增強(qiáng)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(yàn)研究增強(qiáng)熱塑性塑料用玻璃纖維浸潤劑南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)熱塑性塑料(以下簡稱FRTP)產(chǎn)量直線上升、電子、機(jī)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(duì)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(duì)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(duì)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)聚丙烯效果明顯,彎曲強(qiáng)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(jì)增強(qiáng)型浸潤劑,大致包括四個(gè)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(xiàng)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(shí)生成的活化基團(tuán)與聚烯烴中的任何一個(gè)CH鍵起反應(yīng),從而實(shí)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(qiáng)聚丙烯相比抗彎強(qiáng)度提高30%,抗張強(qiáng)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(huì)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(duì)FRTP而言必須根據(jù)不同的增強(qiáng)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(qiáng)度高耐磨,能很,對(duì)增強(qiáng)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(qiáng)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(yàn)基地經(jīng)過多年的試驗(yàn)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(duì)多數(shù)熱塑性而言,都會(huì)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(dòng)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)對(duì)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(qiáng)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(jī)、有機(jī)兩大類。常選用的抗電劑為無機(jī)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(yàn),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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(dòng)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(gè)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(huì)預(yù)測,1997年可能會(huì)以同樣較慢的速度增長。VetortexCertainTeed公司的計(jì)劃經(jīng)理CatherineGills認(rèn)為,工業(yè)運(yùn)行狀況反映了目前美國經(jīng)濟(jì)緩慢而穩(wěn)定的增長。