[发明专利]玻璃纤维新生态预浸复合保强技术

说明书

技术领域：本发明属于玻璃纤维增强塑料(FRP及GFRTP)技术领域。

相关技术：玻璃纤维是一种生产成本低，原料易得，用途广泛的增强材料。它与基体树指复合制成玻璃纤维增强塑料，是一种新型结构材料。玻璃纤维增强塑料所用的玻璃纤维分为无碱玻璃纤维，简称为E玻纤，它的工作强度为1200MPa，还有一种为高强度玻璃纤维，简称为S玻纤，它的工作态强度为1600MPa。S玻纤比E玻纤强度高30％，售价则为E玻纤的5倍。这两种玻纤刚拉制出来时的新生态强度都非常高，高于某些碳纤维的强度。例如E玻纤新生态强度为3700MPa，比碳纤维T300强度高200MPa；S玻纤新生态强度为4600MPa比碳纤维T300强度高1100MPa。但是，玻璃纤维新生态强度很不稳定，由玻纤厂生产出来到用户使用时，它的新生态强度丢失2/3，现有技术只能保留1/3新生态强度，这1/3强度称为工作态强度。这是一项巨大资源浪费，长久以来没有得到解决。人们一直在使用工作态玻璃纤维来生产制造玻璃纤维增强塑料等复合材料。

参考文件1“玻璃纤维拉丝原位预浸复合改性技术及应用”(专利申请号200610008175.2)。首次提出一种保持玻璃纤维新生态强度的方法。该方法根据玻璃纤维新生态强度丢失的内因为玻璃纤维表面的离子配位要求得不到满足，外因为受空气中水分子的侵蚀破坏而造成强度下降的机理，提出在玻璃纤维拉丝原位，玻璃纤维刚出生时将基体树脂涂覆在新生的玻璃纤维表面，以基体树脂代替水来满足新生玻璃纤维表面的阳离子配位要求，基体树脂中的阳离子或带正电荷的极性基团牢固键接在玻璃纤维表面的SiO^-或AlO^-上，形成一种价位平衡的稳定界面，改变玻璃纤维表面的性质，保持玻璃纤维免受水的浸蚀和磨损，从而保持新生态的极高强度。这种拉丝原位复合，虽然能够保持新生态强度，但是应用在生产中实施难度大，主要问题是经常出现断丝和粘连，至今难进入产业化。发明目的：玻璃纤维新生态强度是一项巨大宝典资源，但是长久以来没有得到开发利用。对比文件1提出的方法，虽然是一种有效的方法，但是在产业化方面，存在许多技术困难，难以解决，主要表现为：(1)拉丝原位复合，因为树脂粘度变化引起拉丝张力变化，当拉丝张力超过玻璃熔融体强度，则发生断丝，断丝则迫使拉丝生产停顿中断。(2)拉丝原位复合，要求涂覆速度必须与拉丝速度一致，拉丝速度非常高达2000米/分钟，而涂覆速度受树脂粘度和浸润速度的制约，现有适于作基体材料的树脂粘度偏高，浸润速度慢，难以和拉丝速度匹配。本发明目的是创造一种能够迅速实现产业化的新方法。

发明原理：发明人研究发现，玻璃纤维由新生态转变为工作态，存在一个周期性发展规律，有一个新生态存活期，而这个存活期的长短，恰好适合我们离开拉丝原位实行新生态预浸复合改性保强的目的。它的原理和发现过程是这样的：由同一台拉丝机拉出来的E玻璃纤维，分时段检测它的抗拉强度，每间隔10分钟检测一次记录下来。从0分钟开始平均到4小时，这期间新生的玻璃纤维的强度没有明显的变化，超过4小时之后，则强度极剧下降。我们把拉丝后4个小时定为玻璃纤维新生态存活期。在这个玻璃纤维新生态存活期内，玻璃纤维的强度仍然是新生态强度，没有明显变化，玻璃纤维表面带有负电荷，具有较强的吸附性和反应性，能够吸附极性官能团并形成牢固的化学键，可使基体树脂接技在玻璃纤维表面上，形成稳定的化学状态，从而能够抵御环境及水的影响和腐蚀，保持新生态的较高强度，根据以上发现和原理，离开拉丝原位，也能实行新生态预浸复合改性保强的目的。

发明内容：从玻璃熔融拉丝成为玻璃纤维开始计算平均4个小时之内，新生的玻璃纤维基本保持新生态的特征；抗拉强度仍为新生态强度，未有明显变化，表面仍带有负电荷，具有较强的吸附性和反应性，能够吸附极性官能团并形成牢固的化学键，可使基体树脂接技在玻璃纤维表面上，形成稳定的化学状态。能够抵御外部坏境和水的影响和腐蚀，保持新生态的较高强度。根据以上发现和原理不必局限于拉丝原位，只要在玻璃纤维新生态存活期内实施并完成基体树脂对新生玻璃纤维的预浸涂覆，利用新生玻璃纤维表面的吸附性和反应性，将带正电荷的极性官能团的改性树脂或在普通基体树脂中加入0.1％～5％阳离子有机硅烷，涂覆在新生的玻璃纤维表面上，形成一种稳定的化学状态，就可以保持玻璃纤维新生态的较高强度。使用这种创新方法生产出来的玻璃纤维新生态预浸料，能够加工成形为各种复合材料制品，其特征是，它们的强度将是现有技术生产的同材质复合材料强度的1.5～3倍。

采用本发明，可以实现玻璃纤维拉丝-预浸-拉挤成形连续作业新模式，生产超高强度玻璃纤维增强塑料筋。

发明的创新性：本发明的创新性来源于一项有重大意义的发现——玻璃纤维自拉丝成形开始有4个小时的新生态存活期，在新生态存活期内，允许离开拉丝原位，进行基体树脂的涂覆，也能产生在拉丝原位涂覆的同样效果，克服了拉丝原位涂覆时，不可避免的断丝事故。克服和避免原位涂覆中，涂覆速度和拉丝速度不适应造成的涂覆不彻底不均匀，涂覆不足的毛病。本发明可使用一台涂覆机服务于数十台至数百台拉丝机，涂覆速度不受拉丝速度影响，可根据基体树脂的黏度选择涂覆速度，可使涂覆质量得以提高。本发明另一亮点是，不必研发新的阳离子型基体树脂，只要在现有基体树脂中加入0.1％～5％阳离子有机硅烷，就能满足玻璃纤维保强改性的目的。这对于非极性的基体树脂具有十分重要意义。