助成膜剂4％、润滑剂A 0.1％、有机硅润滑剂0.4％、偶联剂0.5％和pH调节剂0.07％，其余为去离子水。
其中：主成膜剂是由平均分子量为4500的双酚A型环氧树脂乳液和平均分子量为25000的聚氨酯乳液组成，按质量比为12:1混合得到的混合物，辅助成膜剂是平均分子量为1100的双酚A型环氧树脂乳液，润滑剂A采用咪唑啉聚乙烯亚胺聚酰胺盐润滑剂，偶联剂采用硅烷偶联剂KH570，pH调节剂采用冰醋酸。
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将pH调节剂和去离子水按质量比为1：2加入到带有搅拌装置的容器中，再加入偶联剂，进行搅拌，搅拌速度为60prm，搅拌时间为15min，再放入10℃的环境下静置1h，得到偶联剂稀释液。
(2)将有机硅润滑剂和去离子水按质量比为1:1.5加入到另一个带有搅拌装置的容器中，进行搅拌，搅拌转速为60prm，搅拌时间为10min，得到有机硅润滑剂稀释液。
(3)将润滑剂A和50℃去离子水按质量比为1:12加入到另一带有搅拌装置的容器中，进行搅拌，搅拌转速为60rpm，搅拌时间为5min，得到润滑剂A稀释液。
(4)将主成膜剂和辅助成膜剂和去离子水加入到另一带有搅拌装置的容器中，主成膜剂和辅助成膜剂的总质量与去离子水的质量比为1:1.1，进行搅拌，搅拌转速为60prm，搅拌时间为10min，得到成膜剂稀释液。
(5)向配制釜加占浸润剂总质量40％的去离子水，接着把步骤(1)得到的偶联剂稀释液加入到配制釜，进行搅拌，搅拌转速为60prm，搅拌时间为10分钟，然后把步骤(2)、(3)、(4)制得的稀释液依次加入到配制釜，再最后加入去离子水至固含量为9％。
实施例2
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，由如下质量百分比的组分组成：主成膜剂20％、辅助成膜剂2％、润滑剂A 0.05％、有机硅润滑剂0.6％、偶联剂0.4％和pH调节剂0.05％，其余为去离子水。
其中：主成膜剂是平均分子量为5500的双酚A型环氧树脂乳液和平均分子量为30000的聚氨酯乳液组成，按质量比为10:1混合得到的混合物，辅助成膜剂是平均分子量为1300的双酚A型环氧树脂乳液，润滑剂A采用咪唑啉阳离子型润滑剂与非离子型润滑剂的复配物，其中咪唑阳离子型润滑剂与非离子型润滑剂的质量比为1:2.1，偶联剂采用硅烷偶联剂6032，pH调节剂采用柠檬酸。
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将pH调节剂和去离子水按质量比为1:2.5加入到带有搅拌装置的容器中，再加入偶联剂，进行搅拌，搅拌速度为80prm，搅拌时间为20min，再放入4℃的环境下静置4h,得到偶联剂稀释液。
(2)将有机硅润滑剂和去离子水按质量比为1：1.5加入到另一个带有搅拌装置的容器中，进行搅拌，搅拌转速为80prm，搅拌时间为15min。得到有机硅润滑剂稀释液。
(3)将润滑剂A和55℃的去离子水按质量比为1:11加入到另一带有搅拌装置的容器中，进行搅拌，搅拌转速为80rpm，搅拌时间为10min，得到润滑剂A稀释液。
(4)将主成膜剂和辅助成膜剂和去离子水加入到另一带有搅拌装置的容器中，主成膜剂和辅助成膜剂的总质量与去离子水的质量比为1:1，进行搅拌，搅拌转速为60prm，搅拌时间为10min，得到成膜剂稀释液。
(5)向配制釜加占浸润剂总质量40％的去离子水，接着把步骤(1)得到的偶联剂稀释液加入到配制釜，进行搅拌，搅拌转速为80prm，搅拌时间为15分钟，然后把步骤(2)、(3)、(4)制得的稀释液依次加入到配制釜，再最后加入去离子水至固含量为11％。
实施例3
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，由如下质量百分比的组分组成：主成膜剂21％、辅助成膜剂1％、润滑剂A 0.05％、有机硅润滑剂0.5％、偶联剂0.3％和pH调节剂0.1％，其余为去离子水。
其中：成膜剂是由平均分子量为5000的双酚A型环氧树脂乳液和平均分子量为35000的聚氨酯乳液组成，按质量比为11:1混合得到的混合物，辅助成膜剂是平均分子量为1250的双酚A型环氧树脂乳液，润滑剂A采用咪唑啉聚乙烯亚胺聚酰胺盐润滑剂，偶联剂采用硅烷偶联剂6032，pH调节剂采用柠檬酸。
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将pH调节剂和去离子水按质量比为1：3加入到带有搅拌装置的容器中，再加入偶联剂，进行搅拌，搅拌速度为70prm，搅拌时间为17min，再放入0℃的环境下静置3.5h，得到偶联剂稀释液。
(2)将有机硅润滑剂和去离子水按质量比为1：2加入到另一个带有搅拌装置的容器中，进行搅拌，搅拌转速为70prm，搅拌时间为15min，得到有机硅润滑剂稀释液。
(3)将润滑剂A和60℃的去离子水按质量比为1:12加入到另一带有搅拌装置的容器中，进行搅拌，搅拌转速为80rpm，搅拌时间为10min，得到润滑剂A稀释液。
(4)将主成膜剂和辅助成膜剂和去离子水加入到另一带有搅拌装置的容器中，主成膜剂和辅助成膜剂的总质量与去离子水的质量比为1:1.2，进行搅拌，搅拌转速为70prm，搅拌时间为10min，得到成膜剂稀释液。
(5)向配制釜加占浸润剂总质量50％的去离子水，接着把步骤(1)得到的偶联剂稀释液加入到配制釜，进行搅拌，搅拌转速为80prm，搅拌时间为15分钟，然后把步骤(2)、(3)、(4)制得的稀释液依次加入到配制釜，再最后加入去离子水至固含量为13％。
对比例1
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，所采用的组分和制备方法与实施例2基本一致，唯一的不同在于：主成膜剂中不添加聚氨酯乳液。
对比例2
一种低介电短切玻璃纤维浸润剂，所采用的组分和制备方法与实施例2基本一致，唯一的不同在于：主成膜剂中双酚A型环氧树脂乳液平均分子量为450，其他的组分与制备过程均与实施例1相同。
将实施例1-3和对比例1-2制备的浸润剂按照本领域常规的低介电短切玻璃纤维生产工艺生产低介电短切玻璃纤维，对生产得到的低介电短切玻璃纤维进行性能测试：
(1)织物硬挺度：采用织物硬挺度测试仪对玻璃纤维进行测试，获得抗弯长度值，抗弯长度值见表1，抗弯长度值越大，玻璃纤维的硬挺度越高。
(2)分散性，玻璃纤维在制备过程中，纤维单丝分散性差时就会发生团聚现象，玻璃纤维之间分散均为分散性良好，玻璃纤维之间分散不均匀为分散性差，实验结果如表1所示。
(3)抗静电性，测量玻璃纤维的抗静电性，在把玻璃纤维进行短切时，因为静电的存在会影响短切的过程，根据玻璃纤维短切时是否吸附于设备上或产生堆积来判断抗静电性的好坏，没有吸附于设备上为抗静电性良好，吸附于设备上或产生堆积为抗静电性差，实验结果如表1所示。
(4)断裂拉伸应力：测量采用本发明实施例1-3和对比例1-2得到的浸润剂所拉制出来的玻璃纤维制成的复合材料的断裂拉伸应力，实验结果如表1所示。
对实施例1-3和对比例1-2生产出的浸润剂用于制备玻璃纤维，制备过程采用现有技术，对制备得到的玻璃纤维进行硬挺度、分散性和抗静电性的测试，测试结果如下表：
表1
表1中的“O”代表采用纱线集束性好，“X”代表纱线的集束性差。
对比例1、2制备得到的浸润剂在制备玻璃纤维时，当短切长度为3mm，玻璃纤维集束性不好，易散掉，所以难以制备得到短切长度为3mm的玻璃纤维。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种离线高透净色低辐射可钢镀膜玻璃及其制造方法