增強熱塑性塑料用玻璃纖維浸潤劑

1、玻璃纖維1997年第5期試驗研究增強熱塑性塑料用玻璃纖維浸潤劑南京玻璃纖維研究設(shè)計院嵇安然自1956年美國FIBERFIL公司首先工業(yè)化生產(chǎn)玻璃纖維增強尼龍以來,通過六十年代進(jìn)一步的研究和推廣應(yīng)用,增強熱塑性塑料(以下簡稱FRTP)產(chǎn)量直線上升、電子、機械設(shè)備等領(lǐng)域。近幾年,有的發(fā)達(dá)國家FRTP年增長率高達(dá)20%左右,與國外相比我國質(zhì)量較差、品種較少。造成FRTP產(chǎn)量較低、這種狀況的原因很多,缺少高性能的玻璃纖維材料是重要原因之一。本文就FRTP用浸潤劑這一決定玻璃纖維品質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)作一簡單概述,希望行業(yè)同仁對此進(jìn)行探討研究,以期共同促進(jìn)我國FRTP工業(yè)的發(fā)展。A174A187A1100。以。

2、,對不同的。表1常見熱塑性塑料的偶聯(lián)劑選用偶聯(lián)劑熱塑性塑料熱塑性聚酯類PC、PET、PBT,聚苯醚類PPO、MPPO,聚甲醛類POM,改性聚苯乙烯類PS、AS、ABS,聚烯烴類PP、PE聚酰胺類PA6,66,1010對于熱塑性塑料中象聚丙烯一類的惰性烯烴類聚合物,常用的偶聯(lián)劑A174、A1100等雖有一定的增強效果,但結(jié)果不是很理想,解決這類樹脂的偶聯(lián)問題,一種是對基材進(jìn)行改性,另一種就是選用一些新型偶聯(lián)劑來提高增強效果。這類新型偶聯(lián)劑主要有兩大類:第一類是陽離子型硅烷類,適用于增強熱塑性塑料的是陽離子苯乙烯型,其結(jié)構(gòu)式HCl如下:(HC3)3Si(CH2)3NC2H4-NHCH2CH=CH2

3、用它增強聚丙烯效果明顯,彎曲強度提高90%以上。第二類是磺酰疊氮硅烷,其結(jié)構(gòu)通式為RSiRSO2-N3一種代表性的磺酰疊氮硅1浸潤劑組份選用,配方設(shè)計增強型浸潤劑,大致包括四個主要組份,即:成膜劑、偶聯(lián)劑、潤滑劑、和抗靜電劑。除此之外,還可包括其它少量組份,如潤濕劑、消泡劑、穩(wěn)定劑、增塑劑等。111偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑功能是在玻璃表面和基體樹脂之間形成化學(xué)鍵,從而顯著提高復(fù)合材料制品的各項性能(包括力學(xué)性能、電學(xué)性能、耐熱性能、抗腐蝕老化性能等)延長其使用壽命。偶聯(lián)劑的選擇主要依據(jù)是:基體樹脂的25玻璃纖維1997年第5期烷為(CH3)3Si-R-SO2-N3。硅烷部分水解成硅醇與玻纖表面的OH反應(yīng),

4、而疊氮基受熱時生成的活化基團與聚烯烴中的任何一個CH鍵起反應(yīng),從而實現(xiàn)了樹脂與玻璃纖維的偶聯(lián)。用其處理的玻纖與用A1100處理的玻纖增強聚丙烯相比抗彎強度提高30%,抗張強度提高50%,熱崎變溫度提高80。112成膜劑的選用劑組份的遷移現(xiàn)象應(yīng)盡量減少否則會造成原絲性質(zhì)的不均一性,從而影響制品性質(zhì)的均一性。上述所有性質(zhì)都是由浸潤劑賦予的,然而這些要求迄今未能得到充分的滿足,對FRTP而言必須根據(jù)不同的增強基材選用不同的成膜劑組份,以盡可能滿足上述這些要求。,膜強度高耐磨,能很,對增強大劑。丙烯酸酯類樹脂與玻璃纖維有較好的親和性,能方便地調(diào)整其成膜后的軟硬程度,且與一些熱塑性塑料具有良好的相容性,

5、也是一類較好地增強熱塑性塑料用成膜劑。目前國內(nèi)市售的這兩類乳液都不能滿足在浸潤劑配方中使用的要求。南京玻纖院浸潤劑工業(yè)性試驗基地經(jīng)過多年的試驗研究,成功地研制出系列聚氨酯乳液、丙烯酸乳液,能較好地滿足在浸潤劑配方中使用的要求。過去國內(nèi)大多數(shù)短切原絲用浸潤劑,由于受到原材料的制約,必須或多或少地使用醋酸乙烯,乙烯醋酸乙烯共聚物作為成膜劑以滿足原絲集束性、切割性的要求,這些原料對多數(shù)熱塑性而言,都會產(chǎn)生一些不良的影響,筆者以為應(yīng)盡可能避之。表2常見熱塑性塑料的成膜劑的選用熱塑性塑料聚酰胺類PA6,66,1010,12聚苯乙烯類PS,AS,ABS成膜劑聚氨酯類丙烯酸類丙烯酸類環(huán)氧類聚氨酯類環(huán)氧類成膜

6、劑是決定原絲性質(zhì)的重要浸潤劑組份,關(guān)鍵技術(shù),。(國)作為FRTP用短切原絲,一般要求如下:(1)具有良好的集束性、切割性和抗靜電性能。(2)必須有很好的流動性,即能很順利地從容器中卸出以便均勻地分散在塑料中。(3)當(dāng)把纖維復(fù)合到樹脂基材過程中,一方面纖維不能失去其集束性,否則纖維將叢聚在一起,不能均勻地分布在制品中,另一方面也要求原絲有一定程度的單纖維化以便使玻纖增強材料具有足夠的表面積,即要求原絲既要有一定的集束性又要有適當(dāng)?shù)膯卫w維化。(4)原絲表面的浸潤劑涂層必須與基體樹脂之間具有良好的相容性,保證其與聚合物基材之間沒有任何不利的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生,否則將導(dǎo)致增強效果的下降、基料顏色的變化、界面

7、聚合物的降解等不良現(xiàn)象產(chǎn)生。(5)短切原絲應(yīng)具有高度的白度,這一聚酯類PC,PBT,PET聚烯烴類PP,PE點對FRTP尤為重要,另外,纖維上的浸潤26玻璃纖維1997年第5期113潤滑劑和抗靜電劑的選用(1)潤滑劑的選擇潤滑劑的加入,可降低浸潤劑體系的表面張力,賦予原絲一定的柔韌性及潤滑性以滿足拉絲、退解等工藝性能的要求。玻璃纖維潤滑劑種類繁多,有改性礦油類、聚氧乙烯化的脂肪酸酯類及胺類、季胺鹽類等,選擇的原則主要有兩條:潤滑劑與浸潤劑中其它各組份相匹配,潤滑劑與被增強材料之間不能有不利的物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生。潤滑劑的用量以滿足生產(chǎn)工藝要求為準(zhǔn)。(2)抗靜電劑的選擇,保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行常用的方法

8、就是在浸潤劑中添加一定量的抗電劑。抗靜電劑分無機、有機兩大類。常選用的抗電劑為無機鹽類如LICL、NH4CL等。根據(jù)上述浸潤劑配方中各組份的選擇,通過拉絲、烘干、短切試驗,以及復(fù)合材料性能的測試,即可基本確定適合于不同TP用的浸潤劑配方。211長纖維增強PP(目前國內(nèi)大多采用此配方%)水溶性聚酯(SR1)0.51.5水溶性環(huán)氧(681)24偶聯(lián)劑(KH550ORKH570)0.40.6212短切原絲增強聚酰胺類(如6、1010等%)PA66、(1)聚氨酯乳液1.(如LICL)0.10.3偶聯(lián)劑0.40.6(2)聚氨酯乳液510%潤滑劑00.5%抗靜電劑00.3%0.6%KH5600.4213短切原絲增強PP、PET、PBT、PC(%)環(huán)氧乳液510聚氨酯乳液02潤滑劑0.10.5抗靜電劑00.3偶聯(lián)劑(KH550)0.40.62典型配方示例國外動態(tài)1996年美國復(fù)合材料工業(yè)緩步增長1996年是美國復(fù)合材料工業(yè)第5個持續(xù)增長年,其發(fā)貨量為3117億磅,比1995年增加116%。據(jù)塑料工業(yè)復(fù)合材料學(xué)會預(yù)測,1997年可能會以同樣較慢的速度增長。VetortexCertainTeed公司的計劃經(jīng)理CatherineGills認(rèn)為,工業(yè)運行狀況反映了目前美國經(jīng)濟緩慢而穩(wěn)定的增長。