CN117658687A - 一种氮化硅纤维表面处理剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于氮化硅纤维表面处理技术领域,具体涉及一种氮化硅纤维表面处理剂及其制备方法和应用。所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯20‑40份、浸润剂4‑12份和润滑剂4‑12份,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硅油、二甲基硅油、聚邻苯二甲酰胺、三羟甲基丙烷油酸酯、三油酸甘油酯、丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸异辛酯中的一种或多种。本发明制备的表面处理剂在润滑剂和浸润剂组分的协同作用下能够有效作用于氮化硅纤维,二次上浆后氮化硅纤维的集束性、耐磨性、硬挺度、耐弯折性均得到改善,达到了氮化硅纤维的织造性能要求,工艺简单,成本低,适合工业化生产,可以广泛应用。
Description
技术领域
本发明属于氮化硅纤维表面处理技术领域,具体涉及一种氮化硅纤维表面处理剂及其制备方法和应用。
背景技术
氮化硅纤维作为一种具有优良透波性能的耐高温陶瓷纤维,是制备天线罩的优良材料。但由于氮化硅纤维的刚度大,脆性强,在织造中会因为送经、开口、引纬和打纬等动作过程中,与织机部件和纤维之间的因接触而发生弯曲、摩擦、剪切和扭转等损伤,从而导致纤维性能的下降,更严重的情况下会影响织造的正常进行。这给氮化硅纤维天线罩预制体的制备带来巨大的困难和挑战,为了减小织造过程中对纱线造成的损伤,较为有效的做法是对纤维进行上浆处理以改善其织造性能。
中国发明专利CN108929600A公开了一种雷达罩用阻燃耐磨涂层材料及其制备方法,所述雷达罩用阻燃耐磨涂层材料,包括以下原料:EVA树脂,热固性液体聚酰亚胺纯树脂,硅烷偶联剂,膨胀石墨,全氟丁基磺酸钾,纳米三氧化二锑,纳米氮化硅,聚四氟乙烯微粉,聚乙烯蜡,分散剂,抗氧剂,所得的雷达罩用阻燃耐磨涂层材料具有阻燃和耐磨等的优势,但该涂层材料制备方法复杂,成本高。中国另一发明专利CN111188195A公开了一种氮化硅纤维表面处理剂及其制备方法,该表面处理剂包括以下按照重量份的原料:聚四氟乙烯34-49份、聚二甲基二烯丙基氯化铵17-28份、尿素9-17份、乙氧基化脂肪族烷基胺8-14份、亲水油剂2-6份、助剂1.6-3.9份、增稠剂2-6份,该发明的表面处理剂在各组分的协同作用下能够有效作用于氮化硅纤维,增强氮化硅纤维的耐高温性能,避免其在高温下发生分解而使强度产生下降,保证其作为耐高温材料的有效使用,但该发明的表面处理剂并不能较好的提高氮化硅纤维的丝束强度、耐磨性和实用性。
氮化硅纤维的发展研究相对较晚,相比较碳纤维、玻璃纤维等高性能纤维,其表面改性或上浆剂的报道较少,同时氮化硅纤维表面是由Si-OH和Si-NH基团组成,使得其对有机聚合物基质的亲和力较弱,且自身刚度大脆性强的特点,氮化硅纤维上浆剂的研制较为困难。
鉴于此,本领域迫切需要调整出一种可以提高氮化硅纤维集束性、耐磨性、硬挺度和耐弯折性的织表面处理剂。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提供了一种氮化硅纤维表面处理剂及其制备方法和应用。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种表面处理剂,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯、浸润剂和润滑剂。
优选地,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硅油、二甲基硅油、聚邻苯二甲酰胺、三羟甲基丙烷油酸酯、三油酸甘油酯、丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸异辛酯中的一种或多种。
更优选地,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、三羟甲基丙烷油酸酯和聚邻苯二甲酰胺中的任意一种。
优选地,所述浸润剂选自聚乙二醇、聚乙二醇月桂酸酯、卤代双酚A型环氧树脂和油胺聚氧乙烯醚中的任意一种。
优选地,按重量份数计,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯20-40份,浸润剂4-12份,润滑剂4-12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
更优选地,按重量份数计,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯30-40份,浸润剂6-12份,润滑剂6-12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
最优选地,按重量份数计,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯40份,浸润剂12份,润滑剂12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
本发明还提供了上述表面处理剂的制备方法,包括包括将聚四氟乙烯、浸润剂和润滑剂置于水中混合,即得。
优选地,所述混合的温度为40-45℃,混合的时间为40-50min。
优选地,所述混合时搅拌,所述搅拌的转速为60-180rpm。
本发明还提供了上述表面处理剂在制备天线罩预制体中的应用。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明制备的表面处理剂在润滑剂和浸润剂组分的协同作用下,能够有效作用于氮化硅纤维,二次上浆后氮化硅纤维的集束性、耐磨性、硬挺度、耐弯折性均得到改善,达到了氮化硅纤维的织造性能要求。
(2)本发明制备表面处理剂的配方科学,配比严谨,工艺简单,成本低,适合工业化生产,可以广泛应用。
具体实施方式
本发明中使用的原料均为普通市售产品,其中,聚乙二醇购自山东宏泰高分子材料厂,型号为PEG4000;聚乙二醇月桂酸酯购自海安(临沂)国力化工有限公司,型号为PEG400ML;卤代双酚A型环氧树脂购自合盛(广东)国际贸易有限公司,型号为EPON XY852M;油胺聚氧乙烯醚购自淄博云川化工有限公司,型号为ON-2。
实施例1
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯30份,聚乙二醇8份,聚乙烯蜡8份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、聚乙烯蜡和聚乙二醇置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为40℃,时间设置为50min,转速为120rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
实施例2
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯20份,油胺聚氧乙烯醚4份,硅油4份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、硅油和油胺聚氧乙烯醚置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为45℃,时间设置为40min,转速为60rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
实施例3
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯40份,卤代双酚A型环氧树脂12份,三羟甲基丙烷油酸酯12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、三羟甲基丙烷油酸酯和卤代双酚A型环氧树脂置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为45℃,时间设置为40min,转速为180rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
实施例4
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯25份,聚乙二醇月桂酸酯6份,聚邻苯二甲酰胺6份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、聚邻苯二甲酰胺和聚乙二醇月桂酸酯置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为45℃,时间设置为40min,转速为100rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
实施例5
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯30份,硅油2份,三羟甲基丙烷油酸酯2份,聚乙二醇4份,聚乙烯蜡8份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、硅油、三羟甲基丙烷油酸酯、聚乙二醇和聚乙烯蜡置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为40℃,时间设置为50min,转速为120rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
实施例6
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯30份,聚乙烯蜡4份,聚邻苯二甲酰胺2份,丙烯酸异辛酯2份,卤代双酚A型环氧树脂8份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、聚乙烯蜡、聚邻苯二甲酰胺、丙烯酸异辛酯和卤代双酚A型环氧树脂置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为40℃,时间设置为50min,转速为120rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
对比例1
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯50份,聚乙二醇8份,聚乙烯蜡8份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、聚乙烯蜡和聚乙二醇置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为40℃,时间设置为50min,转速为120rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
对比例2
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯30份,聚乙烯蜡16份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、聚乙烯蜡置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为40℃,时间设置为50min,转速为120rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
对比例3
一种氮化硅纤维表面处理剂,按重量份数计,由如下组分组成:聚四氟乙烯30份,聚乙二醇16份,以及加和至100重量份数的余量的水。
氮化硅纤维表面处理剂的制备方法为:将聚四氟乙烯、聚乙二醇置于水中,水浴加热并搅拌,温度设置为40℃,时间设置为50min,转速为120rpm,即得所述氮化硅纤维表面处理剂。
测试例
将实施例1-6和对比例1-3制备的表面处理剂通过油泵,对氮化硅纤维(厂家:福建立亚公司,纤维型号规格:Cansas-4103)进行二次上浆,以12KN压力进行涂覆,得到150μm厚度的涂层。
测试指标如下:
钩接强力性能测试:钩接强力实验参照标准GJB1982-94附录B《碳纤维钩接强力测定方法》进行,实验仪器为新三思CMT8502电子万能试验机,每组试样测试5次取平均值,拉伸速度10mm/min,规定钩接强力值应≥30N。
硬挺度测试:硬挺度测试参照GB/T7690.4-2013《增强材料纱线实验方法第4部分:硬挺度的测定》,纤维束试样长度500mm,将另一端加持50g砝码悬挂2min,使纱线充分伸直,过2min后,取下砝码,将纤维束中点悬挂在钢钩上,悬挂30s后记录距悬挂点60mm处的纱线间距,每组试样测试10次取平均值,要求硬挺度值为85-100mm。
耐磨性测试:耐磨性测试参考ZBW04005-89《纱线耐磨实验方法往复式磨辊法》,将180目砂纸包裹在不锈钢辊上作为摩擦棒,纤维束式样的长度450mm,使用125g砝码控制张力,偏心转轮的转速为100r/min,每种试样测试10次取平均值,要求耐磨次数≥753次。
纤维集束性测试:纤维集束性的测试采用尺规法,通过纤维直径的大小衡量纤维的集束性,测量纤维通过辊筒后直径,记录数据,每组试样测试10次取平均值,要求集束性≤2.4mm。
测试结果如表1所示。
表1测试结果
由表1数据可得:
(1)将氮化硅纤维分别涂覆由实施例1-6制备的表面处理剂,其钩接强力、硬挺度和耐磨性均增加,集束性均降低,即使将氮化硅纤维进行加捻处理,涂覆表面处理剂后,其性能也均得到改善,满足每项指标的要求。
(2)对比例1与实施例1的区别仅在于聚四氟乙烯含量不同,可以看出将氮化硅纤维涂覆对比例1制备的表面处理剂后,其硬挺度未达标。
(3)对比例2与实施例1的区别仅在于不含有浸润剂,对比例3与实施例1的区别仅在于不含有润滑剂,可以看出将氮化硅纤维分别涂覆对比例2和对比例3制备的表面处理剂后,对比例2的钩接强力和硬挺度均不达标,对比例3的硬度不达标,可以看出正是由于浸润剂和润滑剂的协同增效作用,使得涂覆实施例1-6的氮化硅纤维达到检测要求。
最后应当说明的是,以上内容仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换,均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种表面处理剂,其特征在于,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯、浸润剂和润滑剂,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、硅油、二甲基硅油、聚邻苯二甲酰胺、三羟甲基丙烷油酸酯、三油酸甘油酯、丙烯酸异辛酯和甲基丙烯酸异辛酯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的表面处理剂,其特征在于,所述润滑剂选自聚乙烯蜡、三羟甲基丙烷油酸酯和聚邻苯二甲酰胺中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的表面处理剂,其特征在于,所述浸润剂选自聚乙二醇、聚乙二醇月桂酸酯、卤代双酚A型环氧树脂和油胺聚氧乙烯醚中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的表面处理剂,其特征在于,按重量份数计,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯20-40份,浸润剂4-12份,润滑剂4-12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
5.根据权利要求4所述的表面处理剂,其特征在于,按重量份数计,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯30-40份,浸润剂6-12份,润滑剂6-12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
6.根据权利要求5所述的表面处理剂,其特征在于,按重量份数计,所述表面处理剂的原料包括聚四氟乙烯40份,浸润剂12份,润滑剂12份,以及加和至100重量份数的余量的水。
7.一种如权利要求4-6任一项所述的表面处理剂的制备方法,其特征在于,包括将聚四氟乙烯、浸润剂和润滑剂置于水中混合,即得。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述混合的温度为40-45℃,混合的时间为40-50min。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述混合时搅拌,所述搅拌的转速为60-180rpm。
10.一种如权利要求1-6任一项所述的表面处理剂或者权利要求7-9任一项所述的制备方法制备得到的表面处理剂在制备天线罩预制体中的应用。
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