玻璃纖維制品種類繁多,其中有玻璃纖維套管、玻璃纖維硅橡膠套管、玻璃纖維硅橡膠電線、玻璃纖維布,都是以玻璃纖維紗編織而成的絕緣產(chǎn)品,此類產(chǎn)品一般都要經(jīng)過有機硅樹脂再進一步處理。經(jīng)過有機硅樹脂處理后的玻璃纖維制品具有優(yōu)良的耐高低溫性能、電絕緣性能、化學穩(wěn)定性能、耐高電壓、耐老化、使用壽命長且柔軟便于安裝等特點而受到廣泛關注,目前廣泛應用于照明燈具、家用電器、電熱電器、儀表儀器、電機引接線及電子、燈具、燃具等高溫環(huán)境[1]?,F(xiàn)有的玻璃纖維用有機硅樹脂在使用前需要對玻璃纖維進行除蠟工序。因為現(xiàn)有的玻璃纖維涂料為高溫鉑催化加成硫化型硅樹脂,從多年客戶反饋的信息得知,玻璃纖維在使用涂料處理之前,要經(jīng)過一次高溫脫蠟工序,否則將嚴重影響玻璃纖維涂料的使用效果[2]。
室溫縮合硫化型有機硅產(chǎn)品主要應用在建筑領域,在玻璃纖維織物上鮮有報道,本實驗主要研究室溫縮合型有機硅涂料在玻璃纖維編織物上的應用。
本實驗以八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)為原料,制得α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷基膠,再以硅樹脂為補強劑、加入交聯(lián)劑、催化劑和稀釋劑等配制成有機硅涂料,將其涂敷在玻璃纖維上,室溫24 h即硫化完全。
1·實驗
1.1主要原料
八甲基環(huán)四硅氧烷(D4):藍星新材料股份有限公司;四甲基氫氧化銨:AR,北京朝福化工有限公司;甲基MQ補強樹脂:自制;磷酸:AR,西隴化工股份有限公司;正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷:工業(yè)級,藍星新材料股份有限公司;二丁基二月桂酸錫:T-12,Air Products;環(huán)保稀釋劑:市售;去離子水,自制。
1.2α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷的合成[3]
將脫水后的600 g D4,0.1 g四甲基氫氧化銨加入1 000 mL四口燒瓶中,在105~110℃下反應30~50 min,加入去離子水;繼續(xù)平衡3 h,加入磷酸中和。抽取低沸物后待用。通過控制聚合過程中水的加入量得到了7個不同黏度的α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷(簡稱107硅橡膠)。
1.3玻璃纖維涂料的配制
將100 g107硅橡膠加入5~25 g補強樹脂、3~10 g正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷的混合物,再配以50%~70%的稀釋劑,攪拌均勻,備用。
1.4性能測試
1.4.1玻璃纖維涂料常規(guī)性能
黏度:采用上海精科天平廠的NDJ—4型旋轉粘度計測試。
1.4.2玻璃纖維涂料的應用性能
配置:將T-12加入玻璃纖維涂料中,攪拌均勻后備用。
涂覆、硫化工藝:涂覆在玻璃纖維上,在室溫下放置24 h后測試。
玻璃纖維涂料的應用性能分別用玻璃纖維套管、玻璃纖維電線來檢驗。
滲透性能:將玻璃纖維套管制成20 cm/條,用手捏住兩端將其中間段浸泡在配制好的涂料中1 min,經(jīng)硫化工藝處理后,剪開套管的浸泡段,觀察玻纖套管內(nèi)壁硫化的硅樹脂涂料量。
粘接性能:將玻璃纖維電線制成20 cm/條,用手捏住兩端將其中間段浸泡在配制好的涂料中1 min,經(jīng)硫化工藝處理后,用剪刀剪斷電線,用食指和拇指捏住硅橡膠電線的截面,沿著電線外徑的方向來回搓10次,檢查玻璃纖維與硅橡膠電線的剝離情況。
散口性能:將玻璃纖維套管制成20 cm/條,用手捏住兩端將其中間段浸泡在配制好的涂料中1 min,經(jīng)硫化工藝處理后,剪斷后,檢查截面的玻璃纖維是否起毛,與硅橡膠電線截面是否齊整。
2·結果與討論
2.1 107硅橡膠的黏度對涂料性能的影響
107硅橡膠的性質對有機硅涂料的性能影響較大,本實驗僅考查了107硅橡膠的黏度對涂料性能的影響,結果見表1。
由表1可見,107硅橡膠的黏度對涂料性能的影響較大。隨著107硅橡膠黏度的提高,涂料的粘接性、電線的散口性及涂料的綜合性能有了較大提升,但涂料的滲透性下降。涂料的綜合性能在3以上就基本滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。表1中,107硅橡膠的黏度在60萬~135萬mPa·s時,即能滿足涂料的使用要求。當107硅橡膠的黏度低于60萬mPa·s時,涂料的粘接性較差;但107硅橡膠的黏度大于135萬mPa·s后,合成工藝比較苛刻,操作不慎產(chǎn)品極易交聯(lián)報廢,造成較大經(jīng)濟損失。綜合考慮,107硅橡膠的黏度選擇80萬~95萬mPa·s。
2.2硫化催化劑用量對涂料性能的影響
可操作時間是涂料在使用時一項重要技術指標,作為室溫硫化涂料,其可操作時間尤為重要。表2是硫化催化劑T-12的用量對涂料的可操作時間和完全硫化時間的影響。
由表2可見,隨著T-12用量的增加,涂料的可操作化時間和完全硫化時間均縮短;但T-12用量對可操作時間的影響更大。一般而言,室溫硫化涂料的操作時間應該控制在3~6 h;收卷前擺放時間在兩個班時之間;因此,T-12用量選擇6~10 g(以1 000g涂料為基準)。
3·結論
以D4為原料制得α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷,再以硅樹脂為補強劑、加入交聯(lián)劑、催化劑和稀釋劑等配制成室溫硫化有機硅涂料。研究表明,α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷的黏度選擇80萬~95萬mPa·s,1 000 g涂料中加入6~10 g硫化催化劑T-12時,涂料的可操作化時間和完全硫化時間分別為3~6 h和24 h。該涂料用于玻璃纖維制品的涂覆,涂覆前無需脫蠟,涂覆后無需高溫烘烤,涂層室溫下24 h完全硫化。
室溫縮合硫化型有機硅產(chǎn)品主要應用在建筑領域,在玻璃纖維織物上鮮有報道,本實驗主要研究室溫縮合型有機硅涂料在玻璃纖維編織物上的應用。
本實驗以八甲基環(huán)四硅氧烷(D4)為原料,制得α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷基膠,再以硅樹脂為補強劑、加入交聯(lián)劑、催化劑和稀釋劑等配制成有機硅涂料,將其涂敷在玻璃纖維上,室溫24 h即硫化完全。
1·實驗
1.1主要原料
八甲基環(huán)四硅氧烷(D4):藍星新材料股份有限公司;四甲基氫氧化銨:AR,北京朝福化工有限公司;甲基MQ補強樹脂:自制;磷酸:AR,西隴化工股份有限公司;正硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷:工業(yè)級,藍星新材料股份有限公司;二丁基二月桂酸錫:T-12,Air Products;環(huán)保稀釋劑:市售;去離子水,自制。
1.2α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷的合成[3]
將脫水后的600 g D4,0.1 g四甲基氫氧化銨加入1 000 mL四口燒瓶中,在105~110℃下反應30~50 min,加入去離子水;繼續(xù)平衡3 h,加入磷酸中和。抽取低沸物后待用。通過控制聚合過程中水的加入量得到了7個不同黏度的α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷(簡稱107硅橡膠)。
1.3玻璃纖維涂料的配制
將100 g107硅橡膠加入5~25 g補強樹脂、3~10 g正硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷的混合物,再配以50%~70%的稀釋劑,攪拌均勻,備用。
1.4性能測試
1.4.1玻璃纖維涂料常規(guī)性能
黏度:采用上海精科天平廠的NDJ—4型旋轉粘度計測試。
1.4.2玻璃纖維涂料的應用性能
配置:將T-12加入玻璃纖維涂料中,攪拌均勻后備用。
涂覆、硫化工藝:涂覆在玻璃纖維上,在室溫下放置24 h后測試。
玻璃纖維涂料的應用性能分別用玻璃纖維套管、玻璃纖維電線來檢驗。
滲透性能:將玻璃纖維套管制成20 cm/條,用手捏住兩端將其中間段浸泡在配制好的涂料中1 min,經(jīng)硫化工藝處理后,剪開套管的浸泡段,觀察玻纖套管內(nèi)壁硫化的硅樹脂涂料量。
粘接性能:將玻璃纖維電線制成20 cm/條,用手捏住兩端將其中間段浸泡在配制好的涂料中1 min,經(jīng)硫化工藝處理后,用剪刀剪斷電線,用食指和拇指捏住硅橡膠電線的截面,沿著電線外徑的方向來回搓10次,檢查玻璃纖維與硅橡膠電線的剝離情況。
散口性能:將玻璃纖維套管制成20 cm/條,用手捏住兩端將其中間段浸泡在配制好的涂料中1 min,經(jīng)硫化工藝處理后,剪斷后,檢查截面的玻璃纖維是否起毛,與硅橡膠電線截面是否齊整。
2·結果與討論
2.1 107硅橡膠的黏度對涂料性能的影響
107硅橡膠的性質對有機硅涂料的性能影響較大,本實驗僅考查了107硅橡膠的黏度對涂料性能的影響,結果見表1。
由表1可見,107硅橡膠的黏度對涂料性能的影響較大。隨著107硅橡膠黏度的提高,涂料的粘接性、電線的散口性及涂料的綜合性能有了較大提升,但涂料的滲透性下降。涂料的綜合性能在3以上就基本滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。表1中,107硅橡膠的黏度在60萬~135萬mPa·s時,即能滿足涂料的使用要求。當107硅橡膠的黏度低于60萬mPa·s時,涂料的粘接性較差;但107硅橡膠的黏度大于135萬mPa·s后,合成工藝比較苛刻,操作不慎產(chǎn)品極易交聯(lián)報廢,造成較大經(jīng)濟損失。綜合考慮,107硅橡膠的黏度選擇80萬~95萬mPa·s。
2.2硫化催化劑用量對涂料性能的影響
可操作時間是涂料在使用時一項重要技術指標,作為室溫硫化涂料,其可操作時間尤為重要。表2是硫化催化劑T-12的用量對涂料的可操作時間和完全硫化時間的影響。
由表2可見,隨著T-12用量的增加,涂料的可操作化時間和完全硫化時間均縮短;但T-12用量對可操作時間的影響更大。一般而言,室溫硫化涂料的操作時間應該控制在3~6 h;收卷前擺放時間在兩個班時之間;因此,T-12用量選擇6~10 g(以1 000g涂料為基準)。
3·結論
以D4為原料制得α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷,再以硅樹脂為補強劑、加入交聯(lián)劑、催化劑和稀釋劑等配制成室溫硫化有機硅涂料。研究表明,α,ω-二羥基聚甲基硅氧烷的黏度選擇80萬~95萬mPa·s,1 000 g涂料中加入6~10 g硫化催化劑T-12時,涂料的可操作化時間和完全硫化時間分別為3~6 h和24 h。該涂料用于玻璃纖維制品的涂覆,涂覆前無需脫蠟,涂覆后無需高溫烘烤,涂層室溫下24 h完全硫化。