專利名稱：連續的單纖維薄氈粘合劑體系的制作方法
技術領域：
本發明的技術領域和工業實用性本發明一般地涉及連續的單纖維薄氈，和更具體地涉及連續的單纖維薄氈用粘合劑體系。
背景技術：
連續的單纖維薄氈是廣泛公知的且用作纖維增強的復合部件中的一種組件。
為了制造具有連續的單纖維薄氈的纖維增強的酚醛樹脂部件，必須首先生產連續的單纖維薄氈。常規地通過已知的方法，首先將漿料(sizing)引入到連續的玻璃纖維上來生產連續的纖維氈。然后使用幕涂機或一些類似的技術將聚酯粘合劑體系引入到上漿的纖維上，泛流(flood)過玻璃纖維。然后在烘箱中干燥泛流的上漿纖維，形成連續的單纖維薄氈。隨后典型地通過移動氈并穿過酚醛樹脂浴，用酚醛樹脂潤濕氈和玻璃粗紗。然后將潤濕的氈和玻璃粗紗引入到加熱的拉擠成型模頭內。模頭將氈和玻璃粗紗成型為樹脂/玻璃復合物，所述復合物然后固化，形成拉擠成型的部件。
已知方法的一個問題是形成連續的單纖維薄氈所使用的聚酯粘合劑材料并不完全與形成樹脂基體的酚醛樹脂相容。這影響復合部件的性能。因此，高度希望制造完全與酚醛樹脂浴相容的粘合劑體系，從而形成具有潛在優異性能特征的纖維增強的酚醛樹脂復合部件。
發明概述本發明的一個目的是制造完全與酚醛樹脂浴相容的粘合劑體系，從而形成具有潛在優異性能特征的纖維增強的酚醛樹脂復合部件。
本發明利用帶有分散于泛流液體內的熱活性交聯劑(雙氰胺)的粉化雙酚環氧，所述泛流液體優選具有非離子表面活性劑、硅烷、消泡劑和水。還添加有機酸供pH控制。粉末粘合劑和泛流液體充當將大量玻璃纖維粘結成氈的體系。由于與不相容的常規不飽和聚酯粘合劑體系相比，粉化雙酚環氧和熱活性交聯劑與酚醛樹脂相容，從而獲得具有改進的性能特征的拉擠成型部件。
另外，在上述方法中形成的連續單纖維薄氈也可在環氧場合中使用，利用預浸膠型方法，形成層壓材料，所述層壓材料隨后可壓機模塑，形成復合層壓部件。
一旦考慮到下述詳細說明和所附權利要求，并參考附圖，本發明的其它目的和優點將變得顯而易見。
附圖的簡要說明
圖1是根據本發明的優選實施方案，制造連續的單纖維薄氈方法的示意圖。
圖2是根據本發明的優選實施方案，由圖1的連續單纖維薄氈制造拉擠成型復合部件的示意圖。
圖3是根據本發明的另一優選實施方案，由圖1的連續單纖維薄氈制造環氧預浸漬膠帶的示意圖。
發明詳述現參考圖1，一般地以10的形式示出了形成連續單纖維薄氈50的優選組合(assembly)方法。以本領域公知的方式，通過熔化大量玻璃或其它增強材料，典型地大理石形式的增強材料，在爐14內形成一股或多股連續長絲纖維12。將施膠組合物18引入到一股或多股纖維12上。施膠組合物18優選含有與酚醛樹脂相容的硅烷和潤滑劑，其中通過輥涂、浸涂、泛流或通過本領域已知的任何其它方法將該組合物引入到纖維12上。下表1列出了施膠組合物18的優選組成。
然后上漿的纖維12通過一對滑輪14A和14B一起形成為連續的一股13。連續的繩股13也可分裂成多根線束或并幅布(splits)(n＝2-30)，和為了便于說明，此后稱它為連續的繩股13。將連續的繩股13放置在移動帶16上。然后將連續的繩股13沿移動帶16移動并用連續的單纖維薄氈(“CFM”)粘合劑料漿24泛流。CFM粘合劑料漿24包括帶有分散于水中的熱活性交聯劑的粉化聚合物粘合劑材料，其中水中含有小量百分數與酚醛樹脂相容的硅烷。還將消泡劑和分散劑典型地加入到料漿中。下表2列出了料漿的優選組成。
然后將所形成的CFM粘合劑料漿24從儲槽26傳輸到幕涂機28上，其中混合物泛流過連續的繩股13。藉助負壓從繩股13中除去過量液體。然后將繩股13轉移到烘箱15中，除去濕氣并固化，然后在多個壓機16內壓制，形成粘結的單纖維薄氈50。優選烘箱15設定在約450-520°F之間。當引出時，粘結的單纖維薄氈50然后通過切刀30截斷，通過刀片32切割成優選的尺寸，并輥壓在紙板管34上。輥壓到紙板管34上的粘結的單纖維薄氈50負載范圍為粘合劑和氈總重量4-8％的CFM粘合劑。
以上形成的粘結氈50然后可以用來與多根玻璃粗紗52合并，形成復合的酚醛樹脂拉擠成型部件60。這描述于圖2中。首先，氈50和多根玻璃粗紗52浸漬經過酚醛樹脂浴54。所使用的酚醛樹脂浴是本領域公知的且與具有CFM粘合劑的氈50相容。例如，在酚醛樹脂拉擠成型浴30內使用的一種優選的酚醛拉擠成型樹脂是GeorgiaPacific的289D17酚醛樹脂。
氈50和粗紗52然后被引入到加熱的拉擠成型模頭56內。加熱的拉擠成型模頭56使樹脂/玻璃復合材料固化成復合部件60。在加熱的拉擠成型模頭56內的時間與溫度確保所形成的復合部件60全部固化。優選在加熱的拉擠成型模頭56內的溫度為約375至450°F，和時間足以確保充分固化的產品。
在可供替代的實施方案中，酚醛樹脂浴54可以用聚氨酯浴替代。聚氨酯樹脂組合物，象酚醛樹脂組合物一樣，與包含在氈50內的CFM粘合劑相容。在拉擠成型中有用的已知聚氨酯體系包括Dow Fulcrum技術http//www.dow.com./fulcrum/lit.htm，它獲自于Midland，MI的Dow Chemical。在加熱的拉擠成型模頭56內形成的聚氨酯復合部件的固化溫度典型地低于酚醛樹脂復合部件56，其中優選的溫度為約250至350°F。
在可供替代的優選實施方案中，如圖3所示，可由以上形成的氈50生產環氧型預浸漬體70。在該方法中，纖維12經過施膠組合物18和CFM料漿浴24，形成粘結的氈50，如以上的圖1所述。氈50然后浸漬在環氧浴62中并在烘箱64內prestage，形成環氧預浸漬體70。優選烘箱64設定在300至400°F之間，和設定的線速度足以典型地經約5-10分鐘固化環氧預浸漬體。然后在壓機66內將環氧預浸漬體70的各層壓制在一起，形成復合部件72。該復合部件72可在各種各樣的場合，如本領域公知的電子層壓材料中使用。
在由Society of Plastics Industry，Inc.主辦的第43屆年會中G.A.Hunter提交的1988文章“Pultruding Epoxy Resin”的表1和2中討論了可在本發明中使用的環氧浴62的一個優選實例。
氈和粗紗材料氈50的材料優選為連續的長絲玻璃纖維材料。這可包括s-型玻璃纖維或e-型玻璃纖維，和本領域公知的其它可商購的玻璃纖維。在本發明的優選實施方案中，使用e-型玻璃纖維。
粗紗52的材料也優選為連續的長絲玻璃纖維材料。這可包括s-型玻璃纖維或e-型玻璃纖維，和本領域公知的其它可商購的玻璃纖維。在本發明的優選實施方案中，使用e-型玻璃纖維。另外，制造玻璃粗紗材料的方法可包括本領域公知的任何方法。
施膠組合物通過在水中混合與酚醛樹脂相容的硅烷來制造施膠組合物18。然后通過添加酸如醋酸，調節所得混合物的pH到4至6。可使用的一種優選硅烷是γ-氨基丙基三甲氧基硅烷如Witco-OSI’s A-1100。將至少一種潤滑劑加入到所得混合物中，和使用醋酸，再次調節pH到4至6。兩種優選的潤滑劑是Cirrosol 185 AE和185AN，各自由ICIAmerica制造。Cirrosol 185 AE是用醋酸增溶的辛酸(辛酸(caprylic))-四亞乙基五胺縮合物，而185AN是用醋酸增溶的壬酸(pe/argonic)-四亞乙基五胺縮合物。下表1示出了優選的施膠組合物18。
表1施膠組合物18
CFM粘合劑料漿目前的粘合劑材料使用不飽和聚酯粘合劑，該粘合劑在酚醛拉擠成型體系中顯示出不可接受的性能。認為聚酯粘合劑沒有提供與酚醛粘合劑樹脂相容的界面。本發明的CFM粘合劑體系通過提供相容界面解決了該問題。
通過在水中分散具有熱活性交聯劑的粉化聚合物樹脂來制備CFM粘合劑料漿24。一種優選的具有熱活性交聯劑的粉化聚合物樹脂是具有熱活性雙氰胺交聯劑的雙酚型環氧樹脂，如由Reichold制造的Pretex 110。一種或多種非離子表面活性劑典型地作為分散劑和作為消泡劑添加。此外，將與酚醛樹脂相容的硅烷加入到所得混合物中。優選該硅烷是Witco-OSI`s A-1100硅烷。最后，使用醋酸調節pH到4至6。下表2示出了CFM粘合劑料漿的優選組成。
表2CFM粘合劑料漿24
盡管根據優選實施方案描述了本發明，但當然應當理解，由于尤其鑒于前述教導，本領域技術人員可進行改性，所以本發明并不限制于此。
權利要求
1.一種在酚醛樹脂拉擠成型體系中使用的連續單纖維薄氈用CFM粘合劑料漿，它包括與酚醛樹脂相容的硅烷；和具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的雙酚環氧粉化樹脂。
2.權利要求1的CFM粘合劑料漿，進一步包括非離子表面活性劑、消泡劑、水和有機酸。
3.權利要求2的CFM粘合劑料漿，其中所述有機酸是醋酸，和其中CFM粘合劑料漿的pH維持在約4至6。
4.權利要求1的CFM粘合劑料漿，其中所述與酚醛樹脂相容的硅烷包括γ-氨基丙基三甲氧基硅烷。
5.權利要求4的CFM粘合劑料漿，其中所述γ-氨基丙基三甲氧基硅烷是Witco-OSI A-1100。
6.權利要求1的CFM粘合劑料漿，其中所述具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的雙酚環氧粉化樹脂包括Pretex 110。
7.一種制造連續單纖維薄氈的方法，該方法包括步驟提供至少一種連續的長絲纖維；將施膠組合物施涂到所述至少一種連續的長絲纖維中的每一種上；將所述至少一種連續的長絲纖維形成為連續的纖維繩股；將CFM粘合劑施涂到所述的連續纖維繩股上，所述CFM粘合劑包括與酚醛樹脂相容的硅烷和具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的粉化雙酚環氧粉化樹脂；和干燥并固化在所述連續纖維繩股上的所述CFM粘合劑；壓制具有所述CFM粘合劑的所述連續纖維繩股，形成連續的單纖維薄氈。
8.權利要求6的方法，其中所述干燥的CFM粘合劑占所述連續的單纖維薄氈總重量的4至8％。
9.權利要求6的方法，其中所述至少一種連續的長絲纖維包括至少一種連續的e-型玻璃長絲纖維。
10.權利要求6的方法，其中所述施膠組合物和所述CFM粘合劑料漿的pH為約4至6。
11.一種形成拉擠成型復合部件的方法，它包括步驟將施膠組合物施涂到至少一種連續的長絲纖維上；使所述的至少一種連續的長絲纖維形成為連續的纖維繩股；將CFM粘合劑施涂到所述的連續纖維繩股上，所述CFM粘合劑包括與酚醛樹脂相容的硅烷和具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的粉化雙酚環氧粉化樹脂；干燥并固化在所述連續纖維繩股上的所述CFM粘合劑；壓制具有所述CFM粘合劑的所述連續纖維繩股；截斷并切割所述連續的單纖維薄氈到所需尺寸和形狀，形成連續的單纖維薄氈；牽引所述的連續單纖維薄氈和至少一根連續的長絲粗紗中的至少一種經過酚醛樹脂浴；和在加熱的拉擠成型模頭內，模塑并固化所述連續的單纖維薄氈和所述至少一根連續的纖維粗紗，形成拉擠成型的復合部件。
12.權利要求10的方法，其中所述干燥的CFM粘合劑的所述第一用量占所述至少一種連續的單纖維薄氈總重量的4至8％。
13.權利要求10的方法，其中所述至少一種連續的長絲纖維包括至少一種連續的e-型玻璃長絲纖維。
14.權利要求10的方法，其中所述施膠組合物和所述CFM粘合劑料漿的pH為約4至6。
15.一種形成環氧預浸漬體的方法，它包括步驟提供至少一種連續的長絲纖維；將施膠組合物施涂到至少一種連續的長絲纖維上；使所述的至少一種連續的長絲纖維形成為連續的纖維繩股；將CFM粘合劑施涂到所述的連續纖維繩股上，所述CFM粘合劑包括與酚醛樹脂相容的硅烷和具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的粉化雙酚環氧粉化樹脂；干燥并固化在所述連續纖維繩股上的所述CFM粘合劑；壓制具有所述CFM粘合劑的所述連續纖維繩股；截斷并切割所述連續的單纖維薄氈到所需尺寸和形狀，形成連續的單纖維薄氈；牽引所述的連續單纖維薄氈經過環氧樹脂浴；在烘箱中prestage具有適量所述環氧樹脂的所述連續單纖維薄氈；和壓制具有適量環氧樹脂的所述連續單纖維薄氈到預定厚度，形成環氧預浸漬體。
16.權利要求14的方法，其中所述干燥的CFM粘合劑的所述第一用量占所述至少一種連續的單纖維薄氈總重量的4至8％。
17.權利要求14的方法，其中所述至少一種連續的長絲纖維包括至少一種連續的長絲e-型玻璃纖維。
18.權利要求14的方法，其中所述施膠組合物和所述CFM粘合劑料漿的pH為約4至6。
19.權利要求14的方法，進一步包括模塑多層預浸漬體膠帶形成復合部件的步驟。
20.一種形成拉擠成型復合部件的方法，它包括步驟將施膠組合物施涂到至少一種連續的長絲纖維上；使所述的至少一種連續的長絲纖維形成為連續的纖維繩股；將CFM粘合劑施涂到所述的連續纖維繩股上，所述CFM粘合劑包括與酚醛樹脂相容的硅烷和具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的粉化雙酚環氧粉化樹脂；干燥并固化在所述連續纖維繩股上的所述CFM粘合劑；壓制具有所述CFM粘合劑的所述連續纖維繩股；截斷并切割所述連續的單纖維薄氈到所需尺寸和形狀，形成連續的單纖維薄氈；牽引所述的連續單纖維薄氈和至少一根連續的長絲粗紗中的至少一種經過聚氨酯樹脂浴；和在加熱的拉擠成型模頭內，模塑并固化所述連續的單纖維薄氈和所述至少一根連續的纖維粗紗，形成拉擠成型的復合部件。
全文摘要
在酚醛樹脂拉擠成型體系中使用的連續單纖維薄氈用粘合劑料漿，它包括與酚醛樹脂相容的硅烷、非離子表面活性劑、消泡劑、水、有機酸和具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的雙酚環氧粉化樹脂。該粘合劑料漿樹脂是獨特的，因為具有熱活性雙氰胺交聯樹脂的雙酚環氧粉化樹脂與目前可獲得的酚醛樹脂相容，和所制造的這種拉擠成型的部件具有改進的表面和機械性能，與跟酚醛樹脂不相容的常規聚酯型粘合劑料漿相比。用新粘合劑料漿制造的連續單纖維薄氈也可制成可用于制造復合部件的環氧預浸漬體。
文檔編號B29C70/50GK1639236SQ03805487
公開日2005年7月13日 申請日期2003年2月28日 優先權日2002年3月8日
發明者A·C·萊恩, J·L·安特爾 申請人:歐文斯科爾寧格公司