手糊成型玻纖制品的性能及浸潤劑的應(yīng)用

手糊成型玻纖制品的性能及浸潤劑的應(yīng)用

纖絲產(chǎn)品的質(zhì)量隨著我國鋼鐵工業(yè)技術(shù)水平的提高，對(duì)提高材料纖制制品的質(zhì)量提出了更高的要求。本文針對(duì)各種不同成型工藝的玻璃鋼制品,對(duì)玻璃纖維制品的性能要求,綜述了玻璃纖維浸潤劑技術(shù)的應(yīng)用。1其他抗靜電劑在諸多成型工藝中,手糊成型工藝是我國最早使用,也是目前應(yīng)用最廣泛的成型工藝方法,其產(chǎn)量占我國玻璃鋼總產(chǎn)量的50%以上。玻璃鋼手糊成型工藝使用的玻纖制品主要有以下幾類:(1)無捻粗紗方格布,厚度0.1～0.8mm;(2)加捻細(xì)紗薄布,厚度0.04～0.6mm;(3)短切氈,標(biāo)重200～900g/m2,幅寬1.27～4.5m,短切氈浸漬樹脂快,量大,無毛細(xì)現(xiàn)象,脫泡快,制品耐腐,耐老化;(4)表面氈,標(biāo)重50～90g/m2;(5)縫編氈織物,包括縫編短切氈,縫編無捻粗紗布,縫編復(fù)合氈。手糊成型玻璃鋼制品的典型結(jié)構(gòu)如下:中間為多層方格布或方格布與縫編氈組合,兩邊為短切氈,最外層為表面氈,對(duì)上述玻纖制品最主要的技術(shù)指標(biāo)為在樹脂中的良好的浸透能力,易排除氣泡,貼模性好。而這些指標(biāo)都直接與浸潤劑技術(shù)水平相關(guān)。對(duì)于方格布及縫編無捻粗紗布用紗,厚層方格布一般采用直接無捻粗紗,由2000孔漏板控制0.2～0.4mm薄層方格布用合股紗織造,其浸潤劑配方與纏繞紗浸潤劑大致相同,但為了使紗線具有更好的織造性能,配方中潤滑劑及柔軟劑用量比一般纏繞紗用浸潤劑略多一些。一個(gè)典型的方格布浸潤劑配方如下:組分名稱用量/%環(huán)氧乳液(或聚酯乳液)4～9水溶性環(huán)氧0.4～1.5潤滑劑A0.05～0.5潤滑劑B0.03～0.1潤滑劑C0.～0.3抗靜電劑0.05～0.2偶聯(lián)劑A-1740.2～0.5冰醋酸0.03～0.1去離子水余量直接紗紗團(tuán)經(jīng)125℃,20h烘干后,箭桿織機(jī)織造。環(huán)氧或聚酯乳液成膜劑,賦予玻纖以良好的浸透性,制成玻璃鋼制品清澈、透明,無白絲,界面結(jié)合力強(qiáng),耐老化、耐候性好。特別要指出的是,目前國內(nèi)許多玻纖廠仍用石蠟711浸潤劑生產(chǎn)方格布用紗。個(gè)別企業(yè)甚至混用配方,以期提高單絲強(qiáng)力及原紗浸透性。711浸潤劑配方如下:組分名稱用量/%固色劑3.5SR-1水溶性聚酯(或SR-2)3.5余量自來水此配方中固色劑為雙氰胺與甲醛縮聚物,此原料與不飽和聚酯樹脂溶解度參數(shù)δ相差甚大,完全不相溶,雖然浸漬樹脂后無白絲顯露,但這是由于固色劑膜本身為透明的緣故。雙氰胺-甲醛縮聚物水溶性極強(qiáng),用711浸潤劑拉絲細(xì)紗支撐玻璃鋼制品后,水分極易沿著玻纖與樹脂的界面浸入,造成制品耐水煮性差,水煮1～2h后,樣品白化、膨松、分層,加上SR-1、SR-2水溶性聚酯樹脂合成中使用的主要原材料(占60%以上)為完全水溶的聚氧乙烯化合物,更加劇了玻璃鋼制品耐水煮性能下降,用此浸潤劑制造的方格布,糊制成玻璃鋼制品后,使用時(shí)間一長后,表面白化,玻纖外露,層間分離,強(qiáng)度急劇下降,國家質(zhì)檢部門所以已將此類產(chǎn)品定為不合格產(chǎn)品,應(yīng)盡快停止生產(chǎn),予以淘汰。也有些廠家使用了811浸潤劑,811浸潤劑取消了固色劑成分,使用了環(huán)氧樹脂改性的水溶性聚酯樹脂,有時(shí)還添加了偶聯(lián)劑,性能符合標(biāo)準(zhǔn)。其配方如下:組分名稱用量/%環(huán)氧改性水溶性聚酯4～8A-174(KH-570)0.2～0.5自來水余量使用811浸潤劑的玻纖方格布性能雖然較711浸潤劑有了一定的提高,但與國內(nèi)外現(xiàn)有的先進(jìn)浸潤劑相比,仍有一定差距,表現(xiàn)在涂油不均、單絲強(qiáng)力不夠高、毛絲較多,隨著先進(jìn)的池窯生產(chǎn)線不斷建立及高質(zhì)量浸潤劑的使用,我國的方格布質(zhì)量將不斷提高。在應(yīng)用手糊成型工藝制造玻璃鋼制品生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會(huì)遇到驅(qū)除氣泡困難的難題,制品中夾雜了大量氣泡,不但影響外觀,而且回嚴(yán)重影響制品的強(qiáng)度及耐候性,而方格布的脫泡能力也是與浸潤劑的浸透性能相關(guān)的。方格布織物存在著許多大小不一的毛細(xì)管狀空隙,當(dāng)樹脂與方格布接觸時(shí),潤濕相(樹脂)的浸潤速度(wetthrough),即潤濕相自發(fā)地置換非潤濕相(在此時(shí)為空氣)的浸潤速度應(yīng)大于樹脂自由浸潤速度。這就意味著樹脂對(duì)單位長度玻纖的粘結(jié)力應(yīng)大于由毛細(xì)管壓力引起的毛細(xì)管力。如此時(shí)樹脂就會(huì)順利地通過方格布單纖之間的毛細(xì)管,而不至于有大量氣泡封在毛細(xì)管中。這就要求浸潤劑膜溶解快,對(duì)基體樹脂相容性好或粘結(jié)力強(qiáng)。而在相反的情況下,由于浸透(wetout)慢,潤濕相浸潤速度過低,毛細(xì)管壓力大于兩相之間的粘結(jié)力,則空氣會(huì)封在毛細(xì)管內(nèi)形成點(diǎn)狀、長形、甚至于蛇形的氣泡,而且很難排除。近年來國外對(duì)氣泡的形成機(jī)理進(jìn)行了深入的研究,包括纖維的表面能、纖維浸透機(jī)理及樹脂擴(kuò)散機(jī)理,并在實(shí)踐中得到很好的應(yīng)用。對(duì)高質(zhì)量方格布而言,要求外觀顯扁平席狀,各股紗適當(dāng)散開,不要成圓棍狀,經(jīng)緯紗之間交織緊密,無空隙,整個(gè)布面經(jīng)緯紗單纖分布均勻,這樣從宏觀上減少了氣泡的一個(gè)因素,為此浸潤劑要賦予玻纖單絲之間適當(dāng)?shù)募?既要保證股紗在織造時(shí)保持纖維的完整性,不起毛,同樣在織成方格布后要適當(dāng)?shù)纳㈤_呈扁平的席狀。這就要求浸潤劑固含量不能太高,一般控制在3.5%～5.5%之間,同時(shí)要選擇浸潤劑成膜劑成膜為強(qiáng)度不高的粘性膜,分子量不易過大,避免粘結(jié)集束力太強(qiáng)。(當(dāng)然成膜劑分子量小也有利于浸透)對(duì)紗線的含水率控制要低,原絲筒最好烘干,使含水率小于0.2%(中堿紗)。含水率過高的紗經(jīng)織造后影響股紗的浸透,而且還造成經(jīng)緯紗之間較大的空隙,總之方格布、縫編織物等手糊玻璃鋼基材要求纖維定向,密度高,這樣有利于樹脂浸透,減少氣泡,同時(shí)可減少樹脂用量,提高制品強(qiáng)度,同時(shí)也能節(jié)約成本。2無捻粗紗的質(zhì)量控制拉擠和纏繞工藝的要求與織造工藝有很多相似性,這種相似性決定了它們均使用軟質(zhì)浸潤劑,即浸潤劑成膜劑為不干的粘結(jié)膜,英國標(biāo)準(zhǔn)在分類時(shí)都把它們列為W類。實(shí)際上有些產(chǎn)品確實(shí)在這三類應(yīng)用中通用。歐文思科寧、PPG及Vetrofex等三大玻纖公司許多產(chǎn)品都是纏繞與拉擠通用。在纖維直徑選擇上,為降低成本也都可使用直徑相對(duì)較粗的纖維。美國早期的研究表明在一定范圍內(nèi),纖維的單位面積強(qiáng)度隨著直徑增大下降很小。所以池窯生產(chǎn)線上,生產(chǎn)單絲直徑17～24μm的直接紗,國內(nèi)合股纏繞紗單絲直徑有的高達(dá)16μm,在纏繞和拉擠玻璃鋼制品中,選用相對(duì)較粗的纖維可提高玻璃鋼制品截面上玻纖單位面積,從而提高玻纖在玻璃鋼制品中的比例,而玻纖紗是纏繞制品和拉擠制品的主要承載材料,從而提高了制品的強(qiáng)度。纏繞成型工藝對(duì)纏繞紗技術(shù)要求如下:(1)、紗線耐磨性好,不起毛、不斷頭;這要求浸潤劑中要使用高效的潤滑劑,如咪唑啉類、雙碳鏈(18C)、季胺鹽、長碳鏈酰胺等。同時(shí)浸潤劑對(duì)纖維保護(hù)好,對(duì)無堿纏繞紗或拉擠紗,抗拉強(qiáng)度最好要達(dá)到0.35N/tex以上(國際標(biāo)準(zhǔn)為0.25N/tex),無捻粗紗的強(qiáng)度下降主要是由于散絲、毛絲及單纖間張力不均勻造成。玻纖紗要能被樹脂完全浸透,浸透時(shí)間小于40秒,浸透后無白絲,氣泡少,對(duì)此類紗另一個(gè)質(zhì)量控制指標(biāo)是成帶性好和懸垂性好(張力均勻)。懸垂性主要用于反映無捻粗紗中原絲張力均勻性與長度的一致性,懸垂性好的無捻粗紗織成方格布布面平整,毛絲少。用于纏繞、拉擠,則紗線負(fù)荷均勻,外觀平整,而懸垂性差的無捻粗紗,在復(fù)合材料加工過程中,長度短的股紗首先受力,極易拉毛,甚至拉斷,而長度較長的股紗則易在導(dǎo)紗孔、模具口處堆積拉斷,如在方格布織造時(shí)在箭桿導(dǎo)孔處或拉擠紗模具口,減少合股數(shù)是提高懸垂性的一個(gè)有效方法。所以800孔拉絲的股紗懸垂性要好于400孔及200孔拉絲的股紗。在原絲筒退解時(shí),每股紗最好設(shè)張力控制,使張力盡可能均勻。在浸潤劑技術(shù)方面,提高無捻粗紗的懸垂性可采取以下措施:無捻粗紗在浸漬樹脂前要保持暫時(shí)的抱和性,合股紗股紗之間不應(yīng)散開,這樣可提高纏繞紗及拉擠紗的作業(yè)加工性能。浸潤劑配方中添加水溶性環(huán)氧,其作用是提高浸潤劑的粘結(jié)力,以提高粗紗的成帶性。浸潤劑膜爽滑,靜電少,使退紗時(shí)單股紗通過導(dǎo)紗勾及張力輥時(shí)阻力小,張力均勻,懸垂性好,這樣的纏繞紗,制品表面平整,凹凸度不大于制品厚度的20%。拉擠紗張力不勻、松弛、圈結(jié)、毛絲、斷紗,會(huì)造成模具進(jìn)料口堵孔,玻纖紗拉斷或大量毛絲堆積,必須停車清理,使作業(yè)無法正常進(jìn)行。雖然纏繞紗和拉擠紗屬軟質(zhì)紗,但粗紗柔軟性不宜過頭,否則紗團(tuán)易變形,而且紗團(tuán)使用至末端時(shí),紗團(tuán)很薄時(shí)易塌陷,不能實(shí)現(xiàn)紗團(tuán)之間連續(xù)引紗。如發(fā)生此情況要提高浸潤劑成膜劑的硬度,即提高其分子量,同時(shí)適當(dāng)減少潤滑劑用量。拉擠制品也往往使用膨體紗,連續(xù)原絲氈或縫編氈,以提高制品橫向強(qiáng)度及表面質(zhì)量,膨體紗對(duì)浸潤劑有特殊要求,經(jīng)膨化機(jī)后膨化容易,單絲易散開,同時(shí)單絲又不能斷裂,應(yīng)成圈狀,盡量減少強(qiáng)度的損失,此類浸潤劑一般采用增強(qiáng)紡織型浸潤劑,原紗、單絲間粘結(jié)力適中,易于膨化變形,同時(shí)要對(duì)紗線保護(hù)潤滑性好,保護(hù)單絲的完整性浸透快、表面質(zhì)量好。下面列舉二個(gè)纏繞紗及拉擠紗典型的配方:纏繞紗浸潤劑配方:組分名稱用量/%環(huán)氧乳液(或聚酯乳液)5～9水溶性環(huán)氧0.3～1.5陽離子胺類潤滑劑0.03～0.12非離子潤滑劑0.2～0.5A-174(KH-570)0.3～0.65冰醋酸0.05～0.2去離子水余量拉擠紗浸潤劑配方:組分名稱用量/%聚酯乳液3～6水溶性聚酯0.5～2水溶性環(huán)氧0.3～1.5陽離子胺類潤滑劑0.03～0.12脂肪酰胺潤滑劑0.05～0.2有機(jī)抗靜電劑0.03～0.1KH-5700.02～0.2去離子水余量在纏繞管道壁上出現(xiàn)白絲及拉擠棒材彎曲時(shí)易劈裂,均是浸潤劑在樹脂中結(jié)合不良造成的。國外大公司為此花費(fèi)很大精力致力于提高浸潤劑成膜劑的質(zhì)量,如抽油桿專用拉擠紗,國內(nèi)紗不能滿足其抗疲勞要求,還需進(jìn)口。特別要指出的是,纏繞制品上有少量一段段的很明顯的白絲,往往并不是由于浸潤劑整體質(zhì)量不佳引起的,而是由于浸潤遷移造成的,即原絲筒和直接無捻粗紗團(tuán)在表面水分先蒸發(fā)干燥,造成水分分布的梯度,內(nèi)層浸潤劑在毛細(xì)管力的作用下向外層遷移,完全干燥后造成表面層浸潤劑含量過高,往往比中層、內(nèi)層高1—2倍,而含油量過高的原絲,整體樹脂往往不能將其浸潤劑膜完全溶解,從而造成局部的白絲。對(duì)直接紗紗團(tuán)外層要充分剝離,合股紗退紗時(shí)外殼也要充分廢棄不用,以保證無捻粗紗每一股紗、每一段紗含油率在0.5%左右。原絲微波烘干工藝可避免遷移,常規(guī)烘干過程中,要避免升溫過快,盡量保持原絲筒內(nèi)外溫度一致。水分應(yīng)以蒸氣的形態(tài)向外擴(kuò)散,而不應(yīng)該以液態(tài)水形態(tài)沿毛細(xì)管向外擴(kuò)散。這樣,也可有效地降低遷移的發(fā)生。在浸潤劑技術(shù)上,降