专利名称：一种在原位涂覆纳米材料的玻璃纤维复合丝及制备方法
技术领域：
；本发明涉及一种在玻璃纤维拉丝过程中在原位对单丝表面涂覆纳米材料的超高强度玻璃纤维复合丝及制造方法。
背景技术：
玻璃纤维是一种重要的增强材料，它与树脂复合称为玻璃纤维增强塑料。玻璃纤维在拉制出来后，当纤维刚出漏板口时的玻璃纤维的新生态强度还是很高的，甚至高于碳纤维，但是，由于玻璃纤维暴露在空气中一段时间后或缠绕在绕丝筒上后，因吸附水份而受侵蚀以及磨擦，强度很快下降，由新生态转变为工作态，使得工作态的玻璃纤维与碳纤维相比，工作强度低，不能用作先进的复合材料，怎样利用纤维的新生态在其表面涂覆树脂制成复合材料，一直是要解决的问题。中国专利“玻璃纤维复塑丝及玻璃纤维复塑异型材”(ZL95101598.2)公开了一种将复合过程提前到在拉丝线上进行，即在拉丝原位，利用拉丝余热和新生玻纤的表面活性，将树脂复合在新生玻纤表面上，制成玻璃纤维复塑丝。上述专利虽然是在新生态下用树脂将新行玻纤表面复合保护起来，但是，由于树脂为有机高分子材料，不耐高温，无法在漏板下方的高温段进行复合，所以自漏板出口处至复合点尚存在一段空白行程，在这段行程中新生玻纤仍有机会与空气中的水蒸气接触，产生吸咐和侵蚀。此外，现有的拉丝技术包括池窑和坩埚拉丝，都不可避免出现缺陷和表面微裂纹。
发明内容
本发明的目的是提供一种减少玻纤表面缺陷和微裂纹，增强玻纤强度的在原位涂覆纳米材料的超高强度玻璃纤维复合丝。本发明的技术解决方案是，在拉丝漏板下方漏嘴出口处至玻璃纤维拉丝成型处，其温度范围大约在1200℃～600℃之间，用气粉状纳米SiO2或Al2O3或CaO或MgO等材料涂覆于玻璃熔体及玻璃纤维表面，纳米材料的颗粒为1～100nm，使用纳米材料表面的阳离子与新生玻纤表面的负离子结合，将亲水性玻纤改造成憎水性，防止水份侵蚀。其制备工艺是按如下方法实现的压缩空气的节流喷嘴与内装纳米材料的具有振动功能的送料漏斗联通，压缩空气经节流喷嘴喷出，在喷嘴腔内产生0.3Mpa～0.5Mpa的负压将纳米材料吸入吹沸，形成气粉状态，经导管及鸭嘴喷管喷送到气粉室，后经阻尼板进入扩散室，再经扩散窗口导入玻纤漏板下方的纳米材料复合室，形成无剪切力、完全处在悬浮状态的粉体气氛。在玻丝表面涂覆纳米材料，有助于玻纤拉丝成形、分子的紧密有序排列和强度的提升，在玻纤冷却过程中，可防微裂纹的产生，并且对已产生的微裂纹可起修复作用。无剪切力的悬浮状态粉体气氛环境保证了连续在玻璃纤维生产过程中涂覆纳米材料。由于玻璃熔体及玻璃纤维的热能加速了极具活性的纳米粉体在玻璃熔体及玻璃纤维单丝表面的吸附，使玻璃熔体在牵伸成玻璃纤维的过程中，纳米粉体的高活性与玻璃熔体形成化学键牢固地结合起来，随着玻璃纤维的拉伸，吸附在表面的纳米粉定向排列，形成皮芯结构的玻璃纤维—纳米材料复合丝。本发明在拉丝漏板出口高温区进行纳米喷涂，有效地保持了玻璃纤维的新生态，对玻璃纤维表面缺陷进行修复，增强了玻璃纤维复合丝的强度。本发明采用E玻璃拉制的纳米改性复合E玻纤强度比普通E玻纤提高1～3倍，采用S玻璃拉制的纳米改性复合S玻纤强度比普通S玻纤也提高1～3倍。本发明生产成本低纤维复合丝强度高，适合用于坩埚和池窑拉丝生产中。
具体实施例方式实施例一，利用现有的拉丝机，在其漏板的下方，设置一个涂覆材料复合室，复合室与扩散室的扩散窗口相接，扩散室与一个气粉室连接；气粉室内的气粉，是通过压缩空气的节流喷嘴与装纳米材料SiO2的具有振动功能的送料漏斗联通，使压缩空气经节流喷嘴喷出，在喷嘴腔内产生0.3Mpa～0.5Mpa的负压，将纳米材料吸入吹沸，形成气粉状态，后再经导管及鸭嘴喷管喷送到气粉室的，悬浮的纳米粉在涂覆室内对从漏板漏出的温度高达1200℃～600℃的玻璃纤维进行涂覆，被涂覆纳米材料后的玻丝再以常规的方法在涂油器处涂表面处理剂，收集成复合丝。
实施例二，连接关系同实施例一，在送料漏斗中装入纳米材料Al2O3，用0.3Mpa～0.5Mpa的负压将吸入吹沸，送入气粉室，悬浮的纳米粉在涂覆室内对从漏板漏出的温度高达1200℃～600℃的玻璃纤维进行涂覆，被涂覆纳米材料后的玻丝再以常规的方法在涂油器处涂表面处理剂，收集成复合丝。
实施例三，连接关系同上，在送料漏斗中装入纳米材料CaO，用0.3Mpa～0.5Mpa的负压将吸入吹沸，送入气粉室，悬浮的纳米粉在涂覆室内对从漏板漏出的温度高达1200℃～600℃的玻璃纤维进行涂覆，被涂覆纳米材料后的玻丝再以常规的方法在涂油器处涂含有纳米TiO2的表面处理剂，收集成超高强度的纳米复合丝。
实施例四，连接关系同上，在送料漏斗中装入纳米材料MgO，用0.3Mpa～0.5Mpa的负压将吸入吹沸，送入气粉室，悬浮的纳米粉在涂覆室内对从漏板漏出的温度高达1200℃～600℃的玻璃纤维进行涂覆，被涂覆纳米材料后的玻丝再以常规的方法在涂油器处涂含有纳米TiO2的表面处理剂，收集成超高强度的纳米复合丝。
权利要求
1.一种在原位涂覆纳米材料的玻璃纤维复合丝，其特征是，在拉丝漏板下方漏嘴出口处至玻璃纤维拉丝成型处，其温度范围大约在1200℃～600℃之间，用气粉状纳米材料涂覆于玻璃熔体及玻璃纤维表面，使用纳米材料表面的阳离子与新生玻纤表面的负离子结合。
2.根据权利要求1所述的在原位涂覆纳米材料的玻璃纤维复合丝，其特征是，表面涂覆的纳米材料为SiO2或Al2O3或CaO或MgO，颗粒大小为1～100nm。
3.一种在原位涂覆纳米材料的玻璃纤维复合丝的制备方法，其特征是，压缩空气的节流喷嘴与内装纳米材料的具有振动功能的送料漏斗联通，压缩空气经节流喷嘴喷出，在喷嘴腔内产生0.3MPa～0.5Mpa的负压，将纳米材料吸入吹沸，形成气粉状态，经导管及鸭嘴喷管喷送到气粉室，后经阻尼板进入扩散室，再经扩散窗口导入玻纤漏板下方的纳米材料复合室，形成无剪切力、完全处在悬浮状态的粉体气氛。
全文摘要
本发明涉及一种在玻璃纤维拉丝过程中在原位对单丝表面涂覆纳米材料的超高强度玻璃纤维复合丝及制备方法。它是在拉丝漏板下方漏嘴出口处至玻璃纤维拉丝成型处，其温度范围大约在1200℃～600℃之间，用气粉状纳米材料涂覆于玻璃熔体及玻璃纤维表面。其制备工艺为压缩空气的节流喷嘴与内装纳米材料的具有振动功能的送料漏斗联通，压缩空气经节流喷嘴喷出，在喷嘴腔内产生负压将纳米材料吸入吹沸，形成气粉状态，经导管及鸭嘴喷管喷送到气粉室，后经阻尼板进入扩散室，再经扩散窗口导入玻纤漏板下方的纳米材料复合室，形成无剪切力、完全处在悬浮状态的粉体气氛。本发明可防止微裂纹的产生，对已产生的微裂纹可起修复作用。
文档编号C03C25/22GK1631829SQ20051000194
公开日2005年6月29日 申请日期2005年1月13日 优先权日2005年1月13日
发明者杨书林, 李永柱, 回显权 申请人:杨书林