ПРОКЛЕИВАЮЩАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ СТЕКЛОВОЛОКНА, СТЕКЛОВОЛОКНА С ЗАМАСЛИВАТЕЛЕМ И АРМИРОВАННЫЕ ИЗДЕЛИЯ, ИХ ВКЛЮЧАЮЩИЕ
ADHESIVE COMPOSITION FOR GLASS FIBRE, GLASS FIBRE WITH SIZING AGENT AND REINFORCED ARTICLES CONTAINING SAID COMPOSITION AND FIBRE

Данные родственной заявки
Настоящая заявка заявляет приоритет на основании 35 U.S.C. § 119(e) в отношении Временной Патентной Заявки Соединенных Штатов с Серийным Номером 61/002370, поданной 8 ноября 2007, которая использована здесь в качестве ссылки в полном объеме.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к проклеивающим композициям для стекловолокна, стекловолокну с замасливателем и изделиям, армированным стекловолокном с замасливателем.
Уровень техники настоящего изобретения
Действующую проклеивающую композицию для придания желаемых свойств обычно наносят на стекловолокно после получения стекловолокна. При использовании здесь, термины ″проклеивающая композиция″, ″проклейка″, ″композиция связующего″, ″связующее″ или ″клей″ относятся к композиции покрытия, наносимого на волокна после получения. В некоторых вариантах осуществления, проклеивающую композицию наносят на волокна сразу после получения. Проклеивающие композиции могут обеспечивать защиту на протяжении последующих стадий обработки, таких как стадии, где волокна проходят контактными точками, как при наматывании волокон и стеклопряжи на формирующую паковку, сушке проклеивающей композиции на водной основе или на основе растворителя для удаления воды или растворителя, скручивании из одной упаковки на бобину, направлении пряжи для размещения в очень большие упаковки, обычно используемые в качестве основы в ткани, рубке во влажных или сухих условиях, предпрядении в большие жгуты или группы стеклопряжи, разматывании для использования в качестве армирования и в других процессах.
Кроме того, проклеивающие композиции могут выполнять двойную роль при размещении на волокнах, используемых для усиления полимерных матриц в производстве композитов и других продуктов. В некоторых применениях проклеивающие композиции могут обеспечивать защиту и также могут обеспечивать совместимость между волокном и матрицей полимера или смолы. Например, в некоторых применениях стекловолокна в форме тканых и нетканых материалов, матов, ровингов и рубленых прядей комбинировали со смолами, такими как термореактивные и термопластичные смолы.
Сущность изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к водным проклеивающим композициям для стекловолокна. Более того, варианты осуществления настоящего изобретения дополнительно относятся к прядям стекловолокна, включающим, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое водной проклеивающей композицией настоящего изобретения. Пряди стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытые водной проклеивающей композицией настоящего изобретения, могут применяться в герметизации, пропитке и армировании для различных смол, включая термопластичные и/или термореактивные смолы.
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают водную проклеивающую композицию, включающую кислотно-аминовый компонент, причем кислотно-аминовый компонент, включающий молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты.
В некоторых вариантах осуществления, амин кислотно-аминового компонента включает одну или более химическую разновидность амина, обычно используемого в проклеивающих композициях для стекловолокна, включая, но не ограничиваясь, аминосилановые связующие и аминовые замасливатели. В некоторых вариантах осуществления, амин кислотно-аминового компонента включает имидазолины, алкилимидазолины, этоксилаты аминоксидов, полиаминовые производные жирных кислот или их смеси.
Более того, фосфорсодержащая кислота кислотно-аминового компонента, в некоторых вариантах осуществления, включает фосфористую кислоту, фосфорноватистую кислоту, фосфоновую кислоту, органофосфористые кислоты, фосфорную кислоту или их смеси. Кроме того, серосодержащая кислота, в некоторых вариантах осуществления, включает сульфоновую кислоту, органосульфоновые кислоты, сероводород, сернистую кислоту, серную кислоту или их смеси. В некоторых вариантах осуществления фосфорсодержащая кислота или серосодержащая кислота могут включать кислотные формы стабилизаторов, изложенных в патенте США 6207737, Шелл с сотр., который использован здесь в качестве ссылки.
Молекулы, по меньшей мере, одного амина в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения связаны с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты за счет электростатических взаимодействий, ковалентных связей, дипольных взаимодействий, водородных связей или вандерваальсовых взаимодействий или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления молекулы, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты, по меньшей мере, частично нейтрализуют молекулы, по меньшей мере, одного амина. В результате, фосфорсодержащие кислоты и/или серосодержащие кислоты, в некоторых вариантах осуществления, могут участвовать в контролировании рН водных проклеивающих композиций настоящего изобретения.
В некоторых вариантах осуществления водной проклеивающей композиции настоящего изобретения кислотно-аминовый компонент включает молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты. По меньшей мере, одна дополнительная кислота в некоторых вариантах осуществления выбирается для нейтрализации аминовых функциональностей молекул амина, которые не связаны с фосфорсодержащей кислотой и/или серосодержащей кислотой. В нейтрализации аминовых функциональностей, не связанных с фосфорсодержащей кислотой и/или серосодержащей кислотой, по меньшей мере, одна дополнительная кислота может также участвовать в контролировании рН водной проклеивающей композиции.
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна дополнительная кислота выбирается в соответствии со способностью нейтрализовать аминовые функциональности и участвовать в обеспечении желаемого рН для водной проклеивающей композиции. В одном варианте осуществления, по меньшей мере, одна дополнительная кислота включает карбоновую кислоту. Карбоновые кислоты, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, могут содержать алкановые кислоты, включая, но не ограничиваясь, муравьиную кислоту, уксусную кислоту, пропионовую кислоту, масляную кислоту, валерьяновую кислоту, капроновую кислоту, энантовую кислоту, каприловую кислоту, пеларгоновую кислоту, каприновую кислоту, лауриновую кислоту, стеариновую кислоту или их смеси. Карбоновые кислоты в других вариантах осуществления могут включать ненасыщенные карбоновые кислоты, такие как ароматические карбоновые кислоты, акриловые кислоты или их производные. В некоторых вариантах осуществления карбоновые кислоты могут включать жирные кислоты или кетокислоты, такие как пировиноградная кислота и ацетоуксусная кислота. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна дополнительная кислота включает угольную кислоту, аскорбиновую кислоту или их смеси.
В другом варианте осуществления настоящее изобретение предлагает проклеивающую композицию, включающую кислотно-аминосилановый компонент, причем кислотно-аминосилановый компонент, включающий молекулы, по меньшей мере, одного аминосилана, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты. Аминосилан может включать любой аминосилан для использования в проклеивающей композиции, известный специалисту в данной области техники. В некоторых вариантах осуществления, например, аминосилан может включать аминопропилтриалкоксисиланы, такие как γ-аминопропилтриметоксисилан и γ-аминопропилтриэтоксисилан, β-аминоэтилтриэтоксисилан, N-β-аминоэтиламино-пропилтриметоксисилан, 3-аминопропилдиметоксисилан или их смеси. Более того, фосфорсодержащие и/или серосодержащие кислоты, подходящие для связывания, по меньшей мере, с одним аминосиланом согласуются с кислотами, описанными здесь.
В некоторых вариантах осуществления кислотно-аминосилановый компонент включает молекулы, по меньшей мере, одного аминосилана, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна дополнительная кислота включает карбоновые кислоты, как описано здесь.
В некоторых вариантах осуществления кислотно-аминовый компонент, такой как кислота-аминосилан, может придавать желаемые пленкообразующие свойства проклеивающей композиции, так что количество отдельного пленкообразующего компонента в проклеивающей композиции может быть исключено или существенно уменьшено. Кислотно-аминовый компонент может участвовать в создании пленки путем обеспечения более высокой молекулярной массы химических разновидностей, включающих молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты.
В некоторых вариантах осуществления, тем не менее, проклеивающая композиция настоящего изобретения может далее включать, по меньшей мере, один пленкообразователь, который дополняет какое-либо пленкообразующее свойство, обеспеченное кислотно-аминовым компонентом. В одном варианте осуществления, например, проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один пленкообразователь и кислотно-аминовый компонент, причем кислотно-аминовый компонент, включающий молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты.
Альтернативно, поскольку кислотно-аминовые компоненты могут придавать желаемые пленкообразующие свойства проклеивающим композициям настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения не включает химические разновидности, которые в основном действуют как пленкообразователь. Кислотно-аминовый компонент может участвовать в создании пленки путем обеспечения более высокой молекулярной массы химических разновидностей, включающих молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты.
В некоторых вариантах осуществления проклеивающие композиции настоящего изобретения могут далее включать одно или более связующее, замасливатели, биоциды и/или антипенные вещества. В некоторых вариантах осуществления, где связующие и/или замасливатели включают аминовые функциональности, связующие и/или замасливатели используются в дополнение к любому аминосилану аминофункционального замасливателя, участвуя в образовании кислотно-аминового компонента.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают прядь стекловолокна, включающую, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения является первичной проклейкой. В других вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения является вторичной проклейкой. Термин ″первичная проклейка″ относится к проклеивающей композиции, наносимой на волокна сразу после образования волокна. Термин ″вторичная проклейка″ относится к проклеивающей композиции, наносимой на волокна после нанесения первичной проклейки.
В некоторых вариантах осуществления, например, проклеивающую композицию настоящего изобретения, включающую, по меньшей мере, один пленкообразователь и кислотно-аминовый компонент, наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве первичной проклейки. Проклеивающую композицию, включающую кислотно-аминовый компонент без отдельного пленкообразователя, впоследствии наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве вторичной проклейки. Альтернативно, в других вариантах осуществления, например, проклеивающую композицию настоящего изобретения, включающую кислотно-аминовый компонент без отдельного пленкообразователя, наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве первичной проклейки и проклеивающую композицию настоящего изобретения, включающую кислотно-аминовый компонент и, по меньшей мере, один пленкообразователь, впоследствии наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве вторичной проклейки.
Варианты осуществления настоящего изобретения рассматривают использование любой проклеивающей композиции, описанной здесь, в качестве первичной проклейки или вторичной проклейки. В некоторых вариантах осуществления, в которых первичная проклейка включает кислотно-аминовый компонент, впоследствии наносимая вторичная проклейка не включает кислотно-аминовый компонент. Более того, в некоторых вариантах осуществления, в которых вторичная проклейка включает кислотно-аминовый компонент, первичная проклейка, наносимая на стекловолокно, не включает кислотно-аминовый компонент.
Некоторые варианты осуществления прядей стекловолокна, включающего, по меньшей мере, одно волокно, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, могут включать непрерывные пряди или рубленые пряди. Более того, непрерывные пряди стекловолокна, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, могут наматываться в отдельную упаковку, такую как формирующая паковка или паковка прямой вытяжки.
В некоторых вариантах осуществления множество прядей стекловолокна, включающего, по меньшей мере, одно волокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, собирают в ровинги.
В другом аспекте, настоящее изобретение обеспечивает армированный стекловолокном термопластичные или термореактивные композиты. В некоторых вариантах осуществления армированные стекловолокном термопластичный или термореактивный композит включает термопластичную смолу или термореактивную смолу и, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения. Как предлагается здесь, стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, может иметь любую желаемую длину. В некоторых вариантах осуществления, стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, имеет размеры, подходящие для использования в применениях армирования длинным волокном, включая G-LFT (гранулированный длинноволоконный термопластик) и D-LFT (прямой длинноволоконный термопластик).
Любая желаемая термопластичная или термореактивная смола может быть использована со стекловолокном, по меньшей мере, частично покрытым проклеивающей композицией настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления термопластичные смолы, армированные стекловолокном настоящего изобретения, могут включать полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, полиамиды, полифениленоксид, полистиролы или полиэфиры, такие как полибутилентерефталат (ПБТ) и полиэтилентерефталат (ПЭТ). В некоторых вариантах осуществления термореактивные смолы, армированные стекловолокном настоящего изобретения, могут включать полиэфирные смолы, полиимидные смолы, фенольные смолы и эпоксидные смолы.
В одном варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает способы изготовления армированного стекловолокном термопластичного или термореактивного композита. В другом варианте осуществления способ изготовления армированного стекловолокном термопластичного или термореактивного композита включает обеспечение множества стекловолокон, по меньшей мере, частичное покрытие множества стекловолокон проклеивающей композицией настоящего изобретения и размещение множества покрытых стекловолокон в термопластичной или термореактивной смоле. Как предлагается здесь, стекловолокна могут собираться в непрерывные пряди стекловолокна. Пряди стекловолокна могут быть разрублены, оставлены непрерывными или собраны в ровинги для применений армирования.
Эти и другие варианты осуществления описываются в нижеследующем подробном описании.
Подробное описание
С целью данной спецификации, если не обозначено иначе, следует понимать, что все числа, выражающие количества ингредиентов, реакционные условия и так далее, использованные в данной спецификации, являются модифицируемыми во всех примерах посредством термина ″примерно″. Таким образом, если не обозначено противоположное, числовые параметры, изложенные в следующей спецификации, являются приближениями, которые могут варьироваться в зависимости от желаемых свойств, которые пытаются получить настоящим изобретением. По крайней мере, и не в качестве попытки ограничить применение принципа эквивалентов областью действия формулы изобретения, каждый числовой параметр следует, по меньшей мере, истолковывать в свете числа сообщенных значащих цифр и с использованием обычных методов округления.
Несмотря на то что числовые диапазоны и параметры, излагающие широкую область действия настоящего изобретения, являются приближениями, числовые величины, изложенные в специфических примерах, сообщаются как можно точнее. Любая числовая величина, однако, в своей основе содержит ошибки, неизбежно происходящие в результате стандартного отклонения, найденного в соответствующих проверочных измерениях. Более того, следует понимать, что все диапазоны, описанные здесь, заключают любой и все поддиапазоны, относящиеся к ним. Например, заявленный диапазон ″от 1 до 10″ следует рассматривать включающим любой и все поддиапазоны между (и содержащим) минимальную величину 1 и максимальную величину 10; то есть все поддиапазоны, начиная с минимальной величины 1 и более, например от 1 до 6,1, и заканчивая максимальной величиной 10 или менее, например от 5,5 до 10. Кроме того, любую ссылку, на которую ссылаются как ″включена здесь″, следует понимать как включенную во всей полноте.
При использовании в данной спецификации, формы единственного числа включают множественные объекты ссылки, если  определенно и недвусмысленно не ограничиваются одним объектом ссылки.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к новым проклеивающим композициям для стекловолокна. Проклеивающие композиции, описанные здесь, в основном относятся к водным проклеивающим композициям. Некоторые варианты осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения совместимы с многообразием смол, включая термореактивные смолы, термопластические смолы и/или другие полимерные смолы. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения также относятся к прядям стекловолокна, покрытого проклеивающими композициями. Кроме того, некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к продуктам, которые включают пряди стекловолокна, таким как армированные волокном полимерные материалы.
Настоящее изобретение будет описано в основном в контексте его использования в данной продукции, сборки и применения стекловолокна. Однако любому специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение может быть полезно при обработке других текстильных материалов.
Некоторые варианты осуществления прядей стекловолокна настоящего изобретения могут иметь различные свойства. Например, некоторые варианты осуществления прядей стекловолокна могут быть, по меньшей мере, частично покрытыми проклеивающей композицией настоящего изобретения, приводя к тому, что, по меньшей мере, частично покрытые пряди стекловолокна являются совместимыми с рядом смол, при этом демонстрируя приемлемые уровни сломанных нитей, желаемую прочность на истирание и/или желаемую целостность пряди, так же как и другие свойства.
В некоторых вариантах осуществления настоящее изобретение обеспечивает проклеивающую композицию, включающую кислотно-аминовый компонент, причем кислотно-аминовый компонент, включающий молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты.
Амин кислотно-аминового компонента, в некоторых вариантах осуществления, включает любой амин, имеющий одну или более аминогруппу, действующую с образованием связи с фосфорсодержащей кислотой или серосодержащей кислотой. В некоторых вариантах осуществления амин включает первичный амин, вторичный амин или третичный амин или их смеси.
В некоторых вариантах осуществления амин кислотно-аминового компонента включает одну или более химическую разновидность амина, обычно используемого в проклеивающих композициях для стекловолокна, включая аминосилановые связующие и аминовые замасливатели. В некоторых вариантах осуществления амин кислотно-аминового компонента включает аминосиланы, имидазолины, алкилимидазолины, этоксилата аминоксиды, полиэтиленимин, полиаминовые производные жирной кислоты или их смеси. Подходящие аминосиланы могут включать любой аминосилан для использования в проклеивающих композициях, известных специалисту в данной области техники. В одном варианте осуществления, например, аминосилан может включать аминопропилтриалкоксисиланы, такие как γ-аминопропилтриметоксисилан и γ-аминопропилтриэтоксисилан, β-аминоэтилтриэтоксисилан, N-β-аминоэтиламинопропилтриметоксисилан, 3- аминопропилдиметоксисилан или их смеси.
Кислота кислотно-аминового компонента, в некоторых вариантах осуществления, может включать фосфорсодержащую кислоту. Атом фосфора фосфорсодержащей кислоты, в некоторых вариантах осуществления, может находиться в любом из состояний окисления 3, 4 или 5. В других вариантах осуществления атом фосфора фосфорсодержащей кислоты не находится в наивысшем состоянии окисления, равном 5. Фосфорсодержащая кислота в некоторых вариантах осуществления включает фосфористую кислоту, фосфорноватистую кислоту, гипофосфорную кислоту, фосфоновую кислоту, фосфорную кислоту или фосфорорганические кислоты.
Фосфорорганические кислоты, подходящие для использования в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, могут включать соединения формулы (I)
1
2
в которой R представляет собой -алкил, -алкенил, -алкинил, -циклоалкил, -циклоалкенил, -гетероцикл, -арил или -гетероарил и R представляет собой -водород, -алкил, -алкенил, -алкинил, -циклоалкил, -циклоалкенил, -гетероцикл, -арил или -гетероарил.
В другом варианте осуществления фосфорорганические кислоты, подходящие для использования в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, могут включать соединения формулы (II)
3
4
в которой R и R независимо выбраны из группы, состоящей из -водорода, -алкила, -алкенила, -алкинила, -циклоалкила, -циклоалкенила, -гетероцикла, -арила или -гетероарила.
Фосфорорганические кислоты в некоторых вариантах осуществления могут включать фенилфосфиновую кислоту, дифенилфосфиновую кислоту, 4-метоксифенилфосфоновую кислоту, 4-гидроксифенилфосфоновую кислоту, 4-гидроксибутилфосфоновую кислоту, бензилгидрилфосфоновую кислоту, бензилфосфоновую кислоту, бутилфосфоновую кислоту, додецилфосфоновую кислоту, гептадецилфосфоновую кислоту, метилбензилфосфоновую кислоту, нафтилметилфосфоновую кислоту, октадецилфосфоновую кислоту, октилфосфоновую кислоту, пентилфосфоновую кислоту, фенилфосфоновую кислоту, стиролфосфоновую кислоту или их смеси.
В некоторых вариантах осуществления кислота кислотно-аминового компонента может включать серосодержащую кислоту. Атом серы серосодержащей кислоты, в некоторых вариантах осуществления, может находиться в любом из состояний окисления 2, 4 или 6. В других вариантах осуществления атом серы серосодержащей кислоты не находится в наивысшем состоянии окисления, равном 6. Серосодержащая кислота в некоторых вариантах осуществления включает сульфоновую кислоту, сульфоноорганические кислоты, сероводород, сернистую кислоту, серную кислоту и их смеси.
В некоторых вариантах осуществления кислотно-аминовый компонент включает молекулы, по меньшей мере, одного амина, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты и, по меньшей мере, одной дополнительной кислоты. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, одна дополнительная кислота включает карбоновую кислоту, как описано в настоящей заявке.
Молекулы, по меньшей мере, одного амина, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, связаны с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты за счет электростатических взаимодействий, ковалентных связей, водородных связей, дипольных взаимодействий или вандерваальсовых взаимодействий или их комбинаций. В одном варианте осуществления, например, молекулы, по меньшей мере, одного амина связаны с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты посредством электростатических взаимодействий, как показано в формуле (III).
1
4
в которой R-R независимо выбраны из группы, состоящей из -водорода, -алкила, -алкенила, -алкинила, -циклоалкила, -циклоалкенила, -гетероцикла, -арила или -гетероарила. Не желая быть связанными какой-либо теорией, полагают, что фосфорсодержащая кислота обеспечивает электрофильный ион водорода для аминогруппы, чтобы нейтрализовать аминогруппу во взаимодействии кислота Льюиса-основание. Перенос водорода помещает положительный заряд на азоте аминогруппы, посредством этого содействуя образованию электростатического взаимодействия с диссоциированной фосфорсодержащей кислотой. При нейтрализации основности аминовой функциональности, молекулы фосфорсодержащей и/или серосодержащей кислоты могут участвовать в контролировании рН водной проклеивающей композиции.
В некоторых вариантах осуществления молекула амина кислотно-аминового комплекса включает единственную аминовую функциональность для связи с фосфорсодержащей кислотой или серосодержащей кислотой. В некоторых вариантах осуществления молекула амина включает множество аминовых функциональностей для связи с одной или множеством молекул фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты.
В некоторых вариантах осуществления, например, молекулы фосфорсодержащей и/или серосодержащей кислоты нейтрализуют в основном все аминовые функциональности аминовых молекул. В других вариантах осуществления молекулы фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты нейтрализуют существенно менее чем все аминовые функциональности аминовых молекул.
В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения включает стехиометрические соотношения молекул фосфорсодержащей и/или серосодержащей кислоты к молекулам амина. В других вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения включает нестехиометрические соотношения молекул фосфорсодержащей и/или серосодержащей кислоты к молекулам амина.
В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение молекул фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты к молекулам амина основано на молярном количестве аминовых функциональных групп, присутствующих в молекулах амина. В таких вариантах осуществления, например, молярное соотношение фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты к амину определяется в соответствии с формулой (IV):
В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение, определяемое в соответствии с формулой (IV), составляет примерно менее 1. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение, определяемое в соответствии с формулой (IV), составляет примерно менее 0,75 или примерно менее 0,5. В некоторых вариантах осуществления молярное соотношение, определяемое в соответствии с формулой (IV), составляет примерно менее 0,25 или примерно менее 0,10. В других вариантах осуществления молярное соотношение, определяемое в соответствии с формулой (IV), составляет примерно более 1. В одном варианте осуществления молярное соотношение, определяемое в соответствии с формулой (IV), составляет примерно более 2 или примерно более 3.
В действии формулы (IV), например, молекула амина может включать две аминовые функциональные группы. Следовательно, если один моль молекул амина предлагается в проклеивающей композиции, то присутствуют два моля аминовых функциональных групп. Более того, если один моль фосфорсодержащей кислоты добавляют к проклеивающей композиции, включающей молекулы амина, и не добавляют моли серосодержащей кислоты, формула (IV) становится (1+0)/2, что обеспечивает молярное соотношение фосфорсодержащей кислоты к амину, равное 0,5.
Проклеивающая композиция в некоторых вариантах осуществления включает кислотно-аминовый компонент в количестве примерно до 100 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. Проклеивающая композиция может включать кислотно-аминовый компонент в количестве примерно до 80 массовых процентов в некоторых вариантах осуществления или примерно до 60 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества в других вариантах осуществления. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция включает кислотно-аминовый компонент в количестве примерно более 1 массового процента на основе суммарного сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция включает кислотно-аминовый компонент в количестве примерно более 10 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В одном варианте осуществления проклеивающая композиция включает кислотно-аминовый компонент в количестве примерно более 40 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция может включать любое количество кислотно-аминового компонента, эффективное для придания желаемых свойств проклеивающей композиции.
Как описано здесь, кислотно-аминовый компонент водной проклеивающей композиции, в некоторых вариантах осуществления, включает кислотно-аминосилановй компонент, причем кислотно-аминосилановй компонент, включающий молекулы, по меньшей мере, одного аминосилана, связанного с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты. Молекулы, по меньшей мере, одного аминосилана связаны с молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты путем электростатических взаимодействий, ковалентных связей, диполь-дипольных взаимодействий, водородных связей или вандерваальсовых взаимодействий или их комбинацией. В некоторых вариантах осуществления молекулы, по меньшей мере, одного аминосилана, по меньшей мере, частично нейтрализуются молекулами, по меньшей мере, одной фосфорсодержащей кислоты и/или серосодержащей кислоты при образовании кислотно-аминосиланового компонента. В одном варианте осуществления, например, фосфорсодержащая кислота, включающая кислотную форму стабилизатора, может, по меньшей мере, частично нейтрализовать аминосилан способом, удовлетворяющим способ, предложенный формулой (III) выше.
Неограничивающие примеры коммерчески приемлемых аминосиланов включают А-1100 γ-аминопропилтриэтоксисилан, А-1120 N-(β-аминоэтил)-γ-аминопропилтриметоксисилан и другие аминофункциональные силаны в ряду А-1100 от Osi Specialties, так же как и DYNASYLANAMEO 3-аминопропилтриэтоксисилан от Degussa AG из Дюссельдорфа, Германия.
Проклеивающие композиции настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления, могут дополнительно включать, по меньшей мере, один пленкообразователь, способный дополнить пленкообразующие свойства кислотно-аминового компонента. В некоторых вариантах осуществления проклеивающие композиции настоящего изобретения могут включать множество пленкообразователей. Любой пленкообразователь, известный специалисту в данной области техники, не противоречащий целям настоящего изобретения, может быть использован. Подходящие пленкообразователи, в некоторых вариантах осуществления, например, могут быть совместимы с одной или более полимерными смолами.
Выбор пленкообразователя может зависеть от армируемой полимерной смолы, чтобы улучшить совместимость между смолой и стекловолокном, покрытым проклеивающей композицией, включающей пленкообразователь. Кроме того, выбор пленкообразователя может зависеть от типа проклеиваемого волокна.
Ряд пленкообразователей может быть использован в различных вариантах осуществления настоящего изобретения. Неограничивающие примеры пленкообразователей для использования в различных вариантах осуществления настоящего изобретения включают химически модифицированные полиолефины, полиуретаны, эпоксиды или смеси их водных дисперсий. В некоторых вариантах осуществления пленкообразователи могут включать полиакрилаты, полиэфиры или поливинилацетаты.
Пленкообразователь, включающий химически модифицированный полиолефин, в некоторых вариантах осуществления, предлагается в виде водной эмульсии. Термин ″химически модифицированный полиолефин″ относится к полиолефинам, модифицированным кислотой или ангидридом кислоты, или аморфным, или кристаллическим, таким как производимые способом, детализированным в патенте США № 3416990, в патенте США № 3437550 и в патенте США № 3483276, каждый из которых использован здесь в качестве ссылки. Описание данных полиолефинов, их модификация и эмульгация могут быть найдены в патенте США № 5130197, который использован здесь в качестве ссылки.
Примером кристаллического карбоксилированного полипропиленового полимера, используемого в качестве пленкообразователя в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, является смола типа HERCOPRIME, коммерчески доступная от Hercules, Inc. Of Bloomington, Del. Примером аморфного карбоксилированного полипропиленового полимера является смола EPOLENE E-43, коммерчески доступная от Westlake Chemical Corporation of Longview, TX. Другим подходящим пленкообразующим материалом является водная эмульсия смолы EPOLENE E-43, коммерчески доступная от Byk-Cera под торговым обозначением эмульсия Novacer 1841. CHEMCOR 43C30 водная эмульсия карбоксилированного полипропиленового полимера, коммерчески доступная от Chemical Corporation of America, является другим примером пленкообразователя, подходящего для использования в некоторых вариантах осуществления. Другой коммерчески доступной версией водной эмульсии полиолефина, используемой в качестве пленкообразователя в некоторых вариантах осуществления, является карбоксилированный аморфный полипропилен от National Starch, Procter Division, продаваемый под торговым обозначением полипропиленовая эмульсия Protolube RL-5440. Другим подходящим пленкообразователем является водная эмульсия полипропилена с привитым высокомолекулярным малеиновым ангидридом, коммерчески доступная от DSM, B.V. Нидерланды, под торговым обозначением Neoxil 605.
Подходящие пленкообразователи для некоторых вариантов осуществления включают полиуретаны. Полиуретановые пленкообразующие материалы, в некоторых вариантах осуществления, являются пригодными для применений армирования полиамидных смол. В некоторых вариантах осуществления полиуретановые пленкообразующие композиции предлагаются в виде водных дисперсий, таких как, например, WITCOBOND серии, предлагаемые Crompton Corporation-Uniroyal Chemical, включая, но не ограничиваясь, WITCOBOND W-290H и WITCOBOND W-296. Дополнительные примеры коммерчески доступных полиуретановых водных дисперсий включают Aquathane 516 от Reichhold Chemical Company и Hydrosize U2-01 от Hydrosize Technologies, Inc.
В некоторых вариантах осуществления полиуретановые пленкообразователи включают водные растворы полиуретановых полимеров, полученных реакцией между органическим изоцианатом или полиизоцианатом и органическим полигидроксилированным соединением, или полиэфиром с концевой гидроксильной группой, или полимером сложного полиэфира. Полиуретановая дисперсия может содержать сшивающую группу, в некоторых вариантах осуществления.
Другим примером подходящего полиуретана является водная эмульсия полиэфир-полиуретана NAJ-1037 от Bayer Chemical. Кроме того, полиуретан может быть частью дисперсии, включающей полиуретан и блокированный изоцианат. Например, следующие эмульсии полиуретан/блокированный изоцианат могут быть подходящими для использования в проклеивающих композициях настоящего изобретения: WITCOBOND 60X (Crompton), Baybond 403 (Bayer), Baybond PU-130 (Bayer), Baybond XP-7055 (Bayer), Nopco D641 (Henkel), Neoxil 6158 (DSM) и Vestanat EP-DS-1205 (Degussa).
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один пленкообразователь может включать эпоксидные композиции. Эпоксидные пленкообразующие материалы, в некоторых вариантах осуществления, являются полезными в применениях армирования полиэтилена или полибутилентерефталата. Подходящие эпоксидные композиции для использования в качестве пленкообразователей, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, включают EPON эпоксиды и EPI-REZ эпоксиды, коммерчески доступные от Hexion Specialty Chemicals, Колумбия, Огайо.
Проклеивающие композиции настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления, включают, по меньшей мере, один пленкообразователь в количестве примерно до 85 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В других вариантах осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один пленкообразователь в количестве примерно до 75 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один пленкообразователь в количестве примерно до 60 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления, проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один пленкообразователь в количестве примерно до 50 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В другом варианте осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один пленкообразователь в количестве примерно более 5 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества.
Некоторые варианты осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения дополнительно включают одно или более неаминофункциональное связующее в добавление к любому аминофункциональному связующему, участвующему в образовании кисотно-аминового компонента. Неограничивающие примеры неаминофункциональных связующих включают γ-изоцианатопропилтриэтоксисилан, винил-триметоксисилан, винил-триэтоксисилан, аллил-триметоксисилан, меркаптопропилтриметоксисилан, меркаптопропилтриэтоксисилан, глицидоксипропилтриэтоксисилан, глицидоксипропилтриметоксисилан, 4,5-эпоксициклогексил-этилтриметоксисилан, хлорпропилтриметоксисилан и хлорпропилтриэтоксисилан.
Неограничивающие варианты осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения могут также включать множество связующих, некоторые из которых могут участвовать в образовании кисотно-аминового компонента, и другие, которые не участвуют в образовании кисотно-аминового компонента. Использование многочисленных связующих может преимущественно приводить к проклеивающей композиции, которая является совместимой с разнообразием смол, включая термореактивные смолы, термопластические смолы и другие смолы. Количество и тип каждого связующего, используемого в проклеивающей композиции настоящего изобретения, могут быть выбраны на основании совместимости смолы, влияния на свойства прядей стекловолокна (например, меньше сломанных нитей, сопротивление истиранию, целостность пряди и трение пряди) и совместимости с другими компонентами проклеивающей композиции.
В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения включает, по меньшей мере, одно связующее в количестве примерно до 40 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В другом варианте осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, одно связующее в количестве примерно до 25 массовых процентов или примерно до 15 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, одно связующее в количестве примерно до 10 массовых процентов или примерно до 5 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В других вариантах осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, одно связующее в количестве примерно до 3 массовых процентов или примерно до 1 массового процента на основе суммарного сухого вещества. Вышеупомянутые количества относятся к связующему в проклеивающей композиции, которое не участвует в образовании кислотно-аминового компонента.
В одном варианте осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения не включает связующее.
В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения может дополнительно включать, по меньшей мере, один замасливатель. Любой замасливатель, известный специалисту в данной области техники, не противоречащий целям настоящего изобретения, может быть использован. Замасливатели могут использоваться, например, в проклеивающих композициях настоящего изобретения, чтобы способствовать внутренней смазке (например, истирание волокна о волокно) и способствовать внешней смазке (например, истирание стекла о точку контакта). В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один замасливатель может включать, по меньшей мере, один катионный замасливатель. В других вариантах осуществления, по меньшей мере, один замасливатель может включать, по меньшей мере, один неионный замасливатель. В дальнейшем варианте осуществления, по меньшей мере, один замасливатель может включать, по меньшей мере, один катионный замасливатель и, по меньшей мере, один неионный замасливатель.
Катионные замасливатели могут использоваться в вариантах осуществления настоящего изобретения, например, чтобы способствовать внутренней смазке, такой как уменьшение истирания нити о нить или стекло о стекло. В общем, большинство катионных замасливателей, известных специалистам в данной области техники, могут быть использованы в вариантах осуществления настоящего изобретения. Неограничивающие примеры катионных замасливателей, подходящих для использования в проклеивающих композициях настоящего изобретения, включают замасливатели с аминогруппами, замасливатели с этоксилированными аминоксидами и замасливатели с этоксилированными жирными амидами. Неограничивающим примером замасливателя с аминогруппой является модифицированный полиэтиленимин, например EMERY 6717, который является частично амидированным полиэтиленимином, коммерчески доступным от Pulcra Chemicals of Charlotte, NC. Другим примером катионного замасливателя, используемого в вариантах осуществления настоящего изобретения, является ALUBRASPIN 226, который является частично амидированным полиэтиленимином, коммерчески доступным от BASF Corp. of Parsippany, Нью Джери.
В некоторых вариантах осуществления замасливатель включает один или более частичный сложный эфир сополимера разветвленной карбоновой кислоты. Частичный сложный эфир и его производные являются полимерами с боковыми углеводородными и этоксилированными эфирными звеньями. Коммерчески доступной версией подходящего частичного сложного эфира сополимера разветвленной карбоновой кислоты является частичный сложный эфир от Akzo Chemie America, Чикаго, Иллинойс, под торговым обозначением Ketjenlube 522 (раньше продаваемый как DAPRAL GE 202 частичный сложный эфир).
Неионные замасливатели, в некоторых вариантах осуществления, включают, по меньшей мере, один парафин. Примеры парафинов, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают полиэтиленовый парафин, товарный парафин, полипропиленовый парафин, микрокристаллические парафины и окисленные производные данных парафинов. Одним примером полиэтиленового парафина, подходящего для использования в настоящем изобретении, является Protolube HD-A, который является полиэтиленовым парафином высокой плотности, коммерчески доступный от Bayer Corporation of Pittsburg, Pa. Примером товарного парафина, подходящего для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения, является Elon PW, который является эмульсией товарного парафина, коммерчески доступной от Elon Specialties of Concord, N.C.
Как предлагается здесь, в некоторых вариантах осуществления, замасливатели, включающие еще одну аминовую функциональность, могут участвовать в образовании кислотно-аминового компонента.
Проклеивающая композиция в некоторых вариантах осуществления включает, по меньшей мере, один замасливатель в количестве примерно до 10 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В другом варианте осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один замасливатель в количестве примерно до 5 массовых процентов на основе суммарного сухого вещества. В дальнейшем варианте осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один замасливатель в количестве примерно менее 1 массового процента на основе суммарного сухого вещества. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция включает, по меньшей мере, один замасливатель в количестве, по меньшей мере, 1 массовый процент на основе суммарного сухого вещества. Вышеупомянутые количества относятся к замасливателю в проклеивающей композиции, который не участвует в образовании кислотно-аминового компонента.
В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения может дополнительно включать, по меньшей мере, один биоцид. Биоцид может быть добавлен в качестве меры предосторожности, чтобы предотвратить возможные проблемы, связанные с дрожжами, плесенью, аэробными бактериями и другими биологическими продуктами. Любые биоциды, известные специалистам в данной области техники для контроля роста органики в проклеивающих композициях для стекловолокна, могут, как правило, использоваться в вариантах осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения. Неограничивающие примеры биоцидов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают оловоорганические биоциды, метилентиоционатные биоциды, нитробиоциды и хлорированные и бромированные соединения. Неограничивающим примером коммерчески доступного биоцида для использования в вариантах осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения является Bioban BP-30 от Dow Chemical или Parmetol DF35 от Schulke and Mayr.
В некоторых вариантах осуществления проклеивающие композиции настоящего изобретения имеют рН, находящийся в диапазоне примерно от 5,0 до 10,5. В других вариантах осуществления проклеивающие композиции настоящего изобретения имеют рН, находящийся в диапазоне примерно от 6,0 до 8,0. В некоторых вариантах осуществления проклеивающие композиции настоящего изобретения могут иметь рН примерно менее 5,0 или примерно более 10,5. рН проклеивающей композиции, в некоторых вариантах осуществления, регулируют, чтобы попадать в пределы любого из вышеупомянутых диапазонов рН.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения предлагают пряди из стекловолокна, включающие, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция настоящего изобретения является первичной проклеивающей композицией.
В некоторых вариантах осуществления, например, проклеивающую композицию настоящего изобретения, включающую, по меньшей мере, один пленкообразователь и, по меньшей мере, один кислотно-аминовый компонент, наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве первичной проклеивающей композиции. Проклеивающую композицию, включающую кислотно-аминовый компонент без отдельного пленкообразователя, впоследствии наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве вторичной проклеивающей композиции. Альтернативно, в других вариантах осуществления, например, проклеивающую композицию настоящего изобретения, включающую кислотно-аминовый компонент без отдельного пленкообразователя, наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве первичной проклейки и проклеивающую композицию настоящего изобретения, включающую кислотно-аминовый компонент, и, по меньшей мере, один пленкообразователь, впоследствии наносят, по меньшей мере, на одно стекловолокно в качестве вторичной проклейки.
Пряди стекловолокна, включающие, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, в некоторых вариантах осуществления, могут включать рубленые пряди. Рубленые пряди стекловолокна, в некоторых вариантах осуществления, могут иметь длину, лежащую в диапазоне примерно от 3 мм до 25 мм. В других вариантах осуществления рубленые пряди стекловолокна могут иметь длину, лежащую в диапазоне примерно от 5 мм до 25 мм. В другом варианте осуществления рубленые пряди стекловолокна имеют длину примерно менее 5 мм или более 25 мм.
Некоторые варианты осуществления прядей стекловолокна, включающих, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, могут включать непрерывные пряди. Более того, непрерывные пряди стекловолокна, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, могут наматываться в одиночную паковку, такую как формирующая паковка или паковка прямой вытяжки. В некоторых вариантах осуществления множество прядей стекловолокна, включающих, по меньшей мере, одно волокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, собирают в ровинги.
Специалистам в данной области техники следует понимать, что настоящее изобретение может быть внедрено в производство, сборку и применение ряда стекловолокон. Любые стекловолокна, известные специалисту в данной области техники, не противоречащие целям настоящего изобретения, могут быть использованы.
Проклеивающие композиции настоящего изобретения могут наноситься на стекловолокно подходящими методами, известными специалистам в данной области техники, но не ограничиваясь, такими как контактирование стекловолокна со статическим или динамическим аппликатором, таким как роликовый или конвейерный аппликатор, или распыление, или другими средствами. Общую концентрацию нелетучих компонентов в проклеивающей композиции можно регулировать в широком диапазоне, в соответствии с используемыми способами нанесения, характеристикой проклеиваемого стекловолокна и массой высушенного клеевого покрытия, желаемого для намеченного использования стекловолокна с замасливателем. В некоторых вариантах осуществления проклеивающая композиция может наноситься на стекловолокно в процессе получения волокон.
Количество проклеивающей композиции на стекловолокне может быть измерено как ″потеря веса на прокаливание″, или ″LOI″. При использовании здесь, термин ″потеря веса на прокаливание″, или ″LOI″ означает массовый процент высушенной проклеивающей композиции, присутствующей на стекловолокне, и определяется уравнением 1:
LOI=100×[(W<sub>сухое</sub>-W<sub>голое</sub>)/W<sub>сухое</sub>]
Уравнение 1
сухое
голое
в котором W представляет собой массу стекловолокна плюс массу покрытия после сушки в печи при 220°F (примерно 104°С) в течение 60 минут и W представляет собой массу голого стекловолокна после нагревания стекловолокна в печи при 1150°F (примерно 621°С) в течение 20 минут и охлаждения до комнатной температуры в эксикаторе.
В некоторых вариантах осуществления пряди стекловолокна настоящего изобретения имеют LOI в диапазоне примерно от 0,05 до 1,5. В другом варианте осуществления пряди стекловолокна настоящего изобретения имеют LOI в диапазоне примерно от 0,1 до 0,5. В дальнейшем варианте осуществления пряди стекловолокна настоящего изобретения имеют LOI примерно 0,4.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к армированным стекловолокном термопластическим или термореактивным композитам. В некоторых вариантах осуществления армированные стекловолокном термопластические или термореактивные композиты включают термопластические или термореактивные смолы и, по меньшей мере, одно стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления термопластические смолы, армированные стекловолокном настоящего изобретения, включают полиолефины, такие как полиэтилен и полипропилен, полиамиды, полифениленоксид, полистиролы, или сложные полиэфиры, такие как полибутилентерефталат (ПБТ) и полиэтилентерефталат (ПЭТ). В некоторых вариантах осуществления термореактивные смолы, армированные стекловолокном настоящего изобретения, включают смолы полиэстера, полиимидные смолы, фенольные смолы и эпоксидные смолы.
Стекловолокна могут быть использованы для армирования полимерных матриц в любых процессах формования, известных специалистам в данной области техники, использующих рубленую прядь, непрерывную прядь или их смесь. Например, рубленые пряди волокна могут смешиваться с матрицей расплава полимерной смолы. Композитный расплав может быть впоследствии сформован, чтобы получить полимерную часть или устройство определенной формы. В некоторых вариантах осуществления стекловолокна смешивают с матрицей полимерной смолы в сухую порошкообразную смесь.
Стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытые проклеивающей композицией настоящего изобретения, могут иметь любую желаемую длину. В некоторых вариантах осуществления стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытые проклеивающей композицией настоящего изобретения, имеют размеры, подходящие для использования в применениях армирования длинным волокном, включая G-LFT (гранулированный длинноволоконный термопластик) и D-LFT (прямой длинноволоконный термопластик). В некоторых вариантах осуществления армированных волокном термопластических композитов, стекловолокна имеют соотношение геометрических размеров, находящееся в диапазоне примерно от 5 до 50. При использовании здесь, ″соотношение геометрических размеров″ относится к длине стекловолокна, деленной на диаметр стекловолокна. В некоторых вариантах осуществления стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, имеет соотношение геометрических размеров, по меньшей мере, равное 100 или, по меньшей мере, равное 200.
В некоторых вариантах осуществления армированный волокном термопластический или термореактивный композит включает любое желаемое количество стекловолокон, по меньшей мере, частично покрытых проклеивающей композицией настоящего изобретения. В одном варианте осуществления множество стекловолокон могут присутствовать в количестве примерно до 90 массовых процентов композита. В другом варианте осуществления множество стекловолокон присутствуют в количестве примерно до 80 массовых процентов композита. В некоторых вариантах осуществления множество стекловолокон присутствуют в количестве примерно до 65 массовых процентов композита. В некоторых вариантах осуществления множество стекловолокон присутствуют в количестве примерно более 10 массовых процентов композита. В некоторых вариантах осуществления множество стекловолокон присутствуют в количестве примерно более 20 массовых процентов композита. В другом варианте осуществления множество стекловолокон присутствуют в количестве примерно больше 30 массовых процентов композита.
Варианты осуществления настоящего изобретения также предлагают способы изготовления армированного стекловолокном термопластического или термореактивного композита. В одном варианте осуществления способ изготовления армированного стекловолокном термопластического или термореактивного композита включает обеспечение множества стекловолокон, по меньшей мере, частичное покрытие множества стекловолокон проклеивающей композицией настоящего изобретения и размещение множества покрытых стекловолокон в термопластической или термореактивной смоле. Как предлагается здесь, стекловолокна могут быть собраны в непрерывные пряди стекловолокна. Пряди стекловолокна могут быть нарублены, оставаться непрерывными или собираться в ровинги для применений термопластического или термореактивного армирования.
Некоторые примерные варианты осуществления настоящего изобретения будут проиллюстрированы в следующих специфических, неограничивающих примерах.
ПРИМЕР 1
Неограничивающий вариант осуществления проклеивающей композиции настоящего изобретения готовили в соответствии со следующей рецептурой:
Проклеивающая рецептура (20 литров)
Компонент
Количество (г)
% Твердого вещества
Деминерализованная вода
7000
0
Уксусная кислота (80%)
87,2
0
Силан<sup>1</sup>
523,3
36,13
Фосфорноватистая кислота (50%)
156,0
8,67
Пленкообразователь<sup>2</sup>
1367,5
53,20
Замасливатель<sup>3</sup>
18,0
2,00
Биоцид<sup>4</sup>
0,018
0,0007
Деминерализованная вода до требуемого объема
10847,9
0
<sup>1</sup>DYNASYLAN AMEO 3-аминопропилтриэтоксисилан от Degussa AG, Дюссельдорф, Германия
<sup>2</sup>Neoxil 604 от DSM, B.V., Нидерланды
<sup>3</sup>DAPRAL GE 202 от Akzo Chemie, Чикаго, Иллинойс
<sup>4</sup>PARMETOL DF35 от Schulke and Mayer
Проклеивающую композицию из примера 1 готовили, добавляя примерно 7 литров деминерализованной воды в основной смесительный резервуар с перемешивающим устройством. В основной смесительный резервуар добавляли заданное количество уксусной кислоты и полученный в результате раствор перемешивали в течение пяти минут. После перемешивания в основной смесительный резервуар добавляли заданное количество аминосилана и полученный в результате раствор перемешивали в течение 10 минут. Затем в основной смесительный резервуар добавляли заданное количество фосфорноватистой кислоты и полученный в результате раствор перемешивали в течение 10 минут. Добавление фосфорноватистой кислоты в основной смесительный резервуар вызывало образование кислотно-аминового компонента, включающего в себя аминосилан и фосфорноватистую кислоту.
Затем в смесительный резервуар с перемешиванием добавляли заданное количество пленкообразователя. В резервуар предварительного перемешивания добавляли горячую воду и в резервуар предварительного перемешивания добавляли заданное количество замасливателя. Затем полученную в результате смесь перемешивали в течение 10 минут, чтобы диспергировать замасливатель. Затем дисперсию замасливателя добавляли в основной смесительный резервуар. В основной смесительный резервуар добавляли заданное количество биоцида и добавляли деминерализованную воду до объема рецептуры 20 литров. Приготовленная проклеивающая композиция имела рН примерно 7,5.
ПРИМЕР 2
Неограничивающий вариант осуществления проклеивающей композиции настоящего изобретения готовили согласно следующей ниже рецептуре:
Проклеивающая рецептура (20 литров)
Компонент
Количество (г)
% Твердого вещества
Деминерализованная вода
7000
0
Уксусная кислота (80%)
87,2
0
Силан<sup>1</sup>
523,3
24,07
Фосфорноватистая кислота (50%)
156,0
5,78
Пленкообразователь<sup>2</sup>
2655,0
68,82
Замасливатель<sup>3</sup>
18,0
1,33
Биоцид<sup>4</sup>
0,018
0,0005
Деминерализованная вода до требуемого объема
9560,4
0
<sup>1</sup>DYNASYLAN AMEO 3-аминопропилтриэтоксисилан от Degussa AG, Дюссельдорф, Германия
<sup>2</sup>Neoxil 604 от DSM, B.V., Нидерланды
<sup>3</sup>DAPRAL GE 202 от Akzo Chemie, Чикаго, Иллинойс
<sup>4</sup>PARMETOL DF35 от Schulke and Mayer
Проклеивающую композицию из примера 2 готовили, добавляя примерно 7 литров деминерализованной воды в основной смесительный резервуар с перемешивающим устройством. В основной смесительный резервуар добавляли заданное количество уксусной кислоты и полученный в результате раствор перемешивали в течение пяти минут. После перемешивания в основной смесительный резервуар добавляли заданное количество аминосилана и полученный в результате раствор перемешивали в течение 10 минут. Затем в основной смесительный резервуар добавляли заданное количество фосфорноватистой кислоты и полученный в результате раствор перемешивали в течение 10 минут. Добавление фосфорноватистой кислоты в основной смесительный резервуар вызывало образование кислотно-аминового компонента, включающего в себя аминосилан и фосфорноватистую кислоту, как установлено здесь.
Затем в смесительный резервуар с перемешиванием добавляли заданное количество пленкообразователя.
В резервуар предварительного перемешивания добавляли горячую воду и в резервуар предварительного перемешивания добавляли заданное количество замасливателя. Затем полученную в результате смесь перемешивали в течение 10 минут, чтобы диспергировать замасливатель. Затем дисперсию замасливателя добавляли в основной смесительный резервуар. В основной смесительный резервуар добавляли заданное количество биоцида и добавляли деминерализованную воду до объема рецептуры 20 литров. Приготовленная проклеивающая композиция имела рН примерно 7,5.
ПРИМЕР 3
Неограничивающий вариант осуществления проклеивающей композиции настоящего изобретения готовили согласно следующей ниже рецептуре:
Проклеивающая рецептура (20 литров)
Компонент
Количество (г)
% Твердого вещества
Деминерализованная вода
7000
0
Уксусная кислота (80%)
139,6
0
Силан<sup>1</sup>
837,4
38,25
Фосфорноватистая кислота (50%)
156,0
5,74
Пленкообразователь<sup>2</sup>
2124,6
54,69
Замасливатель<sup>3</sup>
18,0
1,32
Биоцид<sup>4</sup>
0,018
0,0005
Деминерализованная вода до требуемого объема
9724,5
0
<sup>1</sup>DYNASYLAN AMEO 3-аминопропилтриэтоксисилан от Degussa AG, Дюссельдорф, Германия
<sup>2</sup>Neoxil 604 от DSM, B.V., Нидерланды
<sup>3</sup>DAPRAL GE 202 от Akzo Chemie, Чикаго, Иллинойс
<sup>4</sup>PARMETOL DF35 от Schulke and Mayer
Проклеивающую композицию из примера 3 готовили, добавляя примерно 7 литров деминерализованной воды в основной смесительный резервуар с перемешивающим устройством. В основной смесительный резервуар добавляли заданное количество уксусной кислоты и полученный в результате раствор перемешивали в течение пяти минут. После перемешивания в основной смесительный резервуар добавляли заданное количество аминосилана и полученный в результате раствор перемешивали в течение 10 минут. Затем в основной смесительный резервуар добавляли заданное количество фосфорноватистой кислоты и полученный в результате раствор перемешивали в течение 10 минут. Добавление фосфорноватистой кислоты в основной смесительный резервуар вызывало образование кислотно-аминового компонента, включающего в себя аминосилан и фосфорноватистую кислоту, как установлено здесь.
Затем в смесительный резервуар с перемешиванием добавляли заданное количество пленкообразователя.
В резервуар предварительного перемешивания добавляли горячую воду и в резервуар предварительного перемешивания добавляли заданное количество замасливателя. Затем полученную в результате смесь перемешивали в течение 10 минут, чтобы диспергировать замасливатель. Затем дисперсию замасливателя добавляли в основной смесительный резервуар. В основной смесительный резервуар добавляли заданное количество биоцида и добавляли деминерализованную воду до объема рецептуры 20 литров. Приготовленная проклеивающая композиция имела рН примерно 7,5.
ПРИМЕР 4
Неограничивающие варианты осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения, имеющих рецептуры А и В, получали в соответствии с протоколом примера 1. Каждая из проклеивающих композиций А и В включала фосфорсодержащую кислоту, включающую фосфорноватистую кислоту, приводящую к образованию кислотно-аминового компонента, включающего аминосилан и фосфорноватистую кислоту.
Проклеивающая рецептура (20 литров)
Сравнительные проклеивающие композиции, имеющие рецептуры С, D и Е, готовили в соответствии с протоколом примера 1. Сравнительные проклеивающие композиции не включали фосфорсодержащую кислоту или серосодержащую кислоту для образования кислотно-аминового компонента. В проклеивающих композициях D и Е компонент фосфорноватистой кислоты был заменен кислой солью, гипофосфитом натрия, полученным от Transmare, B.V., Нидерланды. Проклеивающая композиция С не содержала кислоты, отличной от уксусной кислоты.
Проклеивающая рецептура (20 литров)
Проклеивающую композицию А, по меньшей мере, частично наносили на непрерывные нити стекловолокна, используя клеевой аппликатор. Нити стекловолокна собирали в пряди и пряди собирали в непрерывный ровинг. Ровинг был впоследствии намотан в формирующую паковку на мотальном устройстве и высушен с использованием традиционных методов. Вышеупомянутые процессы нанесения, сборки, намотки и сушки независимо повторяли для каждой проклеивающей композиции В-Е для получения независимых формирующих паковок ровингов для каждой проклеивающей композиции.
Непрерывный ровинг, включающий нити стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытого проклеивающей композицией А, испытывали на стойкость нитей к излому (предельная пыль) в соответствии со следующим методом. Непрерывный ровинг крепили к намоточному барабану и протягивали поперек пяти стяжей в бокс для сбора предельной пыли в течение периода времени, достаточного для вытягивания примерно от 0,5 кг до 1 кг непрерывного ровинга поперек стяжей. Любые сломанные нити, образовавшиеся в результате вытягивания ровинга поперек стяжей, захватывались боксом для сбора предельной пыли. После завершения вытягивания сломанные нити, собранные в боксе для сбора предельной пыли, взвешивали. Более того, длину непрерывного ровинга, вытянутого через пять стяжей, также взвешивали. Величину предельной пыли впоследствии определяли в соответствии с формулой (V):
[(масса сломанных нитей)/масса вытянутого ровинга)]×1000 мг/кг
(V)
Вышеупомянутый метод испытания предельной пыли независимо повторяли для непрерывных ровингов для каждой формирующей паковки, относящейся к композициям проклейки В-Е. Результаты испытания предельной пыли приведены в таблице I.
Таблица IРезультаты испытания предельной пыли
Проклеивающая композиция
Среднее значение предельной пыли (мг/кг)
A
5
B
7
C
21
D
19
E
26
Как приведено в таблице I, непрерывные ровинги, включающие стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытые проклеивающими композициями А или В, включающими кислотно-аминовый компонент, демонстрировали на порядок величины меньше сломанных нитей в испытании предельной пыли в сравнении с непрерывными ровингами проклеивающих композиций С-Е. Уменьшение числа сломанных нитей для проклеивающих композиций А или В дает указание, что проклеивающие композиции были в достаточной степени распространены по поверхностям волокон, чтобы придать защиту волокнам в процессе испытания. Желаемые свойства растекания проклеивающих композиций А и В, включающих кислотно-аминовый компонент, могут быть приписаны пленкообразующим свойствам кислотно-аминового компонента. Непрерывные ровинги, включающие стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытые проклеивающими композициями D или Е, демонстрировали значительно более высокие числа сломанных нитей. Проклеивающие композиции D и Е не содержали кислотно-аминовый компонент, поскольку соль фосфорсодержащей кислоты была использована для получения данных проклеивающих композиций.
ПРИМЕР 5
Неограничивающие варианты осуществления проклеивающих композиций настоящего изобретения, имеющих рецептуры F-K, получали в соответствии с протоколом примера 1. Каждая из проклеивающих композиций F-K включала фосфорсодержащую кислоту, включающую фосфорноватистую кислоту, приводящую к образованию кислотно-аминового компонента, включающего аминосилан и фосфорноватистую кислоту.
Проклеивающая рецептура (20 литров)
Сравнительные проклеивающие композиции, имеющие рецептуры L-Q, готовили в соответствии с протоколом примера 1. Сравнительные проклеивающие композиции не включали фосфорсодержащую кислоту или серосодержащую кислоту для образования кислотно-аминового компонента. В проклеивающих композициях L-Q компонент фосфорноватистой кислоты был заменен кислой солью, гипофосфитом натрия, полученным от Transmare, B.V., Нидерланды.
Проклеивающая композиция (20 литров)
Проклеивающую композицию F наносили на непрерывные нити стекловолокна, используя клеевой аппликатор, и непрерывные нити стекловолокна собирали в пряди. Непрерывные нити стекловолокна впоследствии рубили в 4,5 мм пряди стекловолокна и сушили в соответствии с традиционными методами. Вышеупомянутые процессы нанесения, сборки, рубки и сушки повторяли для каждой из проклеивающих композиций G-Q для получения рубленых прядей стекловолокна, относящихся к каждой из проклеивающих композиций G-Q.
Рубленые пряди стекловолокна каждой проклеивающей композиции F-Q впоследствии испытывали на стойкость к образованию пуха в соответствии со следующей процедурой. 120 г рубленых прядей взвешивали в первой стальной чашке, имеющей антистатическую ткань, размещенную в ней. 120 г рубленых прядей взвешивали во второй стальной чашке, имеющей вторую антистатическую ткань, размещенную в ней. Обе стальные чашки, содержащие рубленые пряди стекловолокна, закрепляли в шейкере производства Red Devil Equipment Company, Плимут, Миннесота, и подвергали 6-минутному встряхиванию. После встряхивания рубленые пряди стекловолокна первой стальной чашки просеивали, чтобы отделить любой пух, образовавшийся в результате обработки встряхиванием. Любой пух взвешивали. Рубленые пряди стекловолокна второй стальной чашки дополнительно просеивали и образовавшийся в результате какой-либо пух взвешивали. Процент пуха для рубленых прядей стекловолокна каждой стальной чашки рассчитывали делением массы пуха на 120 г и умножением величины результата на 100. Процент пуха для рубленых прядей стекловолокна первой и второй стальной чашки затем усредняли, чтобы получить конечную величину % пуха.
Испытание на пух выполнялось для рубленых прядей стекловолокна каждой проклеивающей композиции F-Q. Результаты испытания на пух приведены в таблице II.
Таблица IIРезультаты испытания на пух
Проклеивающая композиция
Процент пуха
F
0,3
G
0,5
H
0,8
I
1,1
J
0,8
K
0,9
L
3,5
M
8,3
N
19,3
O
10,1
P
14,9
Q
16,6
Как показано в таблице II, рубленые пряди стекловолокна, включающие стекловолокно, по меньшей мере, частично покрытое проклеивающей композицией настоящего изобретения, включающей кислотно-аминовый компонент (F-K), показывали % пуха на порядок величины и в некоторых случаях на два порядка величины меньше, чем проклеивающие композиции, не содержащие кислотно-аминовый компонент.
Уменьшение процента пуха для проклеивающих композиций F-K дает указание, что проклеивающие композиции были в достаточной степени распространены по поверхностям волокон, чтобы улучшить целостность рубленых прядей стекловолокна. Желаемые свойства растекания проклеивающих композиций F-K, включающих кислотно-аминовый компонент, могут быть приписаны пленкообразующим свойствам кислотно-аминового компонента. Рубленые пряди стекловолокна, включающие стекловолокна, по меньшей мере, частично покрытые одной из проклеивающих композиций L-Q, демонстрировали значительно больший процент пуха. Проклеивающие композиции L-Q не содержали кислотно-аминовый компонент, поскольку соль фосфорсодержащей кислоты использовалась для приготовления данных проклеивающих композиций.
Желаемые свойства, которые могут демонстрироваться вариантами осуществления настоящего изобретения, могут включать, но не ограничиваясь, обеспечение проклеивающих композиций, включающих кислотно-аминовый компонент, имеющий преимущественные пленкообразующие свойства, в связи с этим устранение или уменьшение количества пленкообразователя в проклеивающей композиции и обеспечение прядей стекловолокна, покрытых такими проклеивающими композициями, которые могут демонстрировать уменьшенное число сломанных нитей и пуха в условиях обработки.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения были описаны в осуществлении различных целей настоящего изобретения. Следует понимать, что данные варианты осуществления только иллюстрируют принципы настоящего изобретения. Многочисленные модификации и улучшения его будут очевидны специалистам в данной области техники в рамках настоящего изобретения.