一種紡織用GF/PP複合纖維直接紗的浸潤劑的製作方法
2023-10-19 13:09:47
本發明涉及一種紡織用GF/PP複合纖維直接紗的浸潤劑。
(二)
背景技術：
採用玻璃纖維增強的熱塑性複合材料具有較低的密度、低廉的價格以及可循環使用等優點，正在替代工程塑料與金屬廣泛應用在工業建設、汽車工業、家用電器、電子、建築工程、航空航天，以及運動休閒等領域。隨著運用領域的不斷擴張，對熱塑性複合材料的要求也越來越高，所以一直以來，研究全新的材料、生產工藝及加工過程，提高增強材料與基體樹脂界面結合等非常重要。
在玻璃纖維增強熱塑性複合材料的發展歷程中，經歷了從基於雙螺杆擠出、注塑成型等剪切分散工藝的短玻璃纖維增強熱塑性複合材料(SFT)，到基於熔融浸漬、注塑等成型工藝的長玻璃纖維增強熱塑性複合材料(LFT)；再到類似於玻璃纖維增強熱固性樹脂所採用的玻璃纖維浸漬樹脂後，採用拉擠、纏繞等完全保留玻璃纖維殘留長度的連續玻璃纖維增強熱塑性複合材料(CFRT)。近年來，採用CFRT工藝製備的連續纖維增強熱塑性複合材料發展迅猛，但該工藝在成型和使用過程中存在一些缺點：其一，CFRT複合材料生產成型過程中，其中的熱塑性樹脂受熱熔融後，熔體粘度較大，樹脂和玻璃纖維的浸漬比較困難，需要較長的時間及特殊的工藝才能有效地複合成型；其二，CFRT片材是一種熱塑性預浸料，其後道複合成型比較複雜，特別對於多角度的複合成型，目前難以實現。而新型的熱塑性GF/PP(玻璃纖維/聚丙烯)複合纖維可以克服CFRT工藝在成型和使用過程中的上述缺點，近年來在連續纖維增強熱塑性複合材料領域發展迅猛。
新型熱塑性GF/PP(玻璃纖維/聚丙烯)複合纖維織物是由連續的玻璃纖維和熱塑性聚丙烯纖維複合而成，並採用複合而成的纖維製備成織物，織造過程中對紗線的要求極為苛刻，要求玻璃纖維和熱塑性聚丙烯纖維在複合之後有一定的集束性，且要求毛羽少，出紗張力低，以及在後續成型過程中玻璃纖維與熱塑性聚丙烯樹脂具有良好的相容性和優異的最終製品機械性能。為此在採用玻璃成分不變的前提下，需要研製一種新型的浸潤劑：既要滿足其在織布過程中的順暢性和優異的毛羽性能，又要和複合纖維中的PP樹脂具有優良的相容性，提高界面結合效果，使製品最終的機械性能更加優異，同時直接紗端面顏色不會發黃。
(三)
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種紡織用GF/PP複合纖維直接紗的浸潤劑，它使玻璃纖維和熱塑性聚丙烯纖維在複合之後有良好的集束性，在織布過程中具有較好的順暢性，較低的毛羽量以及出紗張力，在結合過程中複合纖維中的玻璃纖維和熱塑性聚丙烯樹脂具有良好的相容性，提高界面結合效果，使最終製品的機械性能更加優異，同時直接紗端面顏色不會變黃。
一種紡織用GF/PP複合纖維直接紗的浸潤劑，由偶聯劑、成膜劑、潤滑劑、抗靜電劑、消泡劑、抗氧劑和去離子水配製而成，各組份的含量以其質量用量佔浸潤劑總質量的百分比表示如下，其中以分散體系形式加入的組分的質量用量以其固體質量計：
所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑；所述的成膜劑為聚丙烯蠟乳液和聚醚類聚氨酯乳液的混合物，且所述的聚醚類聚氨酯乳液的用量小於所述的聚丙烯蠟乳液的用量，其中兩者的用量均以其固體質量計；所述的潤滑劑為脂肪酸類非離子表面活性劑和/或離子型表面活性劑；所述消泡劑採用水溶性的有機矽烷消泡劑；所述的抗氧劑選自芳香胺類抗氧劑或無機鹽類抗氧劑。
本發明中，所述的成膜劑是聚丙烯蠟乳液和聚醚類聚氨酯乳液的混合物，其中，聚丙烯蠟乳液中聚丙烯蠟的分子量範圍是5000～80000，其能使玻璃纖維與聚丙烯樹脂有良好的相容性，同時使最終製品具有優異的機械性能。聚醚類聚氨酯乳液中聚醚類聚氨酯的分子量範圍是10000～70000，能賦予產品良好的集束性，在織布過程中具有較好的順暢性，較低的毛羽量以及出紗張力。本發明中成膜劑總含量為10-30％，優選為15-25％，更優選為20-25％。聚丙烯蠟乳液與聚醚類聚氨酯乳液的用量比以各自所含的固體質量之比表示優選為5～30:1，更優選為10～15:1。
本發明中，所述的偶聯劑為矽烷偶聯劑，具體採用甲基丙烯醯氧基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑、環氧基矽烷偶聯劑中的一種。偶聯劑在複合材料中的作用在於它既能與增強材料表面的某些基團反應，從而增強玻璃纖維與樹脂之間粘合強度，提高複合材料性能，還可以在拉絲過程中保護纖維。因此，合適的偶聯劑選擇和用量能確保GF/PP複合纖維最終製品具有更好的機械性能。本發明中矽烷偶聯劑的含量為0.2～2.0％，優選為0.3～1.2％，更優選為0.6～0.8％。
本發明中，所述的潤滑劑為脂肪酸類非離子表面活性劑和/或離子型表面活性劑。所述的脂肪酸類非離子型表面活性劑優選為油酸失水山梨醇酯，所述的離子型表面活性劑優選為十八烷基三甲基氯化銨。本發明中，潤滑劑的含量為0.2～2.0％，優選為0.3～1.0％，更優選為0.4～0.6％。
本發明中，所述的抗靜電劑為水溶性的無機鹽類抗靜電劑，優選採用具有較強吸水能力的無機鹽類物質，其含量為0.2～1.5％，優選為0.3～0.6％，更優選為0.4～0.5％。
本發明中，所述消泡劑採用水溶性的有機矽烷消泡劑，其含量為0.005～0.05％，優選為0.008～0.02％。
本發明中，所述的抗氧劑選自芳香胺類抗氧劑或無機鹽類抗氧劑，其含量為0.1～0.6％，優選為0.2～0.5％，更優選為0.3～0.4％。
進一步，本發明所述浸潤劑中，各組分的含量表示如下：
更進一步，本發明所述浸潤劑中，各組分的含量表示如下：
更進一步，所述的浸潤劑由偶聯劑、成膜劑、潤滑劑、抗靜電劑、消泡劑、抗氧劑和去離子水配製而成，所述的偶聯劑採用甲基丙烯醯氧基矽烷偶聯劑、氨基矽烷偶聯劑、環氧基矽烷偶聯劑中的一種；所述的成膜劑為聚丙烯蠟乳液與聚醚類聚氨酯乳液的混合物，其中，聚丙烯蠟乳液中聚丙烯蠟的分子量範圍是5000～80000，聚醚類聚氨酯乳液中聚醚類聚氨酯的分子量範圍是10000～70000，聚丙烯蠟乳液與聚醚類聚氨酯乳液的用量比以各自所含的固體質量之比表示為5～30:1；所述的潤滑劑採用脂肪酸類非離子型表面活性劑和/或離子型表面活性劑；所述的抗靜電劑採用水溶性的無機鹽類抗靜電劑；所述消泡劑採用水溶性的有機矽烷消泡劑；所述的抗氧劑採用芳香胺類抗氧劑或無機鹽類抗氧劑；所述浸潤劑中各組份的含量表示如下：
本發明所述浸潤劑的製備採用常規方法，具體包括以下步驟：在配製罐中加入偶聯劑重量30～40倍的去離子水，攪拌下緩慢加入偶聯劑，攪拌至反應完全；再加入成膜劑、潤滑劑、抗靜電劑、抗氧劑、消泡劑和剩餘的水，攪拌均勻。
優選的，加入偶聯劑攪拌時，檢測偶聯劑水解反應程度：取反應液置於乾淨透明玻璃器皿中觀察；若溶液表面沒有油花和溶液透明，表明反應完全。
與現有技術相比，本發明所述浸潤劑能夠確保玻璃纖維和熱塑性聚丙烯纖維在複合之後有良好的集束性，在織布過程中具有較好的順暢性，較低的毛羽量以及出紗張力，在結合過程中複合纖維中的玻璃纖維和熱塑性聚丙烯樹脂具有良好的相容性，提高界面結合效果，使最終製品的機械性能更加優異，同時直接紗端面顏色不會變黃，從而滿足市場及應用需求。
(四)具體實施方式
為了更好地理解本發明的內容，下面通過具體的實施例來進一步說明本發明的技術方案，而本發明並不局限於以下實施例。
實施例1-6
本發明實施例使用的浸潤劑原料為：
矽烷偶聯劑：γ-氨丙基三乙氧基矽烷，邁圖A1100；
成膜劑A為聚丙烯蠟乳液，DSM公司；產品牌號為NEOXIL777；
成膜劑B為聚醚類聚氨酯乳液，Bayer Baybond LP RSC 1187；
潤滑劑為十八烷基三甲基氯化銨，山東諾克化學工業有限公司生產；
抗靜電劑為仲烷基磺酸鹽類，朗盛Mersolat H95；
消泡劑採用有機矽氧烷BYK023；
抗氧劑採用無機鹽類BRUGGOLEN H10。
所述紡織用GF/PP複合纖維直接紗的浸潤劑通過以下的方法製備：
步驟1：在配置罐中加入偶聯劑重量35倍的去離子水(室溫)，開啟攪拌。
步驟2：將專用的偶聯劑緩慢加入到配製罐中，攪拌20～30min以上(檢測偶聯劑水解完全的方法：取一定量的溶液置於乾淨的透明玻璃容器中，在光線充足處觀測溶液表面無油花，溶液透明無沉澱或懸浮物)；
步驟3：加入已用約2倍去離子水(室溫)稀釋的聚丙烯蠟乳液；
步驟4：加入已用約2倍去離子水(室溫)稀釋的聚醚類聚氨酯乳液；
步驟5：加入已用約10倍去離子水(溫水40～50℃)稀釋的潤滑劑；
步驟6：加入已用約5倍去離子水稀釋(室溫)的抗靜電劑；
步驟7：加入已用約10倍去離子水(溫水40～50℃)稀釋的抗氧劑；
步驟8：加入已用約5倍去離子水稀釋(室溫)的消泡劑；
步驟9：加入剩餘的去離子水到配製量；
步驟10：待攪拌均勻(約攪拌10min左右)後，取樣檢測浸潤劑固含量；
步驟11：將配製好的浸潤劑轉入儲存罐備用。
本發明實施例複合製品的製備方法採用專利「新型熱塑性複合纖維織物模壓板材及其製備方法和應用」所述方法製備，專利申請號「201510419557.3」。
表1為實施例1-6的浸潤劑配方，其中各原料的質量百分比含量是基於浸潤劑體系：
表1、浸潤劑配方
從以上的配方測試實例可以看出，通過對組份和組份含量的設計，我們可以得到合乎要求的浸潤劑。
本發明實例根據紡織用GF/PP複合纖維直接紗的技術特點，通過浸潤劑原料的選擇，配方的優化，採用合適的生產工藝，生產出滿足該領域該市場需求的紡織用GF/PP複合纖維直接紗產品。