增强型浸润剂的主要原料特性及其应用
增强型浸润剂一般是由成膜剂、偶联剂、润滑剂及抗静电剂为主要原料配制而成的。根据配方需要,有时还加入增塑剂、交联剂、PH调节剂等其它组分,现将这些主要组分分述如下。
(一)成膜剂
成膜剂在浸润剂中重量百分比可高达20%。一般是将两种以上成膜剂混合使用以满足浸润剂的性能要求。成膜剂对玻璃纤维制品的外观、性能起着决定性的作用。
1、成膜剂的作用
成膜剂的主要作用是将玻璃纤维单丝聚集在一起成为原丝。成膜剂的类型及用量可决定原丝的集束性。成膜剂必须具有极好的粘结能力,以保护玻璃纤维和原丝免遭断裂和机械磨损,满足后续工序加工要求及复合材料工艺及性能的要求。
浸润剂中成膜剂的类型和用量将涉及纤维切断的难易、原丝集束性、原丝的硬挺度、膜的溶解度和原丝的强度。所以正确选用成膜剂,使成膜剂产生佳效果是很重要的。
2、成膜剂的技术性能
玻璃纤维工业中,只有极少数场合才采用有机溶剂型浸润剂拉丝,一般均以水为溶剂,水溶性或水分散性的乳状液拉丝。
对于自乳化型树脂乳液仅含有均一化学结构的改性树脂,而对于非自乳化型的树脂乳液,则可能含有表面活性剂、保护胶体、稳定剂和有机溶剂。这些乳化添加剂可能会影响成膜剂的总体性能。
成膜剂的性能取决于它的分子量和分子结构。为了满足不同的加工过程和各种复合材料制品的要求,必须选择合适的成膜剂。膜的硬度和原丝的硬挺性必须与适度的增塑性之间达成平衡,以使玻璃纤维的性能达到佳。原丝的集束程度和膜的溶解度必须满足FRP复合材料制造过程和制品的要求。
成膜剂和复合材料中的液体树脂的相溶性将影响产品外观、透明度和机械性能。根据FRP复合材料制品的要求,成膜剂在液体树脂中可以是不溶性的,渗透性的,直至完全溶解性的。
用于BMC、SMC的玻纤成膜剂通常不溶于液体树脂内,对于喷射用无捻粗纱,成膜剂常常可以渗入液体的树脂体系中,而缠绕、拉挤浸润剂成膜剂一般是完全溶于液体树脂中。根据成膜剂类型不同,有些可以在纤维表面形成连续涂层,而有些形成不连续涂层,通常水溶性成膜剂,在玻璃纤维表面能产生连续涂层,而聚乙酸乙烯酯成膜剂形成离散不连续的涂层。不同类型的成膜剂有些可渗入原丝内部在单丝之间,而有些只是涂在原丝的外部。
成膜剂乳液粒度越大,成膜剂树脂的玻璃化温度越高,乳液越难渗入原丝内部,同时形成的膜离散性越大。相反乳液粒度小,成膜剂树脂玻璃化温度低,甚至在常温下就是粘稠状液体,则涂层的连续性越高,也易渗入原丝内部。
许多高性能的成膜剂是反应型的(或称交联型的)。通过外催化剂产生交联或自身交联获得反应活性。该成膜剂膜的强度非常高,原丝的硬挺度很大,在FRP基材液体树脂中,溶解度很低。如前所述,浸润剂稳定性、耐高速剪切力性能不好,会引起涂油器石墨辊和浸润剂输送系统沉淀结板,而成膜剂的稳定性是影响浸润剂稳定性的主要因素。
乳液型的成膜剂还必须具有良好的热稳定性,在拉丝漏板高温烘烤下,在烘干中及复合材料制品加工过程中,都需具有热稳定性。
许多复合材料都要求浸润剂在短期和长期不老化和不变色。例如,增强PA(尼龙)短切纱要求在270℃高温造粒及注射成型时不变色、不泛黄,这对成膜剂的热稳定性提出了很高的要求。
3、成膜剂的化学类型及应用范围
常见玻璃纤维成膜剂是聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯与其它单体的共聚物、聚酯树脂、环氧树脂、聚丙烯酸酯和聚氨酯类。
聚乙酸乙烯酯均聚物的特点是价格相对较低,而且它粘结性能较好、集束性优良且易于切割。聚乙酸乙烯酯乳液可以是非反应性的、预交联型的或自交联型的。聚乙酸乙烯酯在苯乙烯中的溶解度及膜的刚性与其类型和化学性能有关。聚乙酸乙烯酯对液体树脂的润湿性及其复合材料的透明度通常并不优越。
乙酸乙烯共聚物是乙酸乙烯酯和其它单体如乙烯、环氧、或含有机官能团的硅烷的混合物共聚以后的产物,与聚乙酸乙烯酯均聚物相比,共聚物可以改善成膜剂的性能。
聚酯树脂类成膜剂可以是饱和和不饱和的,可形成乳液或水溶液。聚酯类成膜剂可以是反应型或交联型的,生成不溶解的坚硬膜。
聚酯树脂类成膜剂与环氧基复合材料不完全相溶,但与聚酯基复合材料的相溶性和润湿性极好。
环氧类成膜剂有水溶性和乳液型二种,其性能与其分子量和乳液添加剂有关。通常环氧类成膜剂可使浸润剂体系柔软性和增塑性较好。
改性环氧成膜剂是环氧+双酚$和其它反应物的缩合物,在水中易于乳化和分散。它可使浸润剂体系较为柔软和增塑性较好。它在环氧树脂和聚酯树脂基复合材料中具有极好的润湿性和相溶性,并且可提高原丝集束性。
聚丙烯酸酯类成膜剂硬度较高、易脆化。它在氨基甲酸酯基复合材料中呈现较好的相溶氨基甲酸酯分散液或乳液类成膜剂是脂肪族和芳香族预聚物,经扩链后制成的高分子乳液,一般称为聚氨酯乳液。阴离子型聚氨酯乳液限制了它在浸润剂中的应用,因为与浸润剂中的阳离子类组分引起了沉淀。非离子型聚氨酯乳液性能稳定,与浸润剂匹配性好,膜坚韧富有弹性,可广泛应用于各种浸润剂配方中。
(一)成膜剂
成膜剂在浸润剂中重量百分比可高达20%。一般是将两种以上成膜剂混合使用以满足浸润剂的性能要求。成膜剂对玻璃纤维制品的外观、性能起着决定性的作用。
1、成膜剂的作用
成膜剂的主要作用是将玻璃纤维单丝聚集在一起成为原丝。成膜剂的类型及用量可决定原丝的集束性。成膜剂必须具有极好的粘结能力,以保护玻璃纤维和原丝免遭断裂和机械磨损,满足后续工序加工要求及复合材料工艺及性能的要求。
浸润剂中成膜剂的类型和用量将涉及纤维切断的难易、原丝集束性、原丝的硬挺度、膜的溶解度和原丝的强度。所以正确选用成膜剂,使成膜剂产生佳效果是很重要的。
2、成膜剂的技术性能
玻璃纤维工业中,只有极少数场合才采用有机溶剂型浸润剂拉丝,一般均以水为溶剂,水溶性或水分散性的乳状液拉丝。
对于自乳化型树脂乳液仅含有均一化学结构的改性树脂,而对于非自乳化型的树脂乳液,则可能含有表面活性剂、保护胶体、稳定剂和有机溶剂。这些乳化添加剂可能会影响成膜剂的总体性能。
成膜剂的性能取决于它的分子量和分子结构。为了满足不同的加工过程和各种复合材料制品的要求,必须选择合适的成膜剂。膜的硬度和原丝的硬挺性必须与适度的增塑性之间达成平衡,以使玻璃纤维的性能达到佳。原丝的集束程度和膜的溶解度必须满足FRP复合材料制造过程和制品的要求。
成膜剂和复合材料中的液体树脂的相溶性将影响产品外观、透明度和机械性能。根据FRP复合材料制品的要求,成膜剂在液体树脂中可以是不溶性的,渗透性的,直至完全溶解性的。
用于BMC、SMC的玻纤成膜剂通常不溶于液体树脂内,对于喷射用无捻粗纱,成膜剂常常可以渗入液体的树脂体系中,而缠绕、拉挤浸润剂成膜剂一般是完全溶于液体树脂中。根据成膜剂类型不同,有些可以在纤维表面形成连续涂层,而有些形成不连续涂层,通常水溶性成膜剂,在玻璃纤维表面能产生连续涂层,而聚乙酸乙烯酯成膜剂形成离散不连续的涂层。不同类型的成膜剂有些可渗入原丝内部在单丝之间,而有些只是涂在原丝的外部。
成膜剂乳液粒度越大,成膜剂树脂的玻璃化温度越高,乳液越难渗入原丝内部,同时形成的膜离散性越大。相反乳液粒度小,成膜剂树脂玻璃化温度低,甚至在常温下就是粘稠状液体,则涂层的连续性越高,也易渗入原丝内部。
许多高性能的成膜剂是反应型的(或称交联型的)。通过外催化剂产生交联或自身交联获得反应活性。该成膜剂膜的强度非常高,原丝的硬挺度很大,在FRP基材液体树脂中,溶解度很低。如前所述,浸润剂稳定性、耐高速剪切力性能不好,会引起涂油器石墨辊和浸润剂输送系统沉淀结板,而成膜剂的稳定性是影响浸润剂稳定性的主要因素。
乳液型的成膜剂还必须具有良好的热稳定性,在拉丝漏板高温烘烤下,在烘干中及复合材料制品加工过程中,都需具有热稳定性。
许多复合材料都要求浸润剂在短期和长期不老化和不变色。例如,增强PA(尼龙)短切纱要求在270℃高温造粒及注射成型时不变色、不泛黄,这对成膜剂的热稳定性提出了很高的要求。
3、成膜剂的化学类型及应用范围
常见玻璃纤维成膜剂是聚乙酸乙烯酯、乙酸乙烯酯与其它单体的共聚物、聚酯树脂、环氧树脂、聚丙烯酸酯和聚氨酯类。
聚乙酸乙烯酯均聚物的特点是价格相对较低,而且它粘结性能较好、集束性优良且易于切割。聚乙酸乙烯酯乳液可以是非反应性的、预交联型的或自交联型的。聚乙酸乙烯酯在苯乙烯中的溶解度及膜的刚性与其类型和化学性能有关。聚乙酸乙烯酯对液体树脂的润湿性及其复合材料的透明度通常并不优越。
乙酸乙烯共聚物是乙酸乙烯酯和其它单体如乙烯、环氧、或含有机官能团的硅烷的混合物共聚以后的产物,与聚乙酸乙烯酯均聚物相比,共聚物可以改善成膜剂的性能。
聚酯树脂类成膜剂可以是饱和和不饱和的,可形成乳液或水溶液。聚酯类成膜剂可以是反应型或交联型的,生成不溶解的坚硬膜。
聚酯树脂类成膜剂与环氧基复合材料不完全相溶,但与聚酯基复合材料的相溶性和润湿性极好。
环氧类成膜剂有水溶性和乳液型二种,其性能与其分子量和乳液添加剂有关。通常环氧类成膜剂可使浸润剂体系柔软性和增塑性较好。
改性环氧成膜剂是环氧+双酚$和其它反应物的缩合物,在水中易于乳化和分散。它可使浸润剂体系较为柔软和增塑性较好。它在环氧树脂和聚酯树脂基复合材料中具有极好的润湿性和相溶性,并且可提高原丝集束性。
聚丙烯酸酯类成膜剂硬度较高、易脆化。它在氨基甲酸酯基复合材料中呈现较好的相溶氨基甲酸酯分散液或乳液类成膜剂是脂肪族和芳香族预聚物,经扩链后制成的高分子乳液,一般称为聚氨酯乳液。阴离子型聚氨酯乳液限制了它在浸润剂中的应用,因为与浸润剂中的阳离子类组分引起了沉淀。非离子型聚氨酯乳液性能稳定,与浸润剂匹配性好,膜坚韧富有弹性,可广泛应用于各种浸润剂配方中。








































