[发明专利]一种提高热处理无碱玻璃纤维织物强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高无碱玻璃纤维织物强度的方法，更具体地说涉及一种提高热处理无碱玻璃纤维织物强度的方法。

背景技术

无碱玻璃纤维织物具有耐温、耐腐蚀、比强度大、弹性模量高、相对伸长率小、电绝缘性好等优异的特性，通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，被广泛应用于国民经济的各个领域。玻璃纤维在拉丝过程中，通常要采用浸润剂对纤维进行处理，给玻璃纤维一定的润滑性和保护性，以减少拉丝过程对纤维的磨损、提高纤维单丝的集束性等加工性能。浸润剂是由成膜剂、表面活性剂、石蜡等组成的一类物质。在复合材料应用领域，无碱玻纤表面的浸润剂往往不利于玻纤与塑料、橡胶或其它物质的界面连接，并容易产生气泡等缺陷，因而影响复合材料的强度性能。目前在工业生产中去除浸润剂的方法主要是热处理法，在高温下使玻纤表面的浸润剂分解、碳化或燃烧而脱除。但经过热处理法脱除表面浸润剂的无碱玻璃纤维织物的力学性能却大幅降低，其强度仅为热处理前强度的40～70％，这一方面是由于高温对玻纤的直接影响，另一方面是由于玻纤表面失去浸润剂的保护而导致的。因此，改进这种传统的热处理法脱除无碱玻纤表面浸润剂的工艺，提高热处理后无碱玻璃纤维织物的强度具有重要意义。

表面涂覆处理是改善玻璃纤维及其复合材料力学性能简便且有效的方法。对失去浸润剂保护的玻纤表面进行涂覆处理，一方面可以保护玻纤表面并填补玻纤表面的微裂纹，提高玻纤的力学性能，另一方面表面涂层还可以改善玻纤与基体的界面连接，提高复合材料的力学性能。氮化硼陶瓷材料具有许多优良的物理和化学特性，如耐高温、抗氧化、耐化学腐蚀、优异的介电性能、较低的热膨胀性以及良好的导热性等，能够满足玻璃纤维表面涂层的要求。氮化硼涂层可以填补玻璃纤维表面的微缺陷，同时具有高温抗氧化和阻止低价金属离子渗透作用，因此有望显著提高玻璃纤维的力学性能、抗析品性能。同时在复合材料应用领域，氮化硼涂层作为界面相，能够改善纤维与基体之间的界面结合，提高复合材料的力学性能。氮化硼陶瓷往往经高温烧结而成，且这种传统的制备技术不易制得涂层、薄膜或纤维等复杂形状的氮化硼材料。在玻璃纤维表面制备氮化硼涂层明显受到温度的限制，因此传统的高温合成氮化硼的方法，不适合在玻璃纤维表面制备氮化硼涂层。有机先驱体的分解温度远低于陶瓷的烧制温度，因此可以在较温和的条件下制备陶瓷材料。目前，有机先驱体转化法由于具有易成型、温度较低等优点，已成为制备陶瓷涂层、陶瓷薄膜、陶瓷纤维、泡沫陶瓷和陶瓷基复合材料的重要方法。以有机先驱体转化法在玻璃纤维表面制备氮化硼涂层，更可以避免高温对玻璃纤维结构的破坏，使制备新型的玻璃纤维氮化硼涂层织物成为可能。Shampa Mondal等人(Materials Letters，44，113-118，2000)公开了一种硼酸酯涂覆玻璃纤维的方法，在空气氛中分别于400℃和1000℃下热解，热解产物含有氮化硼和碳氮化物。实际上硼酸酯类化合物在空气氛中高温热解时易氧化并生成氧化硼，氧化硼的吸湿性极强，经高温烧结与玻纤表面复合的氧化硼由于吸收了空气中的水分会显著降低玻纤的强度。实验表明在空气氛中热解的无碱玻璃纤维硼酸酯涂层织物在湿气环境下放置后，其拉伸强度损失了35％。因此，采用Shampa Mondal等的在空气氛中热解硼酸酯工艺制备的玻璃纤维涂层织物产品的贮存性能、耐环境使用性能不佳，不具备实际使用价值。

因此需要研制开发结合有机先驱体转化法并适合于工业应用的低温烧制陶瓷材料技术，在热处理脱除玻纤表面浸润剂的同时，于玻纤表面重新形成一层含有氮化硼的涂层，提高热处理无碱玻璃纤维织物的强度，扩大无碱玻璃纤维织物的应用领域。

发明内容

本发明针对传统的热处理脱除浸润剂工艺带来的无碱玻璃纤维织物力学性能下降的问题，提供了一种提高热处理无碱玻璃纤维织物强度的方法，改进了热处理脱除浸润剂工艺，即在未脱除浸润剂的无碱玻璃纤维织物表面直接覆以硼酸酯涂层，然后在氮气气氛中采用类似于传统的热处理法脱除浸润剂工艺的温度条件对无碱玻璃纤维织物进行热处理。该热处理工艺在除去了玻纤表面浸润剂的同时，于玻纤表面重新形成了一层含有氮化硼的涂层，实现了提高热处理无碱玻璃纤维织物强度的目的。

本发明是通过以下技术方案实现的：