專利名稱：一種玻璃纖維用添加無機(jī)納米顆粒的浸潤(rùn)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于浸潤(rùn)劑材料領(lǐng)域，特別涉及一種玻璃纖維用添加無機(jī)納米顆粒的浸潤(rùn)劑。
背景技術(shù)：
玻璃纖維因?yàn)槠淞己玫臋C(jī)械性能和物理性能被廣泛的用來生產(chǎn)復(fù)合材料，是應(yīng)用最廣泛的增強(qiáng)材料。對(duì)于一定的玻璃纖維和樹脂基體，界面是影響復(fù)合材料性能的主要因素。玻璃纖維表面光滑且呈現(xiàn)化學(xué)惰性、表面能低，作為樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)體時(shí)與樹脂間的結(jié)合不好，制備出的復(fù)合材料很難充分發(fā)揮出玻璃纖維纖維優(yōu)異的力學(xué)性能。復(fù)合材料的性能在很大程度上取決于纖維與基體樹脂的界面結(jié)合程度，纖維與基體樹脂的浸潤(rùn)性和界面粘接性是影響復(fù)合材料性能的最關(guān)鍵因素之一，這也是目前纖維領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。浸潤(rùn)劑中添加納米顆粒是從一個(gè)新的角度提高復(fù)合材料的性能。納米粒子有巨大的比表面積，會(huì)產(chǎn)生顯著的界面效應(yīng)，可以有效改善玻璃纖維表面惰性，改善復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)，從而提高纖維和樹脂之間的粘結(jié)強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種玻璃纖維用添加無機(jī)納米顆粒的浸潤(rùn)劑，本發(fā)明采用的配方簡(jiǎn)單、實(shí)用，適用于工業(yè)化生產(chǎn)；制備的浸潤(rùn)劑可以有效提高玻璃纖維和樹脂基體粘結(jié)強(qiáng)度，提聞復(fù)合材料性能；本發(fā)明的一種玻璃纖維用添加無機(jī)納米顆粒的浸潤(rùn)劑，按重量百分比，該浸潤(rùn)劑由以下組分組成:水性環(huán)氧樹脂1-10%，雙氰胺甲醛樹脂1_20%，水性聚氨酯1-20%，偶聯(lián)劑0.1-3%，陽離子表面活性劑0.1-5%，改性無機(jī)納米顆粒0.1-1%，去離子水41-96.7%。

所述水性環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，相對(duì)分子質(zhì)量為250 1000，平均粒徑為0.1 2.0 μ m0所述雙氰胺甲醛樹脂，密度為1.198g/cm3，粘度為500 560mPa.S。所述水性聚氨酯相對(duì)分子量為150 1500，平均粒徑為0.2 2.0 μ m。所述陽離子表面活性劑為胺鹽類表面活性劑、季銨鹽類表面活性劑、咪唑啉類表面活性劑中的一種。所述陽離子表面活性劑為胺鹽類表面活性劑。所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，型號(hào)為KH-550，KH-560, KH-792，A186中的一種。所述硅烷偶聯(lián)劑的型號(hào)為KH-550。所述無機(jī)納米顆粒需要提前經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性，硅烷偶聯(lián)劑用量所占納米顆粒質(zhì)量百分比為2% 10%。所述改性無機(jī)納米顆粒為改性的SiO2顆粒或ZrO2顆粒,粒徑為50 150nm。所述改性無機(jī)納米顆粒為改性的SiO2顆粒。本發(fā)明組分經(jīng)過物理攪拌，混合均勻后制得玻璃纖維浸潤(rùn)劑成品。
本發(fā)明的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑的制備方法，包括:按重量百分配比稱取水性環(huán)氧樹脂1-10%，添加到去離子水中，溫度保持50-70°C，機(jī)械攪拌0.5-2h，然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂1_20%、水性聚氨酯1_20%、陽離子表面活性劑0.1_5%、偶聯(lián)劑0.1-3%，各攪拌0.5-2h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性無機(jī)納米顆粒0.1_1%，最后加入去離子水，攪拌1.5-3h，即得浸潤(rùn)劑，其中去離子水總的重量百分比為41-96.7%。優(yōu)選:按重量百分配比稱取雙酚A型環(huán)氧樹脂3.5%，添加到已加入50%去離子水的容器內(nèi)，溫度保持60°C，機(jī)械攪拌lh。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑，各攪拌0.5h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性SiO2顆粒0.1-1% (SiO2經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性)，去離子水余量，攪拌2.5h，即得浸潤(rùn)劑。
_9] 有益.效果(I)本發(fā)明采用的配方簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值；(2)本發(fā)明制備的浸潤(rùn)劑可以提高玻璃纖維和樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度，在復(fù)合材料界面上起到機(jī)械咬合作用；(3)本發(fā)明浸潤(rùn)劑中添加了改性的無機(jī)納米顆粒，涂覆該浸潤(rùn)劑的玻璃纖維強(qiáng)度可達(dá)0.61N/TEX以上，并且添加納米顆粒后，可以改善其復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)，提高復(fù)合材料強(qiáng)度。


圖1為涂覆了添加0.3%Si02浸潤(rùn)劑的玻璃纖維的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1按重量百分配比稱取3.5%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，添加到已加入重量百分比為50%的去離子水的容器內(nèi)，溫度保持60°C，機(jī)械攪拌lh。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH-550) 0.5%，各攪拌0.5h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性SiO2顆粒0.1% (SiO2經(jīng)過0.5%KH-792改性)，最后加入重量百分比為37.1%的去離子水，攪拌2.5h，即得浸潤(rùn)劑。使用該浸潤(rùn)劑處理后的玻璃纖維強(qiáng)度Ν/TEX為0.61。圖1為浸潤(rùn)劑處理后玻璃纖維表面掃描電鏡照片。實(shí)施例2按重量百分配比稱取3.5%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，添加到已加入重量百分比為50%的去離子水的容器內(nèi)，溫度保持60°C，機(jī)械攪拌 lh。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH-550) 0.5%，各攪拌0.5h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性SiO2顆粒0.3% (SiO2經(jīng)過0.5%KH-792改性)，最后加入重量百分比為36.9%的去離子水，攪拌2.5h，即得浸潤(rùn)劑。強(qiáng)使用該浸潤(rùn)劑處理后的玻璃纖維度Ν/TEX為0.65。實(shí)施例3按重量百分配比稱取3.5%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，添加到已加入重量百分比為50%的去離子水的容器內(nèi)，溫度保持50°C，機(jī)械攪拌2h。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH-550) 0.5%，各攪拌2h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性SiO2顆粒0.5% (SiO2經(jīng)過
0.5%KH-792改性)，最后加入重量百分比為36.7%的去離子水，攪拌3h，即得浸潤(rùn)劑。使用該浸潤(rùn)劑處理后的玻璃纖維強(qiáng)度Ν/TEX為0.68。實(shí)施例4按重量百分配比稱取3.5%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，添加到已加入重量百分比為50%的去離子水的容器內(nèi)，溫度保持70°C，機(jī)械攪拌0.5h。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH-550)0.5%，各攪拌lh，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性SiO2顆粒0.7% (SiO2經(jīng)過
0.5%KH-792改性)，最后加入重量百分比為36.5%的去離子水，攪拌1.5h，即得浸潤(rùn)劑。使用該浸潤(rùn)劑處理后的玻璃纖維強(qiáng)度Ν/TEX為0.68。實(shí)施例5按重量百分配比稱取3.5%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，添加到已加入重量百分比為50%的去離子水的容器內(nèi)，溫度保持60°C，機(jī)械攪拌lh。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離`子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH-550) 0.5%，各攪拌
0.5h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，然后加入改性ZrO2顆粒0.4% (ZrO2經(jīng)過0.5%KH-792改性)，最后加入重量百分比為36.8%的去離子水，攪拌2.5h，即得浸潤(rùn)劑。使用該浸潤(rùn)劑處理后的玻璃纖維強(qiáng)度Ν/TEX為0.66。對(duì)比實(shí)施例1按重量百分配比稱取3.5%的雙酚A型環(huán)氧樹脂，添加到已加入重量百分比為50%的去離子水的容器內(nèi)，溫度保持60°C，機(jī)械攪拌lh。然后按重量百分比依次加入雙氰胺甲醛樹脂5%、水性聚氨酯3.5%、陽離子表面活性劑0.3%、硅烷偶聯(lián)劑(KH-550) 0.5%，各攪拌
0.5h，其中陽離子表面活性劑事先用去離子水稀釋，最后加入重量百分比為37.2%的去離子水，攪拌2.5h，即得浸潤(rùn)劑。使用該浸潤(rùn)劑處理后的玻璃纖維強(qiáng)度Ν/TEX為0.55。
權(quán)利要求
1.一種玻璃纖維用添加無機(jī)納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:按重量百分比，該浸潤(rùn)劑由以下組分組成:水性環(huán)氧樹脂1-10%，雙氰胺甲醛樹脂1_20%，水性聚氨酯1-20%，偶聯(lián)劑0.1-3%，陽離子表面活性劑0.1-5%，改性無機(jī)納米顆粒0.1-1%，去離子水41-96.7%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述水性環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂，相對(duì)分子質(zhì)量為250 1000，平均粒徑為0.1 2.0 μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述雙氰胺甲醛樹脂，密度為1.198g/cm3，粘度為500 560mPa.s，水性聚氨酯相對(duì)分子量為150 1500，平均粒徑為0.2 2.0 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述陽離子表面活性劑為胺鹽類表面活性劑、季銨鹽類表面活性劑、咪唑啉類表面活性劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述陽離子表面活性劑為胺鹽類表面活性劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑，型號(hào)為KH-550，KH-560, KH-792，A186中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述硅烷偶聯(lián)劑的型號(hào)為KH-550。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述無機(jī)納米顆粒需要提前經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑改性，硅烷偶聯(lián)劑用量所占納米顆粒質(zhì)量百分比為 2% 10% ο
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述改性無機(jī)納米顆粒為改性的SiO2顆?；騔rO2顆粒，粒徑為50 150nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種玻璃纖維用添加納米顆粒的浸潤(rùn)劑，其特征在于:所述改性無機(jī)納米顆粒為改性的SiO2顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玻璃纖維用添加無機(jī)納米顆粒的浸潤(rùn)劑，按重量百分比該浸潤(rùn)劑由以下組分組成雙氰胺甲醛樹脂1%-10%，水性環(huán)氧樹脂1%-20%，水性聚氨酯1%-20%，陽離子表面活性劑0.1%-5%，偶聯(lián)劑0.1%-5%，改性納米顆粒0.1%-1%，去離子水41%-96.7%。本發(fā)明浸潤(rùn)劑中添加了改性的無機(jī)納米顆粒，涂覆該浸潤(rùn)劑的玻璃纖維強(qiáng)度可達(dá)0.61N/TEX以上，并且添加納米顆粒后，可以改善其復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)，提高復(fù)合材料強(qiáng)度。本發(fā)明方法采用的配方簡(jiǎn)單、實(shí)用，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C03C25/40GK103121800SQ20131007211
公開日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者李耀剛, 吳欣, 王宏志, 汪慶衛(wèi), 張青紅 申請(qǐng)人:東華大學(xué)