一种玻璃纤维增强与表面改性方法

摘要

本发明公开了汽车内饰件材料制造领域内的一种玻璃纤维增强与表面改性方法，其先制备改性聚氨酯水性乳液，再以水溶性聚酯、改性聚氨酯水性乳液、γ‑丙基三甲氧基硅烷、γ‑丙基三甲氧基硅烷、去离子水、铵盐和脂肪酸酰胺作为原料，混合配制成浸渍溶液，然后把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中；超声振动浸渍后取出，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。本发明中的γ‑丙基三甲氧基硅烷、γ－丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，可与聚氨酯形成共聚物，有助于提高纤维毡与树脂基体的界面性能。该方法获得的产品可用于制造汽车内饰件和结构件，具有重量轻、同等强度下的厚度小、成本低的优点。

权利要求

1.一种玻璃纤维增强与表面改性方法，其特征在于包括如下步骤：

1）制备改性聚氨酯水性乳液：将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：聚氨酯30，羟基硅油2-5，缩水甘油酯类环氧树脂1-3，去离子水50-75；

2）配制浸渍溶液：将水溶性聚酯、改性聚氨酯水性乳液、γ-丙基三甲氧基硅烷、去离子水、铵盐和脂肪酸酰胺按重量份称重混合，搅拌均匀，并调整pH值为3-6；其中，各组分的重量份为：水溶性聚酯1，改性聚氨酯水性乳液3-8，γ-丙基三甲氧基硅烷0.06-3.05，铵盐

0.01-3，脂肪酸酰胺3-6，去离子水60-84；

3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中；

4）振动：将浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

5）开启超声振动装置强迫浸渍5-10分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

2.根据权利要求1所述的一种玻璃纤维增强与表面改性方法，其特征在于：所述铵盐为硫酸铵、碳酸铵、氯化铵、醋酸铵、甲酸铵中的一种。

3.根据权利要求1或2所述的一种玻璃纤维增强与表面改性方法，其特征在于：步骤2）中调整pH值采用盐酸、硫酸、醋酸、甲酸中的一种。

说明书

一种玻璃纤维增强与表面改性方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可用于制造汽车内饰件的复合材料及其制造方法，特别涉及一种玻璃纤维与聚氨酯的复合材料。

背景技术

[0002] 玻璃纤维连续毡是一种新型的无机增强材料，因性能优异被广泛应用于电器、汽车等行业。玻纤连续原丝毡各向同性，各向强度较高，且层间粘结强度高，空隙率高，因其具有树脂浸透速度快且均匀的优势，而在汽车工业中的应用越来越广，如应用于制造内饰件、结构件等。其不足之处在于：这种玻璃纤维连续毡用于制造汽车内饰件和结构件时，具有粉尘大的缺点，会对长期操作的工人带来较大伤害，容易罹患尘肺病。另外，现有玻璃纤维连续毡力学性能还有进一步提升的空间，目前尚存在重量重、厚度大、成本高的缺点。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种玻璃纤维增强与表面改性方法，使其能获得更好的力学性能。

[0004] 本发明的目的是这样实现的：一种玻璃纤维增强与表面改性方法，包括如下步骤：

[0005] 1）制备改性聚氨酯水性乳液：将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：聚氨酯30，羟基硅油2-5，缩水甘油酯类环氧树脂1-3，去离子水50-75；

[0006] 2）配制浸渍溶液：将水溶性聚酯、改性聚氨酯水性乳液、γ-丙基三甲氧基硅烷、去离子水、铵盐和脂肪酸酰胺按重量份称重混合，搅拌均匀，并调整pH值为3-6；其中，各组分的重量份为：水溶性聚酯1，改性聚氨酯水性乳液3-8，γ-丙基三甲氧基硅烷0.06-3.05，铵盐0.01-3，脂肪酸酰胺3-6，去离子水60-84；

[0007] 3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中；

[0008] 4）振动：将浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

[0009] 5）开启超声振动装置强迫浸渍5-10分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

[0010] 本发明中，所述铵盐为硫酸铵、碳酸铵、氯化铵、醋酸铵、甲酸铵中的一种。

[0011] 本发明的步骤2）中调整pH值采用盐酸、硫酸、醋酸、甲酸中的一种。

[0012] 本发明中的γ－丙基三甲氧基硅烷为偶联剂，可与聚氨酯形成嵌段共聚物，有助于提高纤维毡与树脂基体的界面性能。经羟基硅油和缩水甘油酯类环氧树脂改性的聚氨酯水性乳液，具有软硬等性能可调节性好、柔韧、膜富有弹性、粘结强度大等优点，是一种优良的浸润剂成膜组分。不但对玻璃纤维起到了优良的保护作用，同时在与聚氨酯基体复合时，通过化学键合提高增强纤维毡与基体的界面结合力，其通常是阳离子或者非离子型的水性聚氨酯乳液。铵盐为抗静电剂，形成导电通道，可降低电荷积聚。脂肪酸酰胺为润滑剂。可降低摩擦系数。处理后的连续玻璃纤维毡用于聚氨酯发泡增强复合材料试验，其与聚氨酯的结合牢固，拉伸强度大，在同等条件下复合材料的弯曲模量提高20%以上。该方法获得的产品可用于制造汽车内饰件和结构件，具有重量轻、同等强度下的厚度小、成本低的优点。

具体实施方式

[0013] 实施例1

[0014] 一种玻璃纤维增强与表面改性方法，按如下步骤进行：

[0015] 1）制备改性聚氨酯水性乳液：

[0016] 将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：

[0017] 聚氨酯3kg

[0018] 羟基硅油0.2kg

[0019] 缩水甘油酯类环氧树脂0.1kg

[0020] 去离子水5kg

[0021] 制备而成的改性聚氨酯水性乳液作为本发明的原料之一。

[0022] 2）浸渍溶液配制：

[0023] 按如下重量份称重：

[0024] 水溶性聚酯1kg

[0025] 改性聚氨酯水性乳液3kg

[0026] γ-丙基三甲氧基硅烷0.06kg

[0027] 氯化铵0.01kg

[0028] 脂肪酸酰胺3kg

[0029] 去离子水60kg

[0030] 称重后混合，搅拌均匀，并采用盐酸调整pH值为3-6。

[0031] 3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中。

[0032] 4）振动：将步骤3）浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

[0033] 5）开启超声振动装置强迫浸渍5分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

[0034] 处理后的连续玻璃纤维毡用于聚氨酯发泡增强复合材料试验，其与聚氨酯的结合牢固，拉伸强度大，在同等条件下复合材料的弯曲模量提高20%以上。

[0035] 实施例2

[0036] 一种玻璃纤维增强与表面改性方法，按如下步骤进行：

[0037] 1）制备改性聚氨酯水性乳液：

[0038] 将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：

[0039] 聚氨酯8kg

[0040] 羟基硅油0.27kg

[0041] 缩水甘油酯类环氧树脂0.8kg

[0042] 去离子水20kg

[0043] 制备而成的改性聚氨酯水性乳液作为本发明的原料之一。

[0044] 2）浸渍溶液配制：

[0045] 按如下重量份称重：

[0046] 水溶性聚酯1kg

[0047] 改性聚氨酯水性乳液8kg

[0048] γ-丙基三甲氧基硅烷3.05kg

[0049] 硫酸铵3kg

[0050] 脂肪酸酰胺6kg

[0051] 去离子水84kg

[0052] 称重后混合，搅拌均匀，并采用稀硫酸调整pH值为3-6。

[0053] 3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中。

[0054] 4）振动：将步骤3）浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

[0055] 5）开启超声振动装置强迫浸渍10分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

[0056] 处理后的连续玻璃纤维毡用于聚氨酯发泡增强复合材料试验，其与聚氨酯的结合牢固，拉伸强度大，在同等条件下复合材料的弯曲模量提高20%以上。

[0057] 实施例3

[0058] 一种玻璃纤维增强与表面改性方法，按如下步骤进行：

[0059] 1）制备改性聚氨酯水性乳液：

[0060] 将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：

[0061] 聚氨酯30kg

[0062] 羟基硅油4kg

[0063] 缩水甘油酯类环氧树脂2kg

[0064] 去离子水60kg

[0065] 制备而成的改性聚氨酯水性乳液作为本发明的原料之一。

[0066] 2）浸渍溶液配制：

[0067] 按如下重量份称重：

[0068] 水溶性聚酯1kg

[0069] 改性聚氨酯水性乳液5kg

[0070] γ-丙基三甲氧基硅烷20.3kg

[0071] 醋酸铵1kg

[0072] 脂肪酸酰胺4kg

[0073] 去离子水80kg

[0074] 称重后混合，搅拌均匀，并采用盐酸调整pH值为3-6。

[0075] 3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中。

[0076] 4）振动：将步骤3）浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

[0077] 5）开启超声振动装置强迫浸渍8分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

[0078] 处理后的连续玻璃纤维毡用于聚氨酯发泡增强复合材料试验，其与聚氨酯的结合牢固，拉伸强度大，在同等条件下复合材料的弯曲模量提高20%以上。

[0079] 实施例4

[0080] 一种玻璃纤维增强与表面改性方法，按如下步骤进行：

[0081] 1）制备改性聚氨酯水性乳液：

[0082] 将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：

[0083] 聚氨酯30kg

[0084] 羟基硅油3kg

[0085] 缩水甘油酯类环氧树脂3kg

[0086] 去离子水70kg

[0087] 制备而成的改性聚氨酯水性乳液作为本发明的原料之一。

[0088] 2）浸渍溶液配制：

[0089] 按如下重量份称重：

[0090] 水溶性聚酯10kg

[0091] 改性聚氨酯水性乳液30kg

[0092] γ-丙基三甲氧基硅烷20.4kg

[0093] 甲酸铵20kg

[0094] 脂肪酸酰胺35kg

[0095] 去离子水600kg

[0096] 称重后混合，搅拌均匀，并采用甲酸调整pH值为3-6。

[0097] 3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中。

[0098] 4）振动：将步骤3）浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

[0099] 5）开启超声振动装置强迫浸渍5-10分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

[0100] 处理后的连续玻璃纤维毡用于聚氨酯发泡增强复合材料试验，其与聚氨酯的结合牢固，拉伸强度大，在同等条件下复合材料的弯曲模量提高20%以上。

[0101] 实施例5

[0102] 一种玻璃纤维增强与表面改性方法，按如下步骤进行：

[0103] 1）制备改性聚氨酯水性乳液：

[0104] 将羟基硅油加入聚氨酯中，反应形成嵌段共聚物后，再将缩水甘油酯类环氧树脂均匀分散在共聚物中，最后加入去离子水进行乳化，得到改性聚氨酯水性乳液；在制备改性聚氨酯水性乳液的原料中，各组分的重量份为：

[0105] 聚氨酯30kg

[0106] 羟基硅油5kg

[0107] 缩水甘油酯类环氧树脂3kg

[0108] 去离子水50kg

[0109] 制备而成的改性聚氨酯水性乳液作为本发明的原料之一。

[0110] 2）浸渍溶液配制：

[0111] 按如下重量份称重：

[0112] 水溶性聚酯10kg

[0113] 改性聚氨酯水性乳液45kg

[0114] γ-丙基三甲氧基硅烷0.8kg

[0115] 碳酸铵15kg

[0116] 脂肪酸酰胺60kg

[0117] 去离子水840kg

[0118] 称重后混合，搅拌均匀，并采用醋酸调整pH值为3-6。

[0119] 3）浸泡：把连续玻璃纤维毡浸泡在浸渍溶液中。

[0120] 4）振动：将步骤3）浸泡有连续玻璃纤维毡的容器放置在超声振动装置上；

[0121] 5）开启超声振动装置强迫浸渍5-10分钟，取出的连续玻璃纤维毡，避光干燥，获得增强并表面改性后的连续玻璃纤维毡。

[0122] 本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。