改性玉米淀粉玻纖浸潤劑的制備及其性能研究

鄭彩華 曾云浩 徐少鋒 諶 俊

（1 清遠職業(yè)技術學院機電與汽車工程學院；2 清遠忠信世紀玻纖有限公司）

0 引言

玻璃纖維增強熱塑、熱固性樹脂復合材料具有強度高、耐高溫、比重輕、絕緣性好、抗彎曲優(yōu)良等一系列特性，廣泛應用于建筑、車輛、船舶、電子電氣、管道等領域，成為新世紀不可缺少的可持續(xù)發(fā)展的高新技術材料。浸潤劑是玻璃纖維拉制和織造中不可缺少的材料，具有潤滑、粘結、集束、消除靜電以及改善纖維與基材界面性能等作用[1]。淀粉因其黏結性較好、熱分解溫度低、分解后殘余物較少、易于在熱清洗工序中去除，且來源廣、成本低等優(yōu)點，隨池窯拉絲技術的發(fā)展，淀粉型紡織浸潤劑得到了極大的發(fā)展應用[2-3]。

目前，壟斷超細電子紗制造技術的美國和日本已將淀粉型玻纖浸潤劑廣泛普及并應用于玻纖工業(yè)生產(chǎn)線，而我國淀粉型玻纖浸潤劑的研究尚處于發(fā)展階段，復合改性淀粉型浸潤劑已經(jīng)成為研究熱點[4]。本實驗選取玉米淀粉為原料，通過改性、復配，制備出粘結性合適的改性玉米淀粉玻纖浸潤劑，并通過產(chǎn)業(yè)化應用分析了對纖維紗硬挺度、燒失量、毛羽問題及透氣性的影響；對打破國外對于玻璃纖維浸潤劑的技術壟斷，提升我國玻璃纖維產(chǎn)業(yè)技術水平和持續(xù)發(fā)展能力具有重要意義。

表1 實驗所用主要原料與試劑

1 實驗部分

1.1 主要原料與試劑(見表1）

1.2 實驗方法

1.2.1 改性玉米淀粉玻纖浸潤劑的制備工藝

⑴按照一定配方將加熱融化后的三酸甘油酯、脂肪酸酯、聚氧丙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酰胺和硬脂酰胺醋酸鹽裝入容器混合均勻，加入55～75℃的去離子水至乳化，4～10min 后再加入適量55～75℃的去離子水攪拌均勻。

⑵采用55～75℃的去離子水分別制備雙十八烷基二甲基氯化銨溶液、改性水溶性雙酚A 環(huán)氧樹脂衍生物溶液、甲醛溶液和有機硅類化合物溶液。

⑶制備改性玉米淀粉液：分別將羥丙基醚化改性玉米淀粉A 和羥丙基醚化改性玉米淀粉B 加入一定量55～75℃的去離子水，攪拌分散5min，加熱至90～100℃并保溫20～60min，然后加入去離子水調(diào)整溫度至67～73℃。

⑷將⑴、⑵和⑶步制備的乳化物和溶液加入淀粉液中，其中最后加入有機硅類化合物溶液，加去離子水調(diào)整至所需濃度，攪拌均勻。

1.2.2 性能檢測

⑴硬挺度檢測：按照國標GB/T7690.4－2013《增強材料線紗試驗方法第4 部分：硬挺度測定》進行檢測。

⑵燒失量檢測：按照國標GB/T9914.2－2013《增強制品試驗方法第2 部分：玻璃纖維可燃物含量的測定》進行。

⑶毛羽問題檢測：采用日本SHIKITEC 公司生產(chǎn)的SHIKIBO 型號的毛羽檢測機進行纖維紗毛羽問題檢測。

⑷透氣性檢測：采用常州市雙固紡織儀器有限公司生產(chǎn)的SG461-III 型電子布透氣性測試儀測定玻纖坯布的透氣性。

2 結果與討論

2.1 改性玉米淀粉玻纖浸潤劑對纖維紗硬挺度和燒失量的影響

圖1 和圖2 分別展示了改性玉米淀粉浸潤劑對內(nèi)外層玻纖紗硬挺度和燒失量的影響。從圖1 可以看到，使用改性玉米淀粉浸潤劑后，玻纖紗的硬挺度有所降低，但仍符合生產(chǎn)要求。圖2 表明使用該改性玉米淀粉浸潤劑的玻纖紗燒失量明顯降低，說明該改性玉米淀粉浸潤劑的使用可以明顯降低玻纖紗中浸潤劑的用量，可以有效降低浸潤劑的使用成本。

圖1 纖維紗內(nèi)層、外層硬挺度/mm

圖2 纖維紗內(nèi)層、外層燒失量/%

2.2 改性玉米淀粉玻纖浸潤劑對纖維紗毛羽問題的影響

表2 和表3 展示了改性玉米淀粉玻纖浸潤劑對玻纖紗毛羽問題的影響。從表2 和表3 中可以看出，使用改性玉米淀粉玻纖浸潤劑后，不管是內(nèi)層和外層，玻纖紗的毛羽值即毛羽長度明顯變小，毛羽總根數(shù)明顯降低。毛羽是所有電子布生產(chǎn)存在的普遍問題，有文獻資料表明在實際生產(chǎn)過程中2mm 以上的毛羽對后道工序尤其是織造過程有嚴重影響[5]；同時毛羽過多不僅影響紗線的質(zhì)量也會影響織造產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及生產(chǎn)成本，是進入高端客戶的最關鍵表觀指標[6-7]。該改性玉米淀粉玻纖浸潤劑能夠有效降低纖維紗的毛羽問題，從而有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本。

表2 使用改性玉米淀粉玻纖浸潤劑前后原絲（內(nèi)層）的毛羽檢測結果

表3 使用改性玉米淀粉玻纖浸潤劑前后原絲（外層）的毛羽檢測結果

2.3 改性玉米淀粉玻纖浸潤劑對坯布透氣性能的影響

圖3 是采用YR、YS、YA 三種纖維紗制成的坯布的透氣率，其中YS 表示采用現(xiàn)有技術中專用于緯紗生產(chǎn)的浸潤劑制成的纖維紗。YR+YR 表示用YR 紗作為經(jīng)紗和緯紗的坯布，YR+YS 表示用YR 紗作為經(jīng)紗YS 紗作為緯紗的坯布，YA+YA 表示用YA 紗作為經(jīng)紗和緯紗的坯布。從圖3 中可以看出，采用YR 紗作為經(jīng)紗和緯紗的坯布透氣率明顯低于另外兩種坯布的透氣率，與YA+YA 坯布的正常透氣率相比降低了47.2%，確保玻璃纖維布含浸樹脂時，可以完全滲透，避免線路板通電短路的現(xiàn)象，從而大大提高線路板的電絕緣性能[8]。

圖3 YR、YS、YA 三種纖維紗制成的坯布透氣率/cm·s-1

3 結論

研究表明，以玉米淀粉為原料，通過改性、復配，制備出粘結性合適的改性玉米淀粉玻纖浸潤劑對玻纖紗的硬挺度、燒失量、毛羽問題及透氣性均有影響。通過使用該改性玉米淀粉玻纖浸潤劑，能夠降低浸潤劑的用量，玻纖紗的硬挺度符合要求，毛羽問題明顯減少，坯布透氣率降低47.2%，有利于提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本。