短切原丝毡用玻璃纤维增强型浸润剂的研究

短切原丝毡用玻璃纤维增强型浸润剂的研究 短切原丝毡用玻璃纤维增强型浸润剂的研 究 Vo1.12.No.20 ? 18? 精细与专用化学品 FineandSpecialtyChemicals 第12卷第20期 2004年10月21日 矩切原丝用玻璃纤谁僧强型 漫洞刻的研勿 肖桃云高国生 (1.常州天马集团有限公司,江苏常州213002;2.江苏工业学院,江苏常州213016) 摘要:本文主要叙述了短切原丝毡(简称短切毡)用玻璃纤维增强型浸润剂的试验研究过程, 重点讲述了短 切毡用原丝必须具备的性能,通过实验最终得出了同时满足拉丝工艺,烘干工艺和短切毡成 毡工艺的玻纤增强型 浸润剂.该浸润剂赋予原丝良好的集束性,切割性,分散性和快速的浸透性,并提出满足这些 性能原丝的硬挺度必 须适中,这样的原丝才能生产出优质的短切毡. 关键词:集束性;切割性;分散性;硬挺度;浸透性 StudyonReinforcingSizeofFiberGlassUsedforChoppedStrandMat XIAOTao-yun,GAOGuo-sheng (1.ChangzhouTianmaGroupCo.,Ltd.,Changzhou213002,China; 2.JiangsuPolytechnicUniversity,Changzhou213016,China) Abstract:Theexperimentandresearchonglassfiberreinforcingsizeusedforchoppedstrandmatarepres entedin thispaper.Thenecessarypropertiesofstrandforchoppedmatarereportedemphaticallyinthispaper.The glassfiberrein— forcingsizesimultaneouslysuitableforfiberdrawingprocess,dryingprocessandchoppedmatproducin gprocessisfoundby experiment.Thesizemakesstrandhavinggoodstrandintegrity,choppedpropertyanddispersityandbe wettedoutquickly, thestrandshouldhaveproperstiffnessinordertoproduceexcellentchoppedmat. Keywords:strandintegrity;choppedproperty;dispersity;stiffness;sizeproperty 增强型浸润剂的组分主要包括成膜剂,润滑剂, 抗静电剂和偶联剂等.成膜剂对玻璃纤维原丝的性 能起着决定性作用,如集束性,切割性,分散性等. 润滑剂主要用于改善浸润剂的拉丝作业性能,阳离 子型润滑剂虽然可以降低玻璃纤维的静摩擦系数, 但会给原丝的浸透性带来副效应.抗静电剂可使玻 璃纤维难于产生静电,常见的无机抗静电剂有LiC1, LiNO和NHC1等.使用偶联剂的目的是改善玻璃 纤维与聚合物的界面状态,提高复合材料性能如强 度,耐水性和耐老化性等,延长使用寿命. 短切毡用玻璃纤维增强型浸润剂除了必须具备 良好的稳定性,满足拉丝等一系列作业性能外,还必 须赋予短切毡原丝如下性能:良好的集束性,切割 性,均匀的分散性和快速的浸透性,其硬挺度要适 中,一般要求在115,125mm为最佳,这样的原丝才 具有低静电性,平铺性以及良好的成毡性.本文以 此为目标,通过大量的实验,研制开发出适合坩埚法 拉丝作业的短切毡用玻璃纤维增强型浸润剂. 1实验部分 1.1原材料 成膜剂1:聚酯乳液;成膜剂2:环氧树脂乳 液;辅助成膜剂3:水性环氧树脂;润滑剂:改性矿 物油和1631;抗静电剂:有机抗静电剂,铵盐等;偶 收稿日期:20o4-08—31 作者简介:肖桃云(1965一),女,工程师,从事玻璃纤维浸润剂的研究与开发. 2004年10月21日肖桃云,等:短切原丝毡用玻璃纤维增强型浸润剂的研究?19? 联剂:A一174;pH调节剂:冰醋酸. 1.2试验仪器及设备 400孔坩埚拉丝漏板,变频拉丝机,排线器和涂 油器等;大型鼓风式恒温烘箱,茂福炉,101—3型电 热鼓风干燥箱,JB90一D型强力搅拌机,JA61001电子 天平等. 1.3浸润剂的配制 (1)试验配方 为了使拉制的原丝满足短切毡的生产需要,设 计的试验配方见1. 表1试验配方% 组分配方1配方2配方3配方4配方5 成膜剂1 成膜剂2 辅助成膜剂3 润滑剂 改性矿物油 l63l 抗静电剂 有机抗静电剂 铵盐 A.174 4—6 l,2 0 0.3—0.5 O.05—0.10 0.1—0.3 O.05—0.15 0.35—0.40 4,6 l,2 0 0.3,0.5 0.05—0.10 0 0.05—0.15 0.35—0.40 2—3 l一2 0.3,0.4 0.3,0.5 0.05—0.10 0 0.05—0.15 0.35—0.40 2—3 l一2 0.6—0.8 0.3,0.5 0.05—0.10 0 0.05—0.15 0.35—0.40 2—3 l一2 0.6—0.8 0.2—0.3 0 0 0.05,0.15 0.35—0.40 (2)配制工艺 称一定量的软化水,加入冰醋酸,调节好pH= 3.0,4.0,在搅拌下缓慢加入称量好的偶联剂,搅拌 至溶液澄清透明备用. 称量好润滑剂,加入10倍热水(70,80?),搅 拌使其充分溶解,自然冷却至45?以下备用. 称量好抗静电剂,加入10倍的软化水,搅拌使 其充分溶解并过滤杂质,备用. 将成膜剂1,2分别称量好,加入3倍的软化水 充分搅匀备用;称好3成膜剂,加入3倍软化水充 分搅拌,使其溶解至溶液透明. 开启混合釜搅拌,按成膜剂,润滑剂,抗静电剂 和偶联剂的顺序,将上述溶液依次倒入混合釜中,再 加入余量的水,充分搅匀,取样测试固含量. 1.4测试方法 浸润剂固含量按GB11175的执行;单纤维 直径按GB7690.5测定;原丝号数按GB7690.1测 定;含油率按GB9914—88测定;含水率按GB11966. 89测定;其它各项性能也按有关测定. 2结果与分析 按照短切毡用原丝的性能要求的几种不同 配方浸润剂,在相同配制工艺,拉丝工艺和烘干工艺 条件下,拉制的原丝性能见表2. 用配方1浸润剂拉制的原丝,集束性,切割性, 分散性均较好,短切丝光滑,不分叉,不开花,但其浸 表2不同配方浸润剂拉制的原丝性能 原丝性能配方1配方2配方3配方4配方5 原丝号数/Tex 单纤直径/m 硬挺度/mm 含油率/% 含水率/% 强力/N 浸透性/s 集束性 切割性 分散性 其它 透性差,一方面由于浸润剂中使用了有机抗静电剂, 另一方面由于其成膜剂的用量太多,原丝表面的浸 润剂膜太过致密.配方2中没有使用有机抗静电 剂,只使用了无机抗静电剂,原丝其它性能保持不 变,浸透性却有了很大的改观,但其浸透性与目标值 差距还很大,企标要求浸透速率?40s,为此,对配方 2中的成膜组分作了调整,称为配方3.配方3拉制 的原丝浸透性得到了大大的改善,但其集束性,切割 性,分散性都比配方2拉制的原丝差,原丝的硬挺度 下降了,短切丝分叉,开花现象多. 针对配方3的缺点,在其基础上增加了辅助成 膜剂3的用量,称其为配方4,在相同条件下拉制原 丝,集束性有了很好的改善,从而改善了原丝的切割 一m,好好好一一一 一?们一一黼 ,?,差差一一 ?720好好好丝,叉花一…m,啪锵一一一 ?044M05好好好丝,叉花,???一一一 ? 20?精细与专用化学品第12卷第20期 性,分散性,使短切丝分叉,开花现象减少,其硬挺度 和浸透性与配方3拉制的原丝相当.为了进一步改 善其浸透性,稍稍减少其润滑剂的用量,配制成配方 5浸润剂.配方5浸润剂适合拉丝工艺,拉制的原 丝集束性,切割性,分散性均较好,硬挺度有所提高, 短切丝光滑,不分叉,不开花,而且浸透性也有改善, 基本与目标值相一致. 玻璃纤维原丝集束性的好坏,直接影响到原丝 的硬挺度,切割性,分散性以及短切丝的分叉,开花 情况,要保证原丝的质量,原丝必须有良好的集束 性,这样才能保证原丝有适当的硬挺度;原丝的集束 性除了与主,辅成膜剂有关外,还与润滑剂的选型, 用量有关;原丝的浸透性直接决定毡的浸透性,因 此,原丝的浸透性好,成毡后毡的浸透性就好,在不 改变成膜剂的情况下,抗静电剂和润滑剂对原丝的 浸透性也有一定的影响.一般情况下,润滑剂对浸 透性具有副作用,因此,在不影响拉丝作业的情况下 应尽量少用;使用无机盐类抗静电剂比有机抗静电 剂拉制的原丝浸透性要好. 研究还表明,在其它组分不变的情况下,偶联剂 的用量对原丝的硬挺度也有影响.偶联剂用量多, 原丝的硬挺度高,相反则低,其关系可见图1. 图1偶联剂的用量对原丝硬挺度的影响 为了使原丝具有适当的硬挺度,保证其切割性, 分散性,结合图1可知,浸润剂中偶联剂的用量一般 控制在0.35%一0.40%. 试验过程中所采用的拉丝工艺,烘干工艺和原 丝的切割工艺都是在生产线上进行,因此放大试验 只涉及到浸润剂的配制问题.经过几次调整后,配 方5浸润剂适合坩埚法拉丝工艺,浸润剂静止72h 无沉淀.采用配方5浸润剂做扩大试验,原丝基本 保持良好的集束性,切割性和分散性,快速的浸透 性,短切丝光滑,不分叉,不开花,成毡性好,毡面均 匀,不松散,毡的浸透性也好.因此,配方5拉制的 原丝满足短切毡用原丝的要求,即配方5浸润剂满 足设计要求. 3结论 本文研究的短切毡用玻璃纤维增强型浸润剂配 制工艺简单,放置72h无沉淀,满足坩埚法多排多 孔,软筒多分束拉丝工艺要求,原丝分束率达80% 左右,满足烘干工艺和粉末型成毡工艺要求.使用 该浸润剂生产的原丝,其集束性,切割性,分散性较 好,硬挺度适中.成毡后,在不饱和聚酯树脂中具有 良好的浸透性,在苯乙烯中完全溶解时间小于20s (企标要求~<40s),满足短切毡生产工艺要求.口 参考文献 [1]单关有.NJR-236喷射用无捻粗纱浸润剂的研究[J].玻璃纤维, 1999,(5):3—7 [2]王旭平,等.浸润剂配方的调试[C].玻璃钢学会第十三届全国 玻璃钢/复合材料学术年会论文集,1999:73—77 [3]增黎明,安宝明.喷射成型用玻璃纤维增强型浸润剂的研究 [J].纤维复合材料,2000,(4):8一l0 [4]张耀明,李巨白,姜肇中.玻璃纤维与矿物棉全书[M].北京:化 学工业出版社,2001.283—287,440—443 .’.’.’.......’.....................’.’.’.... ;《高新技术和最新实用科技成果选编》2 7 2(2003年版)i ?《选编》由中国化工新材料总公司,中国石i 8油和化学工业协会科技奖励评审委员会办公室{ 9组织编写,共收录数百项高新技术,最新在研和; v推广项目.所选项目投资规模适中(从十几万6 5元至几百万元),科技含量高,市场竞争力强,2 技术成熟可靠.项目涉及农副产品深加工及生i 5物工程技术(194项),新材料(93项),化工实9 2用技术(132项),化肥(34项),农药(23项),; i煤化工(5项),纺织(25项),新能源及高效节5 Q能(24项)等行业.? i《选编》提供每个项目简介包括以下内容:3 5产品用途,特点,指标及相关投资,设备,人员,Q ?厂房,原材料,成本,售价,利润,合作方式,转让i 6费及联系方式等.本书为大八开,450页.售5 9价:168元/册(含邮费),款到即寄书和发票.; v地址:(100029)北京安外小关街53号5 5《精细与专用化学品》编辑部2 ;联系人:张月丽电话/传真:O1O44O86j 6E—mail:zhangyl@cheminfo.gov.ca9 .o.0.o.o.0.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.o.0.o.o.o