[发明专利]一种石英纤维混纺纱的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英纤维混纺纱的制造方法；属石英纤维混纺纱生产制造领域。

背景技术

石英纤维主要成份是二氧化硅，其含量一般不低于99.9%，其杂质含量非常低，特别是碱金属（Li、Na、K等）含量可控制在10ppm以内，因此，具有优异的耐高温性、低介电常数和介电损耗、低线性膨胀系数等特点，在航天航空、国防军工领域用作保温隔热、耐烧蚀、透波等功能材料。PBO纤维是聚对苯撑苯并二噁唑纤维，是20世纪80年代美国为发展航天航空事业而开发的新型超级纤维，具有高强度、高模量、高耐热等特点，在火焰中不燃烧、不收缩，其耐热性和难燃性高于其它任何一种有机纤维，可用作航天航空、国防军工领域高性能复合材料。然这两种纤维都有其不足，石英纤维目前仍主要用作功能性材料，其密度相比高性能有机纤维仍然较高，为2.2g/cm³,强度和断裂伸长率也相对较低，模量仅为78GPa，而PBO纤维密度为1.45/cm³，强度高达5.8GPa,模量高达180GPa，但耐热性明显低于石英纤维，线性膨胀系数也大。因此为进一步减少复合材料重量，又提高复合材料的综合性能，基于此，有必要将这两种高性能特种纤维进行混纺，并通过对PBO纤维表面进行改性、混纺工艺设计和优化，使混纺工艺顺畅、混纺均匀，并提高纤维与树脂浸润性，来实现复合材料综合性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种结合了石英纤维和PBO纤维各自的优异特性，不仅具有耐高温性、低介电常数和介电损耗、低线性膨胀系数等特点，同时具有强度高、模量高、密度低等特性，用于制备高强、高耐热、低密度等高性能结构透波树脂基复合材料的石英纤维混纺纱的制造方法。

本发明的技术方案是：

一种石英纤维混纺纱的制造方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1)、将直径1.5—3.5mm的细石英玻璃棒采用火焰熔法，在1800—2000℃高温条件下，以20—50m／s的拉制速度拉制成直径为5.5～13微米，线密度为2.5～12.5tex；的石英玻璃纤维丝，在拉制过程中边拉制、边采用浸润剂对石英玻璃纤维丝进行表面处理；

2)、将通过处理剂进行表面处理后的石英玻璃纤维丝在60～95℃温度条件下烘干得石英纤维原丝；

3)、将线密度范围为40～280tex，单纤维直径为7.5～20微米，密度为1.45g/cm³的PBO纤维经γ-缩水甘油醚丙基硅烷偶联剂进行表面浸润处理，以降低PBO纤维表面惰性，然后在70～105℃温度条件下烘干；

4)、将烘干后的PBO纤维和石英纤维原丝按1-2︰1-9的股数比例经退解、加捻制得混纺初捻纱；

5)、将2-4股的混纺初捻纱在捻度为50T/m的条件下并捻，得线密度范围为180～250tex的石英纤维混纺纱，将石英纤维混纺纱经切断机裁切成30mm的短节，得体积密度为1.5～2.1g/cm³的石英纤维混纺纱成品。

所述的浸润剂由γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂按1：6：3的比例混合制得。

所述的润滑剂为聚氧乙烯胺盐类、咪唑啉、酰胺盐类中的任意一种。

本发明在石英玻璃纤维丝的生产过程中，采用了边拉制、边采用浸润剂对石英玻璃纤维丝进行表面处理的工艺；其目的：一是满足石英纤维的生产工艺性，如拉丝和加捻生产的顺畅性、减少产品外观的毛羽；二是与树脂的匹配性，提高界面性能。通过实验发现，构成浸润剂的γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂，其配比不同所产生的测试结果，其中：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷偶联剂、水溶性环氧树脂和润滑剂在1：6：3的配比范围内外观效果最佳，测试结果见表1；

附表1

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）结合两种高性能纤维各自优势，不仅具有耐高温性、低介电常数和介电损耗、低线性膨胀系数等特点，同时具有强度高、模量高、密度低等特性，适用于制备高强、高耐热、低密度等高性能结构透波树脂基复合材料使用。

（2）工艺性好。石英纤维与PBO有机纤维进行混纺的工艺简单、操作性强，并可实现连续批量生产。