浸润剂、复合玄武岩纤维及其制备方法、车辆零部件与流程

本发明涉及复合材料，特别是涉及一种浸润剂、复合玄武岩纤维及其制备方法、车辆零部件。

背景技术：

1、近年来，非织造复合材料因其工艺流程简捷、生产效率高、适用原料广泛以及产品应用领域广阔而实现了迅猛发展，例如采用浸润剂复合制备的纤维类增强复合材料的纤维保留长度较长，使得制品具有很好的强度和刚性，被广泛用于汽车零部件的加工，包括前端模块、汽车内饰板、仪表盘、汽车尾门、体育器材、交通运输等。

2、随着人们环保意识的觉醒，汽车向环保化和轻量化趋势的发展，对汽车内饰材料或者零部件的气味提出了更高要求，要求尽量减轻或对健康不友好的气味，例如有机挥发物voc等散发出的会长时间存在挥发性气味，主要来源于汽车内饰用的各种皮革、复合树脂材料等。而传统的纤维类增强复合材料虽然在后处理加工时会进行降低气味的后处理，但是仍然不能完全满足日益严苛的环保需求。

3、因此，传统技术仍有待改进。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供了一种浸润剂、复合玄武岩纤维及其制备方法、车辆零部件，该浸润剂制备兼具优异的力学强度和低气味的复合玄武岩纤维。

2、本发明的一个方面，提供一种浸润剂，按照质量百分数计，所述浸润剂的组分包括：5%~10%硅烷类偶联剂、5%~10%钛酸酯类偶联剂、3%~8%润滑剂、2%~7%抗静电剂、35%~50%聚丙烯类成膜剂及25%~35%水溶性环氧树脂类成膜剂；

3、其中，所述硅烷类偶联剂含有氨基，所述聚丙烯类成膜剂含有极性基团。

4、上述浸润剂中含有特定配比的组分，各特定组分配合，用于制备复合玄武岩纤维时，能在提高玄武岩纤维的力学强度的同时，降低复合玄武岩纤维的气味。其中，成膜剂组分可以使玄武岩纤维的纤维单丝粘结成一束纤维原丝，保证原丝的完整性，避免应力集中于一根或数根单丝上，以减少断丝或散丝，便于原丝筒的退解及纤维纱的后加工，保持玄武岩纤维的纤维纱的完整性、流动性，减少因施加张力而产生的毛团，且聚丙烯类成膜剂中的极性基团使得聚丙烯间及玄武岩纤维之间的相容性增强，耐热性和机械性能大幅提升，配合水溶性环氧树脂类成膜剂，可提高纤维的拉伸强度及分散性能，增加纤维柔软性能并降低纤维的硬度；同时，硅烷偶联剂可与其他聚合物进行交联改性，把线型或者是枝状的聚合物通过交联的方法改性成为网状聚合物，可大大提高玄武岩纤维的力学性能，且与钛酸酯类偶联剂协同增加玄武岩纤维表面的结合强度。各组分协同作用，使浸润剂对纤维有较强的粘结力和良好的浸润性，制备得到兼具优异的力学强度和低气味的复合玄武岩纤维。

5、进一步地，硅烷类偶联剂可使纤维亲水表面变为憎水表面，因为玄武岩纤维表面总是有微裂缝存在，吸附水深入这些缝隙中，助长裂纹的扩张，同时碱性的水会破坏纤维的sio2骨架结构，更导致其强度下降，而硅烷类偶联剂含有亲水性氨基，可有效地填补这些裂缝，且可与聚丙烯类成膜剂交联形成新，提高玄武岩纤维的工艺性及机械性能，同时，钛酸酯类偶联剂可与水溶性环氧树脂类成膜剂进行酯交换，从而与聚丙烯类成膜剂共混协同改性玄武岩纤维，提高其韧性、断裂伸长率及加工性能，并减少产品的气味挥发。

6、在其中一些实施例中，所述极性基团包括酸酐基团、 烯烃基团、环氧基团、羧酸基团、硅烷基团中的至少一种。

7、在其中一些实施例中，所述浸润剂满足如下条件中的至少一个：

8、(1)所述硅烷类偶联剂的质量百分数为4%~8%；

9、(2)所述钛酸酯类偶联剂的质量百分数为4%~8%；

10、(3)所述润滑剂的质量百分数为4%~6%；

11、(4)所述抗静电剂的质量百分数为3%~5%；

12、(5)所述聚丙烯类成膜剂的质量百分数为35%~45%。

13、进一步调控各组分的配比，以进一步降低制得的复合玄武岩纤维的气味，同时提高力学强度。

14、在其中一些实施例中，所述硅烷类偶联剂包括n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种；和/或

15、所述钛酸酯类偶联剂包括nxh-401。

16、在其中一些实施例中，所述聚丙烯类成膜剂包括马来酸酐接枝聚丙烯；和/或

17、所述水溶性环氧树脂类成膜剂包括pz3901。

18、在其做一些实施例中，所述润滑剂包括非离子改性硅氧烷；和/或

19、所述抗静电剂包括无机盐类抗静电剂。

20、非离子改性硅氧烷润滑剂可以减小纤维表面摩擦力，从而减少浸润剂的外界刺激，提高浸润深度和均匀度，可以在纤维的生产过程中及再加工过程中起到润滑和保护纤维的作用，减少纤维因机械磨损而产生的毛羽，赋予玄武岩纤维良好的滑爽性。

21、抗静电剂可使玄武岩纤维表面不易产生静电，并降低摩擦系数。减少纤维在后道短切工艺中因静电产生的结团现象，保证后续产品的加工顺利进行。

22、本技术中还提供一种复合玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：

23、将上述浸润剂的组分与溶剂混合，制备浸润液；

24、采用玄武岩纤维和所述浸润液制备复合玄武岩纤维。

25、在其中一些实施例中，所述制备浸润液的步骤包括如下步骤：

26、将所述硅烷类偶联剂与水混合水解，制备第一溶液；

27、将所述钛酸酯类偶联剂与水混合水解，制备第二溶液；

28、将所述第一溶液、所述第二溶液、所述润滑剂、所述抗静电剂、所述聚丙烯类成膜剂及所述水溶性环氧树脂类成膜剂混合。

29、本发明的另一方面，提供上述复合玄武岩纤维的制备方法制得的复合玄武岩纤维。

30、本发明的又一方面，还提供一种车辆零部件，所述车辆零部件包括上述的复合玄武岩纤维。

31、具体实施方式

32、为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。具体实施例中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

33、除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

34、术语

35、除非另外说明或存在矛盾之处，本文中使用的术语或短语具有以下含义：

36、本文所使用的术语“和/或”、“或/和”、“及/或”的选择范围包括两个或两个以上相关所列项目中任一个项目，也包括相关所列项目的任意的和所有的组合，所述任意的和所有的组合包括任意的两个相关所列项目、任意的更多个相关所列项目、或者全部相关所列项目的组合。需要说明的是，当用至少两个选自“和/或”、“或/和”、“及/或”的连词组合连接至少三个项目时，应当理解，在本技术中，该技术方案毫无疑问地包括均用“逻辑与”连接的技术方案，还毫无疑问地包括均用“逻辑或”连接的技术方案。比如，“a及/或b”包括a、b和a和b的组合三种并列方案。又比如，“a，及/或，b，及/或，c，及/或，d”的技术方案，包括a、b、c、d中任一项（也即均用“逻辑或”连接的技术方案），也包括a、b、c、d的任意的和所有的组合，也即包括a、b、c、d中任两项或任三项的组合，还包括a、b、c、d的四项组合（也即均用“逻辑与”连接的技术方案）。

37、本发明中涉及“多个”、“多种”、“多次”等，如无特别限定，指在数量上大于2或等于2。例如，“一种或多种”表示一种或大于等于两种。

38、本发明中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。

39、本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。

40、本发明中，涉及到数值区间（也即数值范围），如无特别说明，该数值区间内可选的数值的分布视为连续，且包括该数值区间的两个数值端点（即最小值及最大值），以及这两个数值端点之间的每一个数值。如无特别说明，当数值区间仅仅指向该数值区间内的整数时，包括该数值范围的两个端点整数，以及两个端点之间的每一个整数，相当于直接列举了每一个整数。当提供多个数值范围描述特征或特性时，可以合并这些数值范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之数值范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。该数值区间中的“数值”可以为任意的定量值，比如数字、百分比、比例等。“数值区间”允许广义地包括百分比区间、比例区间、比值区间等数值区间类型。

41、本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内存在变动。应当理解的是，所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。允许在如±5℃、±4℃、±3℃、±2℃、±1℃的范围内波动。

42、在本技术中，“室温”或“常温”是指10℃ ~ 35℃，进一步地，可指20℃ ~ 30℃。

43、本发明实施例说明书中所提到的相关成分的质量或重量不仅仅可以指代各组分的具体含量，也可以表示各组分间质量或重量的比例关系，因此，只要是按照本发明实施例说明书相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明实施例说明书公开的范围之内。具体地，本发明实施例说明书中所述的质量或重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的单位。

44、本发明一实施方式提供了一种浸润剂，按照质量百分数计，浸润剂的组分包括：5%~10%硅烷类偶联剂、5%~10%钛酸酯类偶联剂、3%~8%润滑剂、2%~7%抗静电剂、35%~50%聚丙烯类成膜剂及25%~35%水溶性环氧树脂类成膜剂。

45、其中，硅烷类偶联剂含有氨基，聚丙烯类成膜剂含有极性基团。

46、上述浸润剂中含有特定配比的组分，各特定组分配合，用于制备复合玄武岩纤维时，能在提高玄武岩纤维的力学强度的同时，降低复合玄武岩纤维的气味。其中，成膜剂组分可以使玄武岩纤维的纤维单丝粘结成一束纤维原丝，保证原丝的完整性，避免应力集中于一根或数根单丝上，以减少断丝或散丝，便于原丝筒的退解及纤维纱的后加工，保持玄武岩纤维的纤维纱的完整性、流动性，减少因施加张力而产生的毛团，且聚丙烯类成膜剂中的极性基团使得聚丙烯间及玄武岩纤维之间的相容性增强，耐热性和机械性能大幅提升，配合水溶性环氧树脂类成膜剂，可提高纤维的拉伸强度及分散性能，增加纤维柔软性能并降低纤维的硬度；同时，硅烷偶联剂可与其他聚合物进行交联改性，把线型或者是枝状的聚合物通过交联的方法改性成为网状聚合物，可大大提高玄武岩纤维的力学性能，且与钛酸酯类偶联剂协同增加玄武岩纤维表面的结合强度。各组分协同作用，使浸润剂对纤维有较强的粘结力和良好的浸润性，制备得到兼具优异的力学强度和低气味的复合玄武岩纤维。

47、进一步地，硅烷类偶联剂可使纤维亲水表面变为憎水表面，因为玄武岩纤维表面总是有微裂缝存在，吸附水深入这些缝隙中，助长裂纹的扩张，同时碱性的水会破坏纤维的sio2骨架结构，更导致其强度下降，而硅烷类偶联剂含有亲水性氨基，可有效地填补这些裂缝，且可与聚丙烯类成膜剂交联形成新，提高玄武岩纤维的工艺性及机械性能，同时，钛酸酯类偶联剂可与水溶性环氧树脂类成膜剂进行酯交换，从而与聚丙烯类成膜剂共混协同改性玄武岩纤维，提高其韧性、断裂伸长率及加工性能，并减少产品的气味挥发。

48、在其中一些实施例中，硅烷类偶联剂的质量百分数为4%~8%。

49、在其中一些实施例中，钛酸酯类偶联剂的质量百分数为4%~8%。

50、在其中一些实施例中，润滑剂的质量百分数为4%~6%。

51、在其中一些实施例中，抗静电剂的质量百分数为3%~5%。

52、在其中一些实施例中，聚丙烯类成膜剂的质量百分数为35%~45%。

53、进一步调控各组分的配比，以进一步降低制得的复合玄武岩纤维的气味，同时提高力学强度。

54、上述硅烷类偶联剂的质量百分数为“5%~10%”，则取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值：5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%；或任意两个数值组成的范围。

55、上述钛酸酯类偶联剂的质量百分数为“5%~10%”，则取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值：5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%；或任意两个数值组成的范围。

56、上述润滑剂的质量百分数为“3%~8%”，则取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值：3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%；或任意两个数值组成的范围。

57、上述抗静电剂的质量百分数为“2%~7%”，则取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值：2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%；或任意两个数值组成的范围。

58、上述聚丙烯类成膜剂的质量百分数为“35%~50%”，则取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值：35%、36%、37%、38%、39%、40%、41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%、49%、50%；或任意两个数值组成的范围。

59、上述水溶性环氧树脂类成膜剂的质量百分数为“25%~35%”，则取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值及以下点值：25%、26%、27%、28%、29%、30%、31%、32%、33%、34%、35%；或任意两个数值组成的范围。

60、在其中一些实施例中，硅烷类偶联剂包括n-β-氨乙基-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。进一步地，可直接采用市购型号的硅烷类偶联剂，包括但不限于：z-6011和z-6020中的至少一种。

61、在其中一些实施例中，钛酸酯类偶联剂包括nxh-401。

62、在其中一些实施例中，聚丙烯类成膜剂包括马来酸酐接枝聚丙烯。可选地，可采用市购的各类马来酸酐接枝聚丙烯乳液，包括麦克门的me 91735。

63、在其中一些实施例中，水溶性环氧树脂类成膜剂包括pz3901。

64、在其中一些实施例中，润滑剂包括非离子改性硅氧烷。可选地，可采用市购的各类非离子改性硅氧烷，包括mem-0349。

65、非离子改性硅氧烷润滑剂可以减小纤维表面摩擦力，从而减少浸润剂的外界刺激，提高浸润深度和均匀度，可以在纤维的生产过程中及再加工过程中起到润滑和保护纤维的作用，减少纤维因机械磨损而产生的毛羽，赋予玄武岩纤维良好的滑爽性。

66、在其中一些实施例中，抗静电剂包括无机盐类抗静电剂，具体包括无水氯化锂。可选地，可采用市购的各类无机盐类抗静电剂，包括7447-41-8。

67、抗静电剂可使玄武岩纤维表面不易产生静电，并降低摩擦系数。减少纤维在后道短切工艺中因静电产生的结团现象，保证后续产品的加工顺利进行。

68、本发明的另一方面，提供一种复合玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤s10~s20。

69、s10、将上述浸润剂的组分与溶剂混合，制备浸润液。

70、s20、采用玄武岩纤维和浸润液制备复合玄武岩纤维。

71、在其中一些实施例中，s10中制备浸润液的步骤包括如下步骤s11~s13：

72、步骤s11:将硅烷类偶联剂与水混合水解，制备第一溶液。

73、在其中一些实施例中，水为去离子水，进一步地，水的ph值＜7。

74、具体地，将硅烷类偶联剂与水混合的具体过程包括：在水加入ph调节剂以使水的ph值＜7，再加入硅烷类偶联剂混合水解。

75、在其中一些实施例中，步骤s11中，水的质量为浸润剂总质量的18%~20%。

76、步骤s12:将钛酸酯类偶联剂与水混合水解，制备第二溶液。

77、在其中一些实施例中，水为去离子水，进一步地，水的ph值＜7。

78、具体地，钛酸酯类偶联剂与水混合的具体过程包括：在水加入ph调节剂以使水的ph值＜7，再加入钛酸酯类偶联剂混合水解。

79、在其中一些实施例中，步骤s12中，水的质量为浸润剂总质量的18%~20%。

80、步骤s13:将第一溶液、第二溶液、润滑剂、抗静电剂、聚丙烯类成膜剂及水溶性环氧树脂类成膜剂混合。

81、在其中一些实施例中，步骤s13的混合步骤中，润滑剂、抗静电剂、聚丙烯类成膜剂及水溶性环氧树脂类成膜剂均以混合溶液的形式加入。

82、在其中一些实施例中，润滑剂的混合溶液包括润滑剂和水；可选的，水的质量为润滑剂的质量的15-20倍；进一步地，润滑剂的混合溶液的制备包括如下步骤:

83、用水稀释润滑剂并搅拌处理，获得润滑剂的混合溶液；可选的，水的温度为50℃~70℃。

84、在其中一些实施例中，抗静电剂的混合溶液包括抗静电剂和水；可选的，水的质量为抗静电剂的质量的15-20倍；进一步地，抗静电剂的混合溶液的制备包括如下步骤:

85、用水稀释抗静电剂并搅拌处理，获得抗静电剂的混合溶液；可选的，水的温度为50℃~70℃。

86、在其中一些实施例中，聚丙烯类成膜剂的混合溶液包括聚丙烯类成膜剂和水；可选的，水的质量为聚丙烯类成膜剂的质量的2~3倍；进一步地，聚丙烯类成膜剂的混合溶液的制备包括如下步骤:

87、用水稀释聚丙烯类成膜剂并搅拌处理，获得聚丙烯类成膜剂的混合溶液。

88、在其中一些实施例中，水溶性环氧树脂类成膜剂的混合溶液包括水溶性环氧树脂类成膜剂和水；可选的，水的质量为水溶性环氧树脂类成膜剂的质量的2~3倍；进一步地，聚水溶性环氧树脂类成膜剂的混合溶液的制备包括如下步骤:

89、用水稀释水溶性环氧树脂类成膜剂并搅拌处理，获得水溶性环氧树脂类成膜剂的混合溶液。

90、在其中一些实施例中，步骤s20中，采用玄武岩纤维和浸润液制备复合玄武岩纤维的步骤包括如下步骤：

91、将配置好的浸润剂放置在搅拌罐中，经管道输送到涂覆装置中，通过集束轮将从铂铑合金漏板中生产出的玄武岩纤维集束输送出来，再经过涂覆装置将浸润剂涂覆在玄武岩纤维表面上，通过排线器将涂覆后的玄武岩纤维排布到纱筒上，干燥制得复合玄武岩纤维。

92、本发明的又一实施方式，提供上述复合玄武岩纤维的制备方法制得的复合玄武岩纤维。

93、该复合玄武岩纤维兼具优异的力学强度和低气味。

94、本发明的又一实施方式，还提供一种车辆零部件，包括上述复合玄武岩纤维。

95、上述复合玄武岩纤维兼具优异的力学强度和低气味，能适应各类汽车零部件中的内饰或结构件的要求；包括但不限于：座椅、头枕、方向盘套等。

96、下面将结合具体的实施例对本发明进行了说明，但本发明并不局限于下述实施例，应当理解，所附权利要求概括了本发明的范围，在本发明构思的引导下本领域的技术人员应意识到，对本发明的各实施例所进行的一定的改变，都将被本发明的权利要求书的精神和范围所覆盖。