[发明专利]一种玻璃纤维用添加碳纳米管的浸润剂及其制备

说明书

技术领域

本发明属于浸润剂及其制备领域，特别涉及一种玻璃纤维用添加碳纳米管浸润剂及其制备。

背景技术

在玻璃纤维实际生产中，拉伸过程中温度的急剧下降会使玻璃纤维产生表面应力，从而形成表面微裂纹使纤维性能下降，因此通常在拉伸的同时在纤维表面喷涂或浸涂一层浸润剂。浸润剂主要有两个作用：一方面防止玻璃纤维表面微裂纹的产生和扩散、减少纤维间的摩擦损伤，提高纤维的强度；另一方面浸润剂可以提高纤维与基体之间的粘结强度。

CNTs具有极好的的机械性能，如拉伸强度（200GPa）、弹性模量（200～500GPa）和断裂应变（10~30%），是用作界面修饰的理想选择。越来越多的关于CNTs/树脂纳米复合材料的研究报道，在树脂中加入少量的CNTs就可以明显改善材料的性能。CNTs具有巨大的比表面积，在树脂当中起到明显的界面效应、架桥作用，阻止裂纹扩展，从而提高了材料强度。有报道，通过电泳沉积（EPD）法将CNTs沉积到玻璃纤维表面，认为纳米微粒类似于生物骨中的矿物质，由此形成的适当的纳米级界面能改善纤维和树脂的粘结强度，提高玻璃纤维增强塑料的强度。

当CNTs添加到浸润剂中，经修饰的的CNTs和玻璃纤维紧密结合，在裂纹处起到架桥作用，提高纤维的抗拉强度；同时也可以改善玻璃纤维和树脂之间的界面结构，提高粘结强度。总之，当浸润剂中加入CNTs，可以大大提高玻璃纤维制品质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种玻璃纤维用添加碳纳米管浸润剂及其制备方法，本发明采用的配方简单、实用，适用于工业化生产；制备的浸润剂可以有效提高玻璃纤维的强度；并且可以提高玻璃纤维复合材料的强度。

本发明的一种玻璃纤维用添加碳纳米管浸润剂，其特征在于：按重量百分比该浸润剂由以下组分组成：

所述固色剂为双氰胺甲醛树脂，密度为1.198g/cm³，粘度为500~560mPa·s。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂乳液，相对分子质量为350~1000，平均粒径为0.2~2.0μm。

所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基氯化铵。

所述偶联剂为硅烷偶联剂，型号为KH-550、KH-560或A186。

所述碳纳米管为改性碳纳米管，改性方法为：（1）碳纳米管加入强氧化性酸，然后加热，搅拌20~30h，然后离心或者自然沉降清洗，得到碳纳米管和水的黑色混合液；（2）向制得的黑色混合液中加入乙二烯三胺、聚丙烯吡咯烷酮，在70℃~110℃条件下搅拌5~10h，即得到改性的纳米碳管，其中碳纳米管与强氧化性酸的质量比为1:50~1:300，聚丙烯吡咯烷酮与碳纳米管的质量比为1:20~1:10；乙二烯三胺与碳纳米管的质量比为1:15~1:10。

所述强氧化性酸为浓硝酸。

本发明的一种玻璃纤维用添加碳纳米管的浸润剂制备方法，包括：按重量百分比加入双酚A型环氧树脂3%-10%，添加到离子水中，温度保持60~80℃，200~500r/min下搅拌1~2h，然后依次加入双氰胺甲醛树脂3%-10%、阳离子表面活性剂0.5%-5%、硅烷偶联剂0.1%-5%、改性的碳纳米管0.1%-1%，搅拌，最后加入去离子水，搅拌，即得浸润剂，其中去离子水的总重量百分比为69%-93.3%。

本发明通过复丝强力仪测试玻璃纤维的强度，原丝强力（N/TEX）来表示玻璃纤维的强度，取10组样品测得纤维强度，取其平均值为玻璃纤维强度。

本发明通过几种原料的有机组合，提高了玻璃纤维的强度。双氰胺甲醛树脂是一种低分子量强阳电荷的聚合物，-CONH₂亲水基团配合特有的双重季胺型阳离子活性基团，使其与纤维间有很强的结合力。成膜剂环氧树脂和固色剂在纤维表面形成一层强度较高的树脂薄膜，并添加了改性的碳纳米管，可以实现有效增强玻璃纤维的效果。该配方简单、实用，不仅可以提高玻璃纤维的强度，做成的复合材料中纤维与树脂的粘结强度更高，可以很大程度上提高玻璃纤维产品的质量。

有益效果

（1）本发明采用的配方简单、实用，适用于工业化生产；

（2）本发明制备的浸润剂可以有效提高玻璃纤维的强度；

（3）本发明制备的浸润剂可以提高玻璃纤维复合材料的强度。

附图说明

图1为涂覆了添加0.3%碳纳米管浸润剂的玻璃纤维的场发射扫描电镜照片。

具体实施方式