[发明专利]用于增强纤维的后-涂布组合物

说明书

公开了用于涂布纤维丝束的含水后涂布组合物。该含水组合物包括约0.5至约5.0wt％成膜剂固体和约0.05至约2.0wt％增容剂固体。增容剂可以是至少一种硅酮‑基偶联剂，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，戊二醛，和季铵盐抗静电剂。

背景技术

纤维增强的复合材料由包埋在基体材料内或粘结到基体材料上的纤维组成，所述基体材料在材料之间具有不同的界面。一般地，纤维是承载构件，而周围的基体保持纤维在所需的位置和取向内，充当负载转移介质，并保护纤维避免环境损坏。当今商业使用的常见类型的纤维包括各种类型的玻璃，碳，和合成纤维。

公知纤维和基体材料之间的界面在决定复合材料的各种机械性能方面扮演重要作用。在纤维和基体材料之间的应力转移效率大部分由界面处的分子相互作用决定。控制复合材料性能的有效方式是使用施胶组合物，通过纤维表面处理。例如，已知在施加到玻璃纤维上的施胶组合物中使用硅烷偶联剂，在玻璃纤维和基体树脂之间的界面处改进界面粘合。在玻璃纤维和硅烷偶联剂之间的界面处，硅烷中的羟基对无机玻璃纤维呈反应性，与玻璃纤维的表面形成化学键，而其他反应性基团(例如，乙烯基，环氧基，甲基丙烯酰基，氨基，和巯基)对各种有机树脂呈反应性，以形成化学键。

然而，碳纤维在许多应用中具有加工难度，这可导致减慢产品的制造。碳纤维可能发脆且具有低的耐磨性，和因此在下游加工期间容易生成起毛或断裂的绳股。另外，至少部分由于它们具有疏水性质，因此在常规的树脂基体内，碳纤维不如其他增强纤维，例如玻璃纤维那样容易相互作用(interface)或润湿(即，呈现并保持水性涂层)。润湿是指树脂键合到纤维表面上并在其上均匀地铺展的能力。

以前改进碳纤维润湿性的尝试牵涉将碳纤维暴露于氧化表面处理剂下和随后施加施胶组合物到纤维上。例如，美国专利No.3,957,716公开了用含环氧化合物的施胶组合物涂布碳纤维，所述环氧化合物选自聚缩水甘油基醚，脂环族聚环氧化物及其混合物。

然而，尽管与未-施胶的碳纤维相比，这种施胶组合物可辅助改进碳纤维的加工，但施胶组合物单独仍然必须克服与许多树脂体系，例如不饱和聚酯或聚酰胺的相容性问题。

发明概述

根据本发明总体发明构思的各方面，公开了一种用于涂布纤维丝束的后涂布组合物。该后涂布组合物包括约0.5至约5.0wt％(包括在这些端点之间的任何和所有重量百分比)含一种或多种聚乙烯吡咯烷酮，聚乙酸乙烯酯，和聚氨酯的成膜剂固体；约0.05至约5.0wt％(包括在这些端点之间的任何和所有重量百分比)的增容剂固体；和水。增容剂可包括硅酮-基偶联剂，例如一种或多种的氨丙基三乙氧基硅烷(A-1100)，甲基-三甲氧基硅烷(A-163)，和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)，钛酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，有机二醛，和季铵盐抗静电剂。

在一些例举的实施方案中，纤维包括至少一种玻璃，碳。芳族聚酰胺，聚酯，聚烯烃，聚酰胺，碳化硅(SiC)，和氮化硼纤维。在一些例举的实施方案中，纤维是含不多于12,000根长丝，或约1,000至约6,000根长丝，或约2,000至约3,000根长丝的碳纤维束。

在一些例举的实施方案中，成膜剂由聚乙烯吡咯烷酮组成。聚乙烯吡咯烷酮的分子量可以是1,000,000至1,700,000。