[发明专利]高性能玻璃纤维用胶料和包含它们的复合材料

说明书

技术领域

本发明主要涉及玻璃纤维用胶料(size)组合物，和更特别地涉及用于对玻璃纤维上胶的含有环氧乳液和氨基甲酸酯的胶料组合物。上胶的纤维尤其可用在纤维上，该纤维将经受后续加工步骤，例如针织或编织。上胶的纤维尤其适用于重量减轻的复合材料中。还提供由用胶料组合物上胶的纤维形成的复合制品，包括风轮机(windturbine)叶片和机舱、飞机内部和外部部件、车辆和基础设施铠板、传输电缆、汽车部件、高压釜例如CNG/LNG釜、高压管道、油平台结构体、电子器件、陶瓷制品和耐热和过滤基材。

背景技术

玻璃纤维可用在各种技术中。例如，玻璃纤维常用作聚合物母体中的增强材料以形成玻璃纤维增强塑料或复合材料，因为它们提供尺寸稳定性，原因在于它们不会随大气条件的变化而收缩或拉伸。此外，玻璃纤维具有高拉伸强度、耐热性、耐湿性和低导热性。

通常，通过拉细来自口模或孔板的熔融玻璃材料流，形成玻璃纤维。可以通过将聚集的长丝收集成包装品的卷绕机或通过在收集和切短纤维之前牵拉纤维的滚筒来拉细熔融玻璃。水性胶料组合物通常在纤维从口模中拉出后施加到纤维上。一旦纤维用胶料组合物处理，它们可以以包装品形式干燥或以短切纤维形式干燥。干燥纤维使液体介质蒸发并且使胶料作为轻微涂布玻璃纤维表面的残留物沉积。

传统胶料组合物通常含有一种或多种成膜聚合物组分或树脂组分、玻璃-树脂偶联剂、和一种或多种溶解或分散在液体介质中的润滑剂。合意地选择胶料组合物的成膜组分以与要将玻璃纤维包埋的一种或多种母体树脂相容。已经使用环氧树脂和聚氨酯作为胶料组合物中的成膜组分。在纤维要用于增强制品时，通常使用环氧树脂。通过用固化性树脂组合物浸渍连续的复丝玻璃纤维束，将环氧成膜剂用于许多树脂体系用的各种增强体系的胶料组合物中。

最近，Owens Corning(Toledo，Ohio，USA)已经开发出由于相对低的纤维化温度而可以在耐火材料衬里的炉中使用低成本、直接熔融廉价地形成玻璃纤维的高性能(HP)玻璃。这些HP纤维公开在2005年11月5日提交的名称为″Composition For High Performance Glass(高性能玻璃用组合物)″的美国专利申请系列No.11/267,702中，其全部内容特此通用参考而引入本文。一旦形成纤维，该玻璃组合物提供更高价S-玻璃纤维的强度特性。本发明的组合物是60.5-70.5重量％SiO₂、10.0-24.5重量％Al₂O₃、6.0至20.0重量％RO(其中RO等于MgO、CaO、SrO和BaO的总和)和0.0至3.0重量％碱金属氧化物。在优选的实施方案中，玻璃组合物基本上为61-68重量％SiO₂、15-19重量％Al₂O₃、15-20重量％RO、0至3重量％ZrO₂和0至3重量％碱金属氧化物。

因此，考虑到胶料组合物在改进纤维的加工性的同时改进所得复合材料和能够用玻璃纤维增强的多种聚合的材料的物理性能中的双重作用，在本领域中始终需要为增强的复合制品提供增强的物理性能和加工特性的特制胶料组合物。

发明内容

本发明的目的在于提供玻璃纤维用胶料组合物，其包括：环氧树脂乳液、氨基甲酸酯、包括至少一种氨基硅烷偶联剂和至少一种环氧硅烷偶联剂的硅烷包、非离子型润滑剂、阳离子型润滑剂、抗静电剂、有机酸和含硼化合物。环氧树脂乳液含有环氧树脂和至少一种表面活性剂。优选环氧树脂具有180-210，和更优选180-195的环氧当量。尽管胶料组合物可以施用于任何玻璃纤维，但在采用硼含量低到不含硼的玻璃纤维时，胶料的性能最优化。

可用于胶料组合物中的合适的有机酸的实例包括乙酸、甲酸、琥珀酸和/或柠檬酸。乙酸是用于胶料组合物中的最优选的有机酸。硼酸是最优选的含硼化合物。该胶料组合物降低阻力和在玻璃纤维上出现的起毛水平。此外，阻力的降低减少在加工过程中从玻璃纤维沉积到接触点上的胶料量。该胶料组合物有利地用于涂布长丝卷绕用途中使用的纤维。