毡用粘结剂的基本知识和发展状况

毡用粘结剂的基本知识和发展状况

一.概述

玻璃纤维毡包括短切原丝毡、连续原丝毡、连续单丝毡、表面毡、针刺毡、缝编毡及复合毡等产品。在这些产品中，除针刺毡及缝编毡及复合毡，可不施于粘结剂外，其余各品种毡均需用毡用粘结剂将玻璃纤维原丝粘结成毡片，使其具有一定的强度及特殊性能。

毡用粘结剂可分为粉末和乳液二大类。一般来说，粉剂毡经浸透快,（但也有树脂浸透速度较慢的拉挤毡用毡粉末粘结剂），玻璃钢制品清彻透明；但毡的机械拉力强度小。乳剂毡树脂浸透性相对较慢，机械拉力强度大。随着近年来乳液粘结剂技术的不断发展，乳剂毡在附模性和浸透速度方面都有了长足的进步，乳剂毡的产量增速大大超过了粉剂毡产量增速。

毡用粘结剂分类如下：

玻璃纤维毡主要应用在：手糊、模压成型、、拉挤、离心浇注、真空灌注、反应注射模压成型、树脂传递模塑等等工艺上。根据玻璃纤维毡的应用工艺不同，对毡片的附膜性、拉伸强度、浸透速度、湿态强度等指标有不同的要求。如手糊工艺所使用的短切原丝毡聚酯树脂粉末及乳液粘结剂，一般使用速溶型的粘结剂，以保证毡片浸透迅速，对于形状复杂的FRP制品，要求毡片柔软，附膜性好，易于操作。而拉挤成型工艺为增强横向强度而使用的连续原丝毡，往往切割成宽窄不等的毡条使用，其要求使用的粉末粘结剂或乳液粘结剂为慢溶或不溶型的，否则浸胶后稍受拉力即散开、拉断，无法正常作业。大滚桶拉丝工艺制成的连续单丝毡往往应用于拉挤制品表面层。使用的聚酯乳液粘结剂也要求不溶型的。尽管如此使用不溶型粘结剂制造的毡片，在经过拉挤模具加热固化后，仍可与基体树脂良好地结合。粉末和乳液粘结剂也可在使用时外加交联剂，以达到提高相对分子质量，形成网状结构的效果。在毡片强度要求特别高，柔软而富有弹性的情况下，也使用聚氨酯乳液。

根据玻纤毡应用领域不同，我们在粘结剂设计时，需要统筹考虑如下几个因素：

1.粘接理论中，吸附理论认为，粘接是由两材料间分子接触和界面力产生所引起的。粘接力的主要来源是分子间作用力包括氢键力和范德华力。胶粘剂与被粘物连续接触的过程叫润湿，要使胶粘剂润湿固体表面，胶粘剂的表面张力应小于固

体的临界表面张力，胶粘剂浸入固体表面的凹陷与空隙就形成良好润湿。通过润湿使胶粘剂与被粘物紧密接触，主要是靠分子间作用力产生永久的粘接。

对于不同体系高聚物成膜后，表面张力大小，在浸润剂成膜剂相关章节中有详细介绍，在此不再赘述。“润湿”是良好粘接的必要条件，应结合高聚物的玻璃化转变温度，以及成本等综合因素，合理设计烘干工艺。

毡用粘结剂的作用对象,以常见的短切原丝毡为例，毡用纤维单丝直径一般为11μm，一束原丝由100根单丝集束（也有50根、60跟和75根单丝集束的）。粉剂毡是在玻璃纤维接触点上实现粘结，而乳剂毡是整个毡片上实现粘结。了解这些，有利于控制粉末粘结剂的粒度分布，乳液粘结剂的粒径分布，提高粘结剂与纤维的有效接触，提高粘接强度。

2.确定粘结剂合适的玻璃化转变温度，选择恰当的增韧、增塑方式。

首先，只有粘结剂本身强度足够，即内聚能达到一定程度才能保证毡片的粘接强度。该指标要满足毡在生产过程中烘干、收卷工艺所要求的张力、无落纱；毡在贮存过程中不回粘；以及成品毡所需要的适合的作业强度。作为短切原丝毡及连续原丝毡的聚酯粉末粘结剂要求：玻璃化温度要高，在105℃一120℃之间，软化点要大于45℃，否则聚酯粉末软化点过低，在室内储存时易粘连、结团、结块，无法正常使用。而目前国内外聚醋酸乙烯增塑体系乳液粘结剂的玻璃化转变温度也多在0℃以下。

但是，粘结剂如果韧性太差，往往对收卷以及后续作业造成不便。粉剂毡如果脆性太大，强度就会下降，玻璃丝间的连结点由于树脂断裂使毡片失去强度。同理，乳剂毡附膜性变差，特别是手糊工艺用毡，造成戳手、不易手撕等现象，都给工人操作带来不便。

因此，我们在粘结剂设计时，应选择合适的聚合（缩聚）单体（包括改性所需的特殊单体）、选择合适的聚合工艺、有效的控制高聚物的分子量非常关键。

3.根据应用领域不同，在FRP作业过程中，拥有合适的苯乙烯溶解速度，以及合适的湿态强度保持率。

粘结剂中可有线性树脂和交联型二大类，即在苯乙烯中溶解速度（浸透速度）从速溶型到慢溶型到最后的不溶型。在粘结剂设计方面，我们通过控制交联程度来控制。交联剂的加入手段可以分为聚合时加、外加两种方式。通过控制交联剂的种类、交联反应发生的温度及场所、交联剂的数量来有效控制交联程度，以达到提高相对分子质量，形成网状结构从而控制浸透速度的目的。

关于湿态强度的数据测试，我们设计了如下装置，

说明：1.底座 2.毡片试样3、4夹具5. 苯乙烯施加装置6.滑轮7.砝码

我们通过固定试样的尺寸、苯乙烯的施加量以及砝码的质量，测量试样在苯乙烯溶解作用下，发生变形失去强度的时间来判定试样的湿态强度。

除此之外，我们在粘结剂设计时，针对一些特殊要求，比如玻纤毡的耐水煮性等等，也会有一些针对性的处理办法。

下面对各种毡用粘结剂的性能、制造方法、生产工艺做一个简单的介绍。

二．毡用粉末粘结剂

1．聚酯粉末粘结剂

聚酯粉末粘结剂在短切原丝毡及连续原丝毡制造中使用量最大。国外生产厂家有DSM意大利Como公司（产品牌号为NEOXIL940、NEOXIL950、NEOXIL945KS-1, NEOXIL1039）、日本花王公司、东化成、美VCB、EMS公司等，国内有南通亨得利高分子材料科技有限公司。

聚酯粉末粘结剂的优点为：

（1）原料选择范围广，可合成及配制出针对不同要求的粉末粘结剂；

（2）粉末熔融粘度低，对玻璃纤维润湿性好；

（3）粘结力强，对玻璃纤维附着力好；

（4）本身强度较好，有韧性，毡片强度高。

其缺点是较易产生静电，成毡烘烤时颜色易变黄。

设计粉末粘结剂时，对概述中所陈述的三点应综合考虑。需要特别指出的是粉末粘结剂颗粒度是有一定的分布，在最大颗粒与最小颗粒之间。每一级尺寸的颗粒均要有一定的百分比。一个理想的粘结剂分布模式应该为上下表面粘结剂含量较高，而中间层含量较少。换句话说，毡片的拉伸强度与粉末粘结剂在厚度方向的分布没有太大关系。粉末粘结剂在毡片表面附着量增加有利于毡表面集束，在使用最少粘结剂达到同等粘接效果的情况下，增加粘结剂在毡片表面的分布是最好的选择。

为了达到这种良好状态，在粉剂毡的制造过程中，粘结剂的施加阶段尤为关键。粉末粘结剂的适当用量在毡片重量3%-4%（300g/m2以下的薄毡该比例可适当提高）。研究发现粉末粘结剂在毡片上的分布由喷水量与粘结剂添加顺序决定。

在粘结剂的施加段，合理的布置应该为：①喷水→①撒粉→②喷水→②撒粉→③喷水。研究表明：当喷水量30%-50%时（玻璃纤维重量按100%计），粉末粘结剂往往集中在毡的表面，造成毡片强度下降，掉纱的现象。当喷水量在100%附近时，粉末粘结剂以接近理想状态分布。当喷水量大于150%时，粉末粘结剂会随喷水过程流失，毡片上表面粘结剂缺少，使毡片品质下降，同时造成成本上的浪费，并且大量的粘结剂会撒落在传送带上，导致维护困难。理想的喷水过程应该是：在“①喷水”过程中先喷洒30%的水分，以防止粉末粘结剂穿过毡片，其余70%的水量在后续过程中，应限制在最小必要量上使用。

此外，聚酯粉末粘结剂在使用中，有时也加人0.1%一0.3%的硬脂酸锌或少量润滑助剂，以改善其流动性及抗粘连性，洒粉后，还要经水喷冲，使粉末更好地粘附于玻璃纤维原丝上。冲淋水中往往加入渗透剂等表面活性剂。不同粒度分布的粉末对毡的粘结效果及撒粉辊筒类型是有一定关系的，所以要根据毡片标重、结构，短切毡机组结构，仔细选用合适的聚酯粉末粘结剂牌号。