Пропитанные стекловолоконные пряди и содержащие их изделия

Пропитанные стекловолоконные пряди и содержащие их изделия

Реферат

 

Использование: для усиления композиционных материалов. Изобретение обеспечивает получение стекловолоконных прядей, пропитанных неабразивными твердыми частицами, которые обеспечивают образование пустых пространств величиной по меньшей мере 3 мкм между смежными волокнами внутри пряди, что является полезным для усиления композиционных материалов. Волоконная прядь с покрытием образована множеством стеклянных волокон с диаметром волокна более 5 мкм, пропитанных сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы. Твердые частицы имеют минимальный размер частиц по меньшей мере 3 мкм. Твердость частиц не превышает твердости стеклянных волокон. Твердые частицы образованы по меньшей мере из керамического материала из группы: нитриды металлов, оксиды металлов, карбиды, сульфиды, бориды, силикаты металлов, карбонаты металлов и их смеси. 10 с. и 58 з.п. ф-лы, 8 ил., 12 табл.

Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится в целом к покрытым стекловолоконным прядям для усиления композиционных материалов и, в частности, к стекловолоконным прядям, пропитанным твердыми частицами, которые обеспечивают пустые пространства между смежными стекловолокнами пряди, при этом твердые частицы имеют минимальный средний размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм.

Уровень техники В операциях формования термореактивных пластмасс желательны свойства хорошей "сквозной смачиваемости" (проникновения полимерного матричного материала через мат) и "наружная смачиваемость" (проникновение полимерного матричного материала через отдельные пряди или пряди волокна в мате). В противоположность этому в типичных операциях формования термопластичных пластмасс особенно важными являются свойства хорошей дисперсии.

Для улучшения пропитки смолой в заявке на патент Японии 9-208268 раскрыта ткань, имеющая пряжу, образованную из стекловолокна, покрытую непосредственно после скручивания крахмалом или синтетической смолой и 0,001-20,0 мас. % неорганических твердых частиц, таких как коллоидный кремнезем, карбонат кальция, каолин и тальк, имеющих средний размер частиц от 5 до 2000 нм (от 0,05 до 2 мкм). В параграфе 13 подробного описания изобретения указано, что такие покрытия, имеющие более 20 мас.% неорганических твердых частиц, не могут применяться для стекловолокна.

Для улучшения проникновения смолы между стеклянными усиливающими волокнами во время образования композиционного материала в патенте США 3312569 раскрыто приклеивание частиц оксида алюминия к поверхности стекловолокна. Однако величина твердости по шкале Мооса оксида алюминия больше 9¹ (¹ R. Weast (Ed), Справочник по химии и физике, издательство CRC Press (1975), страница F-22, содержание которой включается в данное описание), что может приводить к абразивному истиранию более мягкого стекловолокна.

В SU 859400 раскрыта пропиточная композиция для изготовления слоистых тканей из стекловолокна, причем композиция содержит спиртовой раствор фенолформальдегидной смолы, графита, дисульфида молибдена, поливинилбутирала и поверхностно-активного вещества. Однако спиртовые растворы не желательны для применения при изготовлении стекловолокна.

Для усиления, уменьшения или изменения фрикционных характеристик композиционного материала в патенте США 5217778 раскрыто наружное покрытие сухого сцепления, включающее в себя композиционную пряжу из стекловолокна, металлической проволоки и полиакрилонитрильного волокна, которое пропитано и покрыто отвердевающим под действием тепла клеем или связующим материалом. Связующий материал может включать фрикционные частицы, такие как угольная сажа, графит, оксиды металлов, сульфат бария, алюмосиликат, частицы измельченного каучука, измельченные органические смолы, полимеризованное масло из орехов кешью, глину, кремнезем или криолит (смотри столбец 2, строки 55 - 66).

Имеется необходимость в покрытиях для противодействия абразивному истиранию и разрыву стекловолокна, которые совместимы с разнообразными полимерными матричными материалами.

Сущность изобретения Данное изобретение обеспечивает создание покрытой волоконной пряди с покрытием, содержащей множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон.

Другим аспектом данного изобретения является волоконная прядь с покрытием, содержащая множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр более 5 мкм, причем прядь по меньшей мере частично пропитана первичным слоем сухого остатка шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности множества стеклянных волокон, и вторичным слоем водного второго покрывного состава, нанесенного по меньшей мере на часть первичного слоя, причем второй покрывной состав содержит твердые частицы, которые обеспечивают создание пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный средний размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм.

Еще одним аспектом данного изобретения является волоконная прядь с покрытием, содержащая множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокон более 5 мкм, причем прядь по меньшей мере частично пропитана первичным слоем сухого остатка шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности множества стеклянных волокон, и вторичным слоем сухого остатка водного второго покрывного состава, нанесенного по меньшей мере на часть первичного слоя, причем второй покрывной состав содержит гидрофильные твердые частицы, которые обеспечивают создание пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем гидрофильные твердые частицы имеют минимальный средний размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и которые после воздействия воды поглощают и сохраняют воду в пустотах внутри гидрофильных твердых частиц.

Другим аспектом данного изобретения является покрытая волоконная прядь с покрытием, содержащая множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр более 5 мкм, причем прядь по меньшей мере частично пропитана первичным слоем сухого остатка шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть поверхности множества стеклянных волокон, и вторичным слоем водного второго покрывного состава, нанесенного по меньшей мере на часть первичного слоя, причем второй покрывной состав содержит полимерный материал, и третьим слоем, содержащим порошковые твердые частицы, которые обеспечивают создание пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный средний размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм.

Еще одним аспектом данного изобретения является усиленный полимерный композиционный материал, содержащий: (а) покрытую волоконную прядь, содержащую множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокон более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон, и (b) полимерный матричный материал.

Другим аспектом данного изобретения является ткань, содержащая волоконную прядь с покрытием, содержащую множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон.

Еще одним аспектом данного изобретения является подложка для электронных схем, содержащая: (а) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон; и (b) полимерный матричный материал, нанесенный по меньшей мере на часть ткани.

Другим аспектом данного изобретения является монтажная печатная плата, содержащая: (а) подложку для электронных схем, содержащую: (i) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон; и (ii) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани; и (b) электрически проводящий слой, расположенный смежно с выбранными частями выбранных сторон основы для электронных схем.

Еще одним аспектом данного изобретения является подложка для электронных схем, содержащая: (а) первый композиционный слой, содержащий: (i) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон; и (ii) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани; и (b) второй композиционный слой, отличный от первого композиционного слоя.

Еще одним аспектом данного изобретения является монтажная печатная плата, содержащая: (а) подложку для электронных схем, содержащую: (i) первый композиционный слой, содержащий: (1) ткань, содержащую покрытую волоконную прядь, содержащую множество стеклянных волокон, имеющих средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, при этом прядь по меньшей мере частично пропитана сухим остатком водного шлихтовального состава, содержащего твердые частицы, которые обеспечивают образование пустых пространств между смежными стеклянными волокнами пряди, причем твердые частицы имеют минимальный размер частиц, равный по меньшей мере 3 мкм, и твердость, которая не превышает твердости множества стеклянных волокон; и (2) слой полимерного матричного материала, нанесенный по меньшей мере на часть ткани; и (ii) второй композиционный слой, отличный от первого композиционного слоя; и (b) электрически проводящий слой, расположенный смежно с выбранными частями выбранных сторон первого и/или второго композиционного слоя.

Краткое описание чертежей Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приводится подробное описание вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: фиг. 1 - волоконная прядь с покрытием, имеющая первичный слой из сухого остатка водного шлихтовального состава, согласно данному изобретению, в изометрической проекции; фиг. 2 - волоконная прядь с покрытием, имеющая первичный слой из сухого остатка шлихтовального состава и на нем вторичный слой водного второго покрывного состава, согласно данному изобретению, в изометрической проекции; фиг. 3 - волоконная прядь с покрытием, имеющая первичный слой из сухого остатка шлихтовального состава, вторичный слой водного второго покрывного состава и на нем третий слой, согласно данному изобретению, в изометрической проекции; фиг. 4 - композиционный материал, согласно данному изобретению, вид сверху; фиг.5 - ткань, согласно данному изобретению, вид сверху; фиг. 6 - разрез подложки для электронных схем, согласно данному изобретению; фиг. 7 и 8 - разрезы альтернативных вариантов выполнения подложки для электронных схем, согласно данному изобретению.

Пряди стекловолокна, согласно данному изобретению, имеют уникальное покрытие, которое не только предотвращает абразивное истирание и разрушение волокон во время обработки, но также обеспечивает сквозную смачиваемость, наружную смачиваемость и дисперсионные свойства при создании композиционных материалов. Хорошая прочность слоистого материала, хорошая термическая устойчивость, хорошая гидролитическая устойчивость, низкая коррозия и низкая химическая активность в присутствии высокой влажности, реактивных кислот и щелочей и совместимость с множеством полимерных матричных материалов, которая устраняет необходимость горячей очистки перед приклеиванием, являются другими желательными характеристиками, которые проявляют покрытые волоконные пряди, согласно данному изобретению.

Другим значительным преимуществом покрытых прядей стекловолокна, согласно данному изобретению, является их хорошая обрабатываемость при изготовлении ткани или трикотажного полотна. Низкие пыльность и рассеяние, низкое количество сломанных волокон, низкая напряженность пряди, высокая летучесть и малое время вставления - вот те характеристики, которые обеспечиваются покрытыми прядями стекловолокна, согласно данному изобретению, которые упрощают процессы изготовления ткани и трикотажного полотна и обеспечивают получение ткани с небольшим количеством дефектов поверхности для применения в монтажных печатных платах.

На фиг. 1, где одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы, показана стекловолоконная прядь с покрытием 10, содержащая множество стеклянных волокон 12 или кварцевых волокон, согласно данному изобретению. В данном случае "прядь" обозначает множество отдельных волокон. Понятие "волокно" обозначает отдельную элементарную нить. Волокна 12 имеют средний номинальный диаметр волокна более 5 мкм, предпочтительно более 7 мкм и более предпочтительно более 9 мкм.

Стекловолокно 12 может быть образовано из любого типа стеклянного состава, способного создавать волокна, которые известны специалистам в данной области техники (см., например, К.Ловенстейн "Технология изготовления стеклянных волокон", изд.3, 1993 г., с. 39-44), включая составы, изготовленные из способных образовывать волокна стеклянных составов, таких как "стекло Е", "стекло А", "стекло С", "стекло D", стекло R", "стекло S", а также производные "стекла Е". В данном случае понятие "производные стекла Е" обозначает стеклянные составы, которые включают в себя незначительные количества фтора и/или бора и предпочтительно не содержат фтора и/или бора. Кроме того, используемое понятие "незначительное" обозначает менее 1 мас.% фтора и менее 5 мас.% бора. Базальтовое и минеральное волокно являются примерами других стеклянных волокон, которые можно использовать в данном изобретении. Предпочтительные стеклянные волокна образованы из стекла Е или производных стекла Е. Специалистам в данной области техники хорошо известны такие составы и способы изготовления элементарных стеклянных волокон из них, поэтому они не нуждаются в подробном пояснении в этом описании. Если все же необходима дополнительная информация, то такие стеклянные составы и способы изготовления волокон описаны в книге К.Loewenstein "Технология изготовления стекловолокна" (3-е издание 1993), страницы 30-44, 47-60, 115-122 и 126-135, а также в патентах США 4542106 и 5789329, содержание которых включается в данное описание.

Дополнительно к стеклянным волокнам покрытая волоконная прядь 10 может дополнительно содержать волокна, образованные из других способных образовывать волокна естественных или искусственных материалов, таких как не стеклянные неорганические материалы, природные материалы, органические полимерные материалы и их комбинации. В данном случае понятие "способные создавать волокна" означает материал, из которого можно получать обычно непрерывное элементарное волокно, волокно, прядь или пряжу.

Подходящие не стеклянные неорганические волокна включают керамические волокна, образованные из карбида кремния, угля, графита, муллита, оксида алюминия и пьезоэлектрических керамических материалов. Не ограничивающими изобретение примерами подходящих природных волокон животного или растительного происхождения являются хлопок, целлюлоза, натуральный каучук, лен, рами, пенька, сизаль и шерсть. Подходящие искусственные волокна включают волокна, образованные из полиамидов (таких как нейлон и арамиды), термопластичные сложные полиэфиры (такие как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат), акрилы (такие как полиакрилнитрилы), полиолефины, полиуретаны и виниловые полимеры (такие как поливиниловый спирт). Не стеклянные волокна, которые можно использовать в данном изобретении, а также способы получения и обработки таких волокон подробно описаны в Encyclopedia of Polymer Science and Technology, том 6 (1967), страницы 505-712, содержание которых включается в данное описание. Понятно, что при желании в данном изобретении можно использовать смеси или сополимеры любых указанных материалов, а также комбинации любых волокон, образованных из указанных материалов.

Ниже приводится описание данного изобретения в основном применительно к прядям из стекловолокна, хотя для специалистов в данной области техники понятно, что прядь 10 может дополнительно содержать одно или более не стеклянных волокон, указанных выше.

Как показано на фиг.1, в предпочтительном варианте выполнения волокна 12 волоконной пряди 10, согласно данному изобретению, пропитаны первичным слоем 14 из сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть 17 поверхности 16 волокон 12 для защиты поверхности 16 волокон от абразивного истирания во время обработки и предотвращения разрушения волокон 12. Сухой остаток водного шлихтовального состава предпочтительно наносят на всю наружную поверхность 16 или периферию волокон 12.

В данном случае в предпочтительном варианте выполнения понятие "шлихтовальный" обозначает покрывной состав, нанесенный на волокна непосредственно после образования волокон. В альтернативном варианте выполнения понятие "шлихтовальный" дополнительно относится к покрывным составам (известным также как "окончательная шлихта"), нанесенным на волокна после удаления обычного первичного покрытия с помощью нагрева или химической обработки, т. е. окончательная шлихта наносится на голое стеклянное волокно, включаемое в ткань.

Водный шлихтовальный состав содержит одну или несколько, предпочтительно множество, твердых частиц 18, расположенных между или склеенных с наружными поверхностями 16 волокон 12, которые обеспечивают создание пустых пространств 21 между смежными стеклянными волокнами 23, 25 пряди 10. Эти пустые пространства 21 обычно соответствуют среднему размеру 19 твердых частиц 18, расположенных между смежными волокнами. В данном случае понятие "твердый" обозначает материал, который не течет заметно под действием умеренных напряжений, имеет определенную способность сопротивляться усилиям, которые пытаются его деформировать, и при обычных условиях сохраняет размеры и форму. Смотри Webster's Third New International Dictionary of the English Language - Unabridged (1971), страница 2169. Кроме того, понятие "твердый" в данном случае включает как кристаллические, так и не кристаллические материалы.

Твердые частицы 18 имеют минимальный средний размер 19 (эквивалентный диаметру шара), равный по меньшей мере 3 мкм, предпочтительно по меньшей мере около 5 мкм, и находящийся в диапазоне от 3 до около 1000 мкм, предпочтительно от около 5 до около 1000 мкм и более предпочтительно от около 10 до около 25 мкм. Каждая твердая частица предпочтительно имеет минимальный размер, равный по меньшей мере 3 мкм и предпочтительно по меньшей мере около 5 мкм. Также является предпочтительным, что минимальный средний размер 19 твердых частиц соответствует в основном среднему номинальному диаметру стекловолокна. Следует иметь в виду, что размеры частиц, указанные выше, являются предпочтительными по отношению к более мелким размерам частиц, частично потому, что они обычно менее дорогие и более легко диспергируются. Кроме того, ткани, изготовленные из прядей, покрытых частицами с размерами, указанными выше, проявляют лучшие характеристики сквозной смачиваемости и наружной смачиваемости при пропитывании полимерным матричным материалом по сравнению с тканями, изготовленными из прядей, покрытых частицами меньших размеров.

Конфигурация или форма твердых частиц 18 может быть по желанию в основном сферической (такой как шарики, микрошарики или твердые полые сферы), кубической, плоской или игольчатой (продолговатой или волокнистой). Более подробную информацию о характеристиках подходящих частиц смотри H.Katz и др. "Справочник по наполнителям и пластмассам", (1987), страницы 9-10, содержание которых включается в данное описание. Твердые частицы 18 должны сохранять свой минимальный средний размер (эквивалентный диаметру шара), равный по меньшей мере 3 мкм и предпочтительно по меньшей мере около 5 мкм, и, в частности, должны сохранять свой минимальный размер (эквивалентный диаметру шара), равный по меньшей мере 3 мкм и предпочтительно по меньшей мере около 5 мкм, в условиях обработки, таких как усилия, создаваемые между смежными волокнами во время прядения, предпрядения и других операций обработки, сохранять пустые пространства между смежными волокнами 23, 25. Другими словами, твердые частицы не должны крошиться, деформироваться или растворяться в водном шлихтовальном составе до размера частиц меньше минимального размера частиц в типичных условиях обработки стекловолокна, таких как температура до около 25^oС и более предпочтительно до около 400^oС.

Стеклянные волокна подвергаются абразивному износу при контакте с шероховатостями соседних стеклянных волокон и/или других твердых предметов или материалов, с которыми стекловолокно контактирует во время формирования и последующей обработки, такой как прядение или предпрядение. В данном случае понятие "абразивный износ" обозначает царапанье или отрезание кусочков поверхности стекловолокна или разрушение стекловолокна за счет фрикционного контакта с частицами, кромками и составляющими материала, которые достаточно жесткие для причинения вреда стекловолокну. Смотри монографию К.Ludema, "Friction, Wear, Lubrication" (1966), страница 129, полное содержание которой включается в данное описание. Абразивный износ прядей стекловолокна приводит к разрушению прядей во время обработки и к дефектам поверхности изделий, таких как ткань и композиционные материалы, что увеличивает количество отходов и стоимость изготовления.

Для минимизации абразивного износа твердые частицы имеют величину твердости, которая не превосходит, т.е. равна или меньше, величину твердости стекловолокна. Величины твердости твердых частиц и стекловолокна можно определить с помощью обычного метода измерения твердости, такого как метод Виккерса или Бринеля, однако более предпочтительно определять твердость по шкале Мооса, которая указывает относительную склерометрическую стойкость (твердость царапанья) поверхности материала. Величина твердости стекловолокна по шкале Мооса обычно находится в диапазоне от около 4,5 до около 6,5 и предпочтительно составляет около 6, смотри R. Weast (редактор) "Справочник по химии и физике", издательство CRC Press (1975), страница F-22, содержание которой включается в данное описание. Величина твердости по шкале Мооса твердых частиц находится в диапазоне от около 0,5 до около 6. Величины твердости по шкале Мооса нескольких не имеющих ограничительного характера твердых частиц, подходящих для использования в данном изобретении, приведены ниже в таблице А.

Как указывалось выше, твердость по шкале Мооса относится к стойкости материала к царапанью. Поэтому в данном изобретении рассматриваются частицы, которые имеют на своей поверхности твердость, которая отличается от твердости во внутренних частях частиц. В частности, поверхность частиц может быть модифицирована любым способом, хорошо известным из уровня техники, включая, но не ограничиваясь этим, покрытие, платирование или инкапсулирование частиц, или же химическое изменение характеристик поверхности с использованием технологий, известных из уровня техники, так чтобы твердость поверхности частицы не превышала твердости стекловолокна, в то время как твердость частицы под поверхностью была больше, чем твердость стекловолокна. В качестве примера, но без ограничения изобретения, неорганические частицы, такие как карбид кремния и нитрид алюминия можно снабдить покрытием из оксида кремния, карбоната или наноглины. Дополнительно к этому, кремнийорганический аппрет с боковыми цепочками алкила может реагировать с поверхностью многих оксидных частиц для обеспечения "более мягкой" поверхности.

Обычно твердые частицы 18, используемые в данном изобретении, могут быть образованы из неорганических материалов, органических материалов или из их смесей. Твердые частицы 18 предпочтительно образованы из неорганических материалов, выбранных из группы, состоящей из керамических материалов и металлических материалов. Подходящие керамические материалы включают нитриды металлов, оксиды металлов, карбиды металлов, сульфиды металлов, бориды металлов, силикаты металлов, карбонаты металлов и их смеси.

Без ограничения изобретения подходящим нитридом металла является нитрид бора, который является предпочтительным неорганическим материалом для изготовления твердых частиц, используемых в данном изобретении. Не ограничивающим изобретение примером используемого оксида металла является оксид цинка. Подходящие сульфиды металлов включают дисульфид молибдена, дисульфид тантала, дисульфид вольфрама и сульфид цинка. Используемые силикаты металлов включают силикаты алюминия и силикаты магния, такие как вермикулит. Подходящие металлические материалы включают графит, молибден, платину, никель, алюминий, медь, золото, железо, серебро и их смеси.

Неорганические твердые частицы 18 предпочтительно являются также твердыми смазочными материалами. В данном случае понятие " твердый смазочный материал" означает, что неорганические твердые частицы 18 имеют характерную форму кристаллизации, которая обеспечивает их разрезание на тонкие плоские пластины, которые хорошо скользят друг по другу и создают тем самым антифрикционный смазочный эффект между поверхностью стекловолокна и смежными твердыми поверхностями, из которых по меньшей мере одна находится в движении. Смотри R. Lewis, Sr. , Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12 издание 1993), страница 712, содержание которой включается в данное описание. Трение представляет собой сопротивление скольжению одного твердого материала по другому. Смотри F. Clauss, Solid Lubricants and Self-Lubricating Dolids, (1972), страница 1, содержание которой включается в данное описание.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения твердые смазочные частицы имеют чешуйчатую структуру. Частицы, имеющие чешуйчатую или гексагональную кристаллическую структуру, состоят из слоев или пластин атомов в гексагональной решетке с сильными связями внутри слоя и слабыми связями Ван дер Вааля между слоями, что обеспечивает низкую прочность сдвига между слоями. Смотри К. Ludema, Friction, Wear, Lubrication (1996), страница 125, F. Clauss, Solid Lubricants and Self-Lubricating Dolids (1972), страницы 19-22, 42-54, 75-77, 80-81, 82, 90-102, 113-120 и 128 и W. Campbell "Solid Lubricants", Boundary Lubrication; An Appraisal of World Literature, ASME Research Committee on Lubrication (1969), страницы 202-203, содержание которых включается в данное описание. Неорганические твердые частицы, имеющие чешуйчатую желобковую (шаровую) структуру, можно также использовать в данном изобретении.

Не ограничивающими изобретение примерами неорганических твердых смазочных частиц, имеющих чешуйчатую структуру, являются нитрид бора, графит, дихалькогениды металлов, слюда, тальк, гипс, калинит, кальцит, иодид кадмия, сульфид серебра и их смеси. Предпочтительные неорганические твердые смазочные частицы включают нитрид бора, графит, дихалкогениды металлов и их смеси. Подходящие дихалкогениды металлов включают дисульфид молибдена, диселенид молибдена, дисульфид тантала, диселенид тантала, дисульфид вольфрама, диселенид вольфрама и их смеси.

Не ограничивающими изобретение примерами частиц нитрида бора, подходящими для использования в данном изобретении, являются частицы порошка нитрида бора PolarTherm 100 Series (PT 120, РТ 140, РТ 160 и РТ 180), 300 Series (PT 350) и 600 Series (PT 620, РТ 630, РТ 640 и РТ 670), которые поставляет фирма Advanced Ceramics Corporation of Lakewood, Ohio. Смотри "Polar Therm Thermally Conductive Fillers for Polymeric Materials" a technical bulletin of Advanced Ceramics Corporation of Lakewood, Огайо, содержание которого включается в данное описание. Эти частицы имеют теплопроводность около 250 - 300 ватт на метр-Кельвин при 25^oС, диэлектрическую постоянную около 3,9 и объемное сопротивление около 10¹⁵ ом-сантиметр. Порошок сотой серии имеет средний размер частиц в диапазоне от около 5 до около 14 мкм, порошок трехсотой серии имеет средний размер частиц в диапазоне от около 100 до около 150 мкм, а шестисотой серии - средний размер частиц в диапазоне от около 16 до более около 200 мкм.

Твердые смазочные частицы 18 могут находиться в виде дисперсии, суспензии или эмульсии в воде. При желании в шлихтовальный состав могут быть включены другие растворители, такие как минеральное масло или спирт (предпочтительно менее около 5 мас.%). Не ограничивающим изобретение примером предпочтительной дисперсии около 25 мас.% частиц нитрида бора в воде является OPRAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC фирмы ZYP Coatings, Inc. of Oak Ridge, Tennessee. Смотри OPRAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC, a technical bulletin of ZYP Coatings, Inc., содержание которого включается в данное описание. Согласно данным поставщика, частицы нитрида бора в этом продукте имеют средний размер менее около 3 мкм. Эта дисперсия имеет около 1 мас. % силиката магния-алюминия, который, согласно данным поставщика, связывает частицы нитрида бора с подложкой, на которую наносится дисперсия. Другие возможные для использования изделия, поставляемые фирмой ZYP Coatings, включают краску BORON NITRIDE LUBRICOAT и изделия BRAZE STOP и WELD RELEASE.

Шлихтовальный состав предпочтительно по существу не содержит способные к гидратации неорганические твердые смазочные частицы или абразивные частицы оксида кремния или карбоната кальция, т.е. содержит менее чем около 20 мас.% способных к гидратации неорганических твердых смазочных частиц или абразивных частицы оксида кремния или карбоната кальция, относительно полной твердой основы, более предпочтительно менее чем около 5 мас.% и наиболее предпочтительно менее 0,001 мас.%.

В данном случае понятие "способные к гидратации" означает, что твердые неорганические смазочные частицы реагируют с молекулами воды для образования гидратов и содержат воду гидрации или воду кристаллизации. "Гидрат" образуется при реакции молекул воды с веществом, в котором связь Н-ОН не разорвана. Смотри R. Lewis, Sr. , Hawley's Condensed Chemical Dictionary (12 издание 1993), страница 609 -610 и Т. Perros, Chemistry (1967), страницы 186 - 187, содержание которых включается в данное описание. В химических формулах гидратов добавление молекул воды обычно указывают расположенной по центру точкой, например 3MgO4SiO₂H₂O (тальк), Аl₂O₃2SiO₂2H₂O (каолинит). Гидраты содержат координационную воду, которая координирует катионы в гидрированном материале и которую нельзя удалить без разрушения структуры, и/или структурную воду, которая занимает пустоты в структуре для добавления электростатической энергии без нарушения баланса заряда. Смотри R. Evans, An Introduction to Crystal Chemistry (1948), страница 276, содержание которой включается в данное описание.

Хотя и не предпочтительно, водный шлихтовальный состав может содержать способные к гидратации неорганические твердые смазочные материалы дополнительно к не способным к гидратации неорганическим твердым смазочным материалам, указанным выше. Не ограничивающими изобретение примерами таких способных к гидратации твердых смазочных материалов являются филосиликаты минеральной глины, включая слюды (такие как мусковит), тальк, монтморрилонит, каолинит и гипс (CaSO₄2H₂O).

В альтернативном варианте выполнения твердые частицы 18 могут быть образованы из органических полимерных материалов, выбранных из группы, состоящей из термореактивных материалов, термопластичных материалов, крахмалов и их смесей. Подходящие термореактивные материалы включают термореактивные сложные полиэфиры, виниловые эфиры, эпоксидные материалы, фенолы, аминопласты, термореактивные полиуретаны и их смеси, такие как указаны выше. Подходящие термопластичные материалы включают виниловые полимеры, термопластичные сложные полиэфиры, полиолефины, полиамиды, термопластичные полиуретаны, акриловые полимеры и их смеси. Органические твердые частицы предпочтительно имеют форму микрошариков или полых сфер.

В альтернативном предпочтительном варианте выполнения твердые частицы 18 являются теплопроводными, т. е. имеют теплопроводность более чем около 30 Вт/м-К, такие как, например, нитрид бора, графит и металлические неорганические твердые смазочные материалы, указанные выше. Теплопроводность твердого материала можно определить с помощью любого известного специалистам в данной области техники метода, например с помощью метода экранированной горячей пластины, согласно ASTM С-177-85 (содержание которой включается в данное описание) при температуре свыше 300К.

В другом предпочтительном варианте выполнения неорганические твердые частицы 18 являются электрически изолирующими или имеют высокое электрическое сопротивление, т. е. имеют электрическое сопротивление более чем около 1000 микроом-см, например, такой как нитрид бора.

Твердые смазочные частицы содержат от около 0,001 до около 99 мас.% шлихтовального состава относительно общей твердой основы, от около 1 до около 80 мас.%, и более предпочтительно от около 1 до около 40 мас.%. В предпочтительном варианте выполнения шлихтовальный состав может содержать более 20 до около 40 мас.% нитрида бора относительно общей твердой основы.

Дополнительно к твердым частицам водный шлихтовальный состав предпочтительно содержит один или более полимерных, пленкообразующих материалов, таких как термореактивные материалы, термопластичные материалы, крахмалы и их смеси. Полимерные пленкообразующие материалы предпочтительно образуют в основном непрерывную пленку при нанесении на поверхность 16 стекловолокна. Обычно количество полимерных пленкообразующих материалов составляет от около 1 до около 99 мас.% водного шлихтовального состава относительно общей твердой основы, предпочтительно от около 20 до около 99 мас.% и более предпочтительно от около 60 до около 80 мас.%.

Термореактивные полимерные пленкообразующие материалы являются предпочтительными полимерными пленкообразующими материалами для использования в водных шлихтовальных составах для покрытия прядей стекловолокна, согласно данному изобретению. Такие материалы являются совместимыми с термореактивными матричными материалами, используемыми в качестве слоистых материалов для печатны