连续的单纤维薄毡粘合剂体系 本发明的技术领域和工业实用性
本发明一般地涉及连续的单纤维薄毡，和更具体地涉及连续的单纤维薄毡用粘合剂体系。
【发明背景】
连续的单纤维薄毡是广泛公知的且用作纤维增强的复合部件中的一种组件。
为了制造具有连续的单纤维薄毡的纤维增强的酚醛树脂部件，必须首先生产连续的单纤维薄毡。常规地通过已知的方法，首先将浆料(sizing)引入到连续的玻璃纤维上来生产连续的纤维毡。然后使用幕涂机或一些类似地技术将聚酯粘合剂体系引入到上浆的纤维上，泛流(flood)过玻璃纤维。然后在烘箱中干燥泛流的上浆纤维，形成连续的单纤维薄毡。随后典型地通过移动毡并穿过酚醛树脂浴，用酚醛树脂润湿毡和玻璃粗纱。然后将润湿的毡和玻璃粗纱引入到加热的拉挤成型模头内。模头将毡和玻璃粗纱成型为树脂/玻璃复合物，所述复合物然后固化，形成拉挤成型的部件。
已知方法的一个问题是形成连续的单纤维薄毡所使用的聚酯粘合剂材料并不完全与形成树脂基体的酚醛树脂相容。这影响复合部件的性能。因此，高度希望制造完全与酚醛树脂浴相容的粘合剂体系，从而形成具有潜在优异性能特征的纤维增强的酚醛树脂复合部件。
发明概述
本发明的一个目的是制造完全与酚醛树脂浴相容的粘合剂体系，从而形成具有潜在优异性能特征的纤维增强的酚醛树脂复合部件。
本发明利用带有分散于泛流液体内的热活性交联剂(双氰胺)的粉化双酚环氧，所述泛流液体优选具有非离子表面活性剂、硅烷、消泡剂和水。还添加有机酸供pH控制。粉末粘合剂和泛流液体充当将大量玻璃纤维粘结成毡的体系。由于与不相容的常规不饱和聚酯粘合剂体系相比，粉化双酚环氧和热活性交联剂与酚醛树脂相容，从而获得具有改进的性能特征的拉挤成型部件。
另外，在上述方法中形成的连续单纤维薄毡也可在环氧场合中使用，利用预浸胶型方法，形成层压材料，所述层压材料随后可压机模塑，形成复合层压部件。
一旦考虑到下述详细说明和所附权利要求，并参考附图，本发明的其它目的和优点将变得显而易见。
附图的简要说明
图1是根据本发明的优选实施方案，制造连续的单纤维薄毡方法的示意图。
图2是根据本发明的优选实施方案，由图1的连续单纤维薄毡制造拉挤成型复合部件的示意图。
图3是根据本发明的另一优选实施方案，由图1的连续单纤维薄毡制造环氧预浸渍胶带的示意图。
发明详述
现参考图1，一般地以10的形式示出了形成连续单纤维薄毡50的优选组合(assembly)方法。以本领域公知的方式，通过熔化大量玻璃或其它增强材料，典型地大理石形式的增强材料，在炉14内形成一股或多股连续长丝纤维12。将施胶组合物18引入到一股或多股纤维12上。施胶组合物18优选含有与酚醛树脂相容的硅烷和润滑剂，其中通过辊涂、浸涂、泛流或通过本领域已知的任何其它方法将该组合物引入到纤维12上。下表1列出了施胶组合物18的优选组成。
然后上浆的纤维12通过一对滑轮14A和14B一起形成为连续的一股13。连续的绳股13也可分裂成多根线束或并幅布(splits)(n＝2-30)，和为了便于说明，此后称它为连续的绳股13。将连续的绳股13放置在移动带16上。然后将连续的绳股13沿移动带16移动并用连续的单纤维薄毡(“CFM”)粘合剂料浆24泛流。CFM粘合剂料浆24包括带有分散于水中的热活性交联剂的粉化聚合物粘合剂材料，其中水中含有小量百分数与酚醛树脂相容的硅烷。还将消泡剂和分散剂典型地加入到料浆中。下表2列出了料浆的优选组成。
然后将所形成的CFM粘合剂料浆24从储槽26传输到幕涂机28上，其中混合物泛流过连续的绳股13。藉助负压从绳股13中除去过量液体。然后将绳股13转移到烘箱15中，除去湿气并固化，然后在多个压机16内压制，形成粘结的单纤维薄毡50。优选烘箱15设定在约450-520°F之间。当引出时，粘结的单纤维薄毡50然后通过切刀30截断，通过刀片32切割成优选的尺寸，并辊压在纸板管34上。辊压到纸板管34上的粘结的单纤维薄毡50负载范围为粘合剂和毡总重量4-8％的CFM粘合剂。
以上形成的粘结毡50然后可以用来与多根玻璃粗纱52合并，形成复合的酚醛树脂拉挤成型部件60。这描述于图2中。首先，毡50和多根玻璃粗纱52浸渍经过酚醛树脂浴54。所使用的酚醛树脂浴是本领域公知的且与具有CFM粘合剂的毡50相容。例如，在酚醛树脂拉挤成型浴30内使用的一种优选的酚醛拉挤成型树脂是GeorgiaPacific的289D17酚醛树脂。
毡50和粗纱52然后被引入到加热的拉挤成型模头56内。加热的拉挤成型模头56使树脂/玻璃复合材料固化成复合部件60。在加热的拉挤成型模头56内的时间与温度确保所形成的复合部件60全部固化。优选在加热的拉挤成型模头56内的温度为约375至450°F，和时间足以确保充分固化的产品。
在可供替代的实施方案中，酚醛树脂浴54可以用聚氨酯浴替代。聚氨酯树脂组合物，象酚醛树脂组合物一样，与包含在毡50内的CFM粘合剂相容。在拉挤成型中有用的已知聚氨酯体系包括Dow Fulcrum技术http：//www.dow.com./fulcrum/lit.htm，它获自于Midland，MI的Dow Chemical。在加热的拉挤成型模头56内形成的聚氨酯复合部件的固化温度典型地低于酚醛树脂复合部件56，其中优选的温度为约250至350°F。
在可供替代的优选实施方案中，如图3所示，可由以上形成的毡50生产环氧型预浸渍体70。在该方法中，纤维12经过施胶组合物18和CFM料浆浴24，形成粘结的毡50，如以上的图1所述。毡50然后浸渍在环氧浴62中并在烘箱64内prestage，形成环氧预浸渍体70。优选烘箱64设定在300至400°F之间，和设定的线速度足以典型地经约5-10分钟固化环氧预浸渍体。然后在压机66内将环氧预浸渍体70的各层压制在一起，形成复合部件72。该复合部件72可在各种各样的场合，如本领域公知的电子层压材料中使用。
在由Society of Plastics Industry，Inc.主办的第43届年会中G.A.Hunter提交的1988文章“Pultruding Epoxy Resin”的表1和2中讨论了可在本发明中使用的环氧浴62的一个优选实例。
毡和粗纱材料
毡50的材料优选为连续的长丝玻璃纤维材料。这可包括s-型玻璃纤维或e-型玻璃纤维，和本领域公知的其它可商购的玻璃纤维。在本发明的优选实施方案中，使用e-型玻璃纤维。
粗纱52的材料也优选为连续的长丝玻璃纤维材料。这可包括s-型玻璃纤维或e-型玻璃纤维，和本领域公知的其它可商购的玻璃纤维。在本发明的优选实施方案中，使用e-型玻璃纤维。另外，制造玻璃粗纱材料的方法可包括本领域公知的任何方法。
施胶组合物
通过在水中混合与酚醛树脂相容的硅烷来制造施胶组合物18。然后通过添加酸如醋酸，调节所得混合物的pH到4至6。可使用的一种优选硅烷是γ-氨基丙基三甲氧基硅烷如Witco-OSI’s A-1100。将至少一种润滑剂加入到所得混合物中，和使用醋酸，再次调节pH到4至6。两种优选的润滑剂是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))-四亚乙基五胺缩合物，而185AN是用醋酸增溶的壬酸(pe/argonic)-四亚乙基五胺缩合物。下表1示出了优选的施胶组合物18。
表1：施胶组合物18 混合物用量 1000加仑 材料 最小 平均 最大 一次水(first water) 932gal. 981gal. 1030gal. 醋酸 9.03lbs 9.50lbs 9.98lbs A-1100硅烷 9.03lbs 9.50lbs 9.98lbs Cirrasol 185AE 1.43lbs 1.50lbs 1.58lbs Cirrasol 185AN 0.67lbs 0.70lbs 0.74lbs Cirrasol用水 3.6lbs 4.0lbs 4.4lbs 酸用水 560mls. 650mls. 740mls. Cirrasol用醋酸 340mls. 350mls. 360mls.
CFM粘合剂料浆
目前的粘合剂材料使用不饱和聚酯粘合剂，该粘合剂在酚醛拉挤成型体系中显示出不可接受的性能。认为聚酯粘合剂没有提供与酚醛粘合剂树脂相容的界面。本发明的CFM粘合剂体系通过提供相容界面解决了该问题。
通过在水中分散具有热活性交联剂的粉化聚合物树脂来制备CFM粘合剂料浆24。一种优选的具有热活性交联剂的粉化聚合物树脂是具有热活性双氰胺交联剂的双酚型环氧树脂，如由Reichold制造的Pretex 110。一种或多种非离子表面活性剂典型地作为分散剂和作为消泡剂添加。此外，将与酚醛树脂相容的硅烷加入到所得混合物中。优选该硅烷是Witco-OSI`s A-1100硅烷。最后，使用醋酸调节pH到4至6。下表2示出了CFM粘合剂料浆的优选组成。
表2：CFM粘合剂料浆24 材料所接收的活性非挥发性固体所接收的重量百分数 1000加仑混合物 Pretex 110100 1.32％ 110 Triton X-100100 0.010％ 0.8 醋酸 0.37％ 30.6 A-110058 0.37％ 30.6 FoamexAD-30050 0.010％ 0.8 水 97.93％ 8157 总重量 100.0％ 8330 混合固体 1.55％
尽管根据优选实施方案描述了本发明，但当然应当理解，由于尤其鉴于前述教导，本领域技术人员可进行改性，所以本发明并不限制于此。