Пропитанные пряди стекловолокон и ткань на их основе

Пропитанные пряди стекловолокон и ткань на их основе

Реферат

 

Изобретение касается пряди волокон с покрытием, включающей по меньшей мере одно волокно, имеющее слой высушенного остатка совместимой с полимерами композиции покрытия по меньшей мере на части поверхности по меньшей мере одного волокна. Совместимая с полимерами композиция покрытия включает: (а) множество дискретных, стабильного размера частиц, полученных из материалов, выбранных из группы, состоящей из органических материалов, полимерных материалов, композитных материалов и их смесей, обеспечивающих создание пустот по меньшей мере между одним волокном и по меньшей мере одним соседним волокном, причем частицы имеют средний размер от около 0,1 до около 5 мкм; (b) по меньшей мере один смазочный материал; (с) по меньшей мере один полимерный пленкообразующий материал и (d) по меньшей мере один аппрет. Изобретение касается также ткани, включающей по меньшей мере одну из таких прядей волокон. Техническая задача изобретения - снижение износа и ломкости волокон за счет трения, а также обеспечение хорошей промокаемости и пропитываемости покрытия материалом матрицы. 8 с. и 51 з.п. ф-лы, 5 табл., 8 ил.

Перекрестные ссылки на родственные заявки Настоящая заявка на патент является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/170566, В. Novich et al., под названием "Пропитанные пряди стекловолокон и включающие их изделия", зарегистрированную 13 октября 1998 г., которая в свою очередь является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/034077, В. Novich et al., под названием "Пропитанные пряди стекловолокон и включающие их изделия", зарегистрированную 3 марта 1998 г., в настоящее время аннулированную.

Настоящая заявка является родственной заявкой по отношению к заявке на патент США с серийным 09/170579, В. Novich et al., под названием "Способы замедления вызываемого трением износа прядей стекловолокон", зарегистрированной 13 октября 1998 г., которая в свою очередь является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/034078, В. Novich et al., под названием "Способы замедления вызываемого трением износа прядей стекловолокон", зарегистрированную 3 марта 1998 г., в настоящее время аннулированную; к заявке на патент США с серийным 09/170781, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые теплопроводными неорганическими твердыми частицами и включающие эти пряди изделия", зарегистрированной 13 октября 1998 г. , которая в свою очередь является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/034663, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые теплопроводными неорганическими твердыми частицами и включающие эти пряди изделия", зарегистрированную 3 марта 1998 г., в настоящее время аннулированную; к заявке на патент США с серийным 09/170780, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые неорганическим смазочным материалом и включающие эти пряди изделия", зарегистрированной 13 октября 1998 г., которая в свою очередь является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/034525, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые неорганическим смазочным материалом и включающие эти пряди изделия", зарегистрированную 3 марта 1998 г., в настоящее время аннулированную; к заявке на патент США с серийным 09/170565, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые неорганическими частицами и включающие эти пряди изделия", зарегистрированной 13 октября 1998 г., которая в свою очередь является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/034056, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые неорганическими частицами и включающие эти пряди изделия", зарегистрированную 3 марта 1998 г., в настоящее время аннулированную; к заявке на патент США с серийным 09/170578, В. Novich et al., под названием "Армированные стекловолокнами ламинаты, электронные платы и способы сборки ткани", зарегистрированной 13 октября 1998 г., которая является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/130270, В. Novich et al., под названием "Армированные стекловолокнами ламинаты, электронные платы и способы сборки ткани", зарегистрированную 6 августа 1998 г., которая в свою очередь является частично продолжающей заявку на патент США с серийным 09/034525, В. Novich et al., под названием "Пряди стекловолокон, покрытые неорганическим смазочным материалом и включающие эти пряди изделия", зарегистрированную 3 марта 1998 г., в настоящее время аннулированную.

Настоящая заявка на изобретение заявляет права на предварительную заявку на патент США 60/133076, зарегистрированную 7 мая 1999 г., и 60/146337, зарегистрированную 30 июля 1999 г.

Область техники Настоящее изобретение относится главным образом к имеющим покрытия прядям стекловолокон для армирования композитов, более конкретно к прядям стекловолокон, покрытым частицами, образующими пустоты между прилегающими друг к другу стекловолокнами пряди.

Уровень техники При выполнении операций формования термореактивных (термоотверждаемых) материалов желательны свойства хорошей "промокаемости" (проникновения полимерного материала матрицы через мат или ткань) и хорошей "пропитываемости" (проникновения полимерного материала матрицы через индивидуальные пучки или пряди волокон мата или ткани). И напротив, свойства хорошей диспергируемости имеют первостепенную важность при выполнении типичных операций формования термопластических материалов.

Японская заявка на патент 9-208268 описывает ткань, имеющую нити, образованные стекловолокнами, покрытыми сразу же после прядения крахмалом или синтетической смолой, и составляющими 0,001-20,0 мас.% частицами неорганических твердых веществ, таких как коллоидный кремнезем, карбонат кальция, каолин и тальк, со средним размером частиц от 5 до 200 нанометров (от 0,05 до 2 микрометров), для улучшения пропитки полимерами. В абзаце 13 подробного описания упомянутого изобретения указывается, что в случае, если такие покрытия имеют более 20 мас.% неорганических твердых частиц, то их нельзя применять для нанесения на стекловолокна. Перед формованием ламината необходимо произвести тепловое или водное обезжиривание, чтобы удалить такое покрытие со стекловолокон.

Патент США 3312569 описывает налипание частиц глинозема на поверхность стекловолокон, улучшающее проникновение полимера между армирующими стекловолокнами во время получения композита. Однако значения твердости по Мосу для глинозема выше чем около 9 (см. публикацию R. Weast (Ed.), Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 1975, на странице F-22, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки), что может привести к истиранию более мягких стекловолокон.

Патент СССР 859400 описывает пропитывающую композицию для изготовления ламинатов из стекловолоконной ткани, при этом композиция содержит спиртовой раствор фенолформальдегидного полимера, графит, дисульфид молибдена, поливинилбутирал и поверхностно-активное вещество. Летучие спиртовые растворители не желательны для применений, связанных со стекловолокнами.

Для модификации характеристик, связанных со способностью армирующего материала к пропитыванию и/или для уменьшения общей плотности изготавливаемого из него композитного материала можно использовать частицы полого наполнителя. Например, патент США 5412003 описывает пропитку стекловолокон полимерной композицией, содержащей ненасыщенный сложный эфир, полимеризуемый мономер, термопластический полимер, инициатор полимеризации и полые стеклянные микросферы (графа 2, строки 6-14). Литьевая масса и литые изделия, полученные из таких пропитанных волокон, имеют легкий вес (графа 2, строки 26-30). В патенте США 4820575 описываются включение пустотелых наполнителей, и в частности, расширяющихся под воздействием тепла пустотелых наполнителей, с диаметром частиц от около 20 до около 300 микрометров, в пространства между волокнами армирующих материалов, что уменьшает насыщение полимером и понижает удельную массу армирующих материалов (графа 4, строки 39-43 и графа 3, строки 15-30). Предпочтительно, чтобы эти наполнители применяли для армирующих материалов в виде водной суспензии, без аппретирующих составов (графа 3, строки 63-68 и графа 4, строки 1-3). В патенте США 5866253 описывается включение расширяющихся под воздействием тепла полых частиц в пряди волокон. Расширяясь, эти частицы образуют "микропузырьки", в результате чего поперечное сечение прядей волокон, предназначенных для использования в композитных материалах, увеличивается. Расширенные частицы обычно имеют диаметр от около 40 до около 50 микрометров, что больше, чем диаметр волокон пряди (графа 3, строки 5-10). Диаметр прядей волокон, включающих расширенные частицы, обычно в четыре раза увеличен по сравнению с прядями из волокон без расширенных частиц, а плотность прядей значительно уменьшена (графа 4, строки 12-18). Увеличенный диаметр прядей позволяет использовать меньшее количество прядей при получении композитов, что обеспечивает более низкую плотность готового изделия (графа 1, строки 39-43).

В случае, если композиты или ламинаты получены из прядей волокон, сотканных в ткань, то кроме обеспечения свойств хорошей промокаемости и хорошей пропитываемости волокон, желательно также, чтобы покрытие на поверхностях прядей волокон защищало волокна от истирания в процессе технологических операций, обеспечивало хорошую пригодность к процессу ткания, в частности, на пневматических ткацких станках, а также было совместимым с полимерным материалом матрицы, в которую включают пряди волокон. Многие аппретирующие компоненты, обычно используемые для прядей волокон, подлежащих тканию, могут оказывать отрицательное влияние на сцепление между стекловолокнами и слоистым материалом матрицы. Например, крахмал, который обычно используют в качестве аппретирующего компонента для текстильных волокон, как правило, не совместим с материалом матрицы, представляющим собой слоистый полимер. Чтобы не допустить несовместимости между стекловолокнами и материалом матрицы, покрытие или аппретирующую композицию, как правило, удаляют из ткани до ламинирования, посредством термического разложения аппретирующих компонентов (называемого тепловой чисткой или обезжириванием) или посредством промывки ткани водой (также называемой обезжириванием). Обычный способ тепловой чистки для термического разложения аппретирующих компонентов включает нагревание ткани при 380^oС в течение 60-80 часов. Термически очищенную ткань затем вновь покрывают кремнийорганическим аппретирующим составом (аппретом), чтобы улучшить сцепление между стекловолоконными прядями и материалом матрицы. Однако такие способы обезжиривания не всегда достаточно успешно удаляют несовместимые материалы, и кроме того, могут загрязнить ткань продуктами разложения.

Японская заявка на патент 8-119-682 описывает композицию для первичного аппретирования, содержащую водорастворимую эпоксидную смолу, которую можно легко удалить путем ополаскивания водой (страница 3, абзац 2), что улучшает удаление аппретирующих композиций или их обезжиривание, для использования в композитах. Предпочтительно, первичный аппрет включает эпоксидную смолу, имеющую агрегированные и сформированные частицы с диаметрами от 0,5 до 50 микрометров и рН между 5,5 и 7,5 (страница 4, абзац 1). Предпочтительно, эпоксидная смола представляет собой коллоид с частицами размером от 1 до 5 микрометров (страница 6, абзац 1). Считают, что частицы способствуют предотвращению растекания или перетекания эпоксидной смолы во время сушки.

Патент США 4009317 описывает композицию для первичного аппретирования, содержащую эмульгированные плакированные частицы, образующие пленку на стекловолокнах и обладающие свойством хорошо выгорать (графа 1, строки 67-68, и графа 2, строки 1-3).

В других патентах описываются способы получения композитного материала путем включения частиц полимерных смол в волоконные пряди и последующего нагревания или прессования прядей с образованием композита. Патент США 4615933 описывает насыщение стеклотканей или прядей стекловолокон водными дисперсиями политетрафторэтилена или другими фторполимерными частицами, с получением прядей, имеющих около 50-70 мас.% волокон и около 30-50 мас.% политетрафторэтилена. Затем пряди прессуют для получения композитов. Патенты США 5364657 и 5370911 описывают включение полимерных частиц в волоконные пряди путем либо осуществления контакта увлажненных прядей с воздушным потоком, содержащим сухие полимерные частицы (графа 2, строки 60-68 и графа 3, строки 1-8 патента 5364657), либо путем обеспечения электростатического прилипания частиц полимера к волоконным прядям (графа 3, строки 13-37 патента 5370911). Затем волоконные пряди нагревают, чтобы частицы склеились между собой, образовав сплошное полимерное покрытие, составляющее более 10 мас. % от покрытых волоконных прядей. Другие добавки, такие как аппреты или эмульгаторы, как правило, нежелательны для применения в таких покрытиях (графа 4, строки 50-51 патента 5370911 и графа 2, строки 18-21 патента 5364657). Однако волоконные пряди, имеющие высокие уровни содержания полимерных покрытий на своих поверхностях, часто трудно поддаются тканию на пневматических ткацких станках.

Существует необходимость в покрытиях, снижающих износ за счет трения (абразивный износ) и ломкость стекловолокон, совместимых с широким разнообразием полимерных материалов матрицы и обеспечивающих хорошую промокаемость и пропитываемость материалом матрицы. Кроме того, особо желательно, чтобы эти покрытия были совместимыми с современным оборудованием для пневматического ткания, с целью увеличения его производительности.

Краткое описание изобретения Один из аспектов настоящего изобретения представляет собой прядь волокон с покрытием, включающую по меньшей мере одно волокно, имеющее слой высушенного остатка совместимой с полимерами композиции покрытий, по меньшей мере на части поверхности по меньшей мере одного волокна, причем совместимая с полимерами композиция покрытия включает: (а) множество дискретных, стабильного размера частиц, полученных из материалов, выбранных из группы, состоящей из органических материалов, полимерных материалов, композитных материалов и их смесей, обеспечивающих создание пустот по меньшей мере между одним волокном и по меньшей мере одним соседним волокном, причем частицы имеют средний размер от около 0,1 до около 5 микрометров; (b) по меньшей мере один смазочный материал; (с) по меньшей мере один полимерный материал, образующий пленку; (d) по меньшей мере один аппретирующий состав (аппрет); а также ткань, включающую по меньшей мере одну такую прядь волокон.

Другой аспект настоящего изобретения представляет собой прядь волокон с покрытием, включающую по меньшей мере одно стекловолокно, имеющее высушенный остаток водной композиции покрытий, совместимой с полимерами, по меньшей мере на части поверхности по меньшей мере одного волокна, причем водная композиция покрытия, совместимая с полимерами, включает: (а) множество дискретных полимерных органических частиц, обеспечивающих создание пустот по меньшей мере между одним стекловолокном и по меньшей мере одним соседним стекловолокном, причем частицы имеют средний размер примерно до 5 микрометров; (b) смазочный материал, выбранный из группы, состоящей из масел, восков, консистентных (густых) смазок и их смесей; (с) полимерный материал, образующий пленку, выбранный из группы, состоящей из термореактивных полимерных материалов, термопластических полимерных материалов, натуральных полимерных материалов и их смесей; (d) аппрет; а также ткань, включающую по меньшей мере одну такую прядь волокон.

Еще один аспект настоящего изобретения представляет собой прядь волокон с покрытием, включающую по меньшей мере одно стекловолокно, имеющее высушенный остаток водной композиции покрытий, совместимой с полимерами, по меньшей мере на части поверхности по меньшей мере одного волокна, причем водная композиция покрытия, совместимая с полимерами, включает; (а) множество дискретных частиц, включающих: (i) по меньшей мере одну частицу, полученную из акрилового сополимера, являющегося сополимером стирола и акриловой смолы; (ii) по меньшей мере одну частицу, полученную из неорганического твердого смазочного материала, выбранного из группы, состоящей из нитрида бора, графита и дихалькогенидов металла, причем частицы имеют средний размер до около 5 микрометров и включают от около 35 до около 55 мас.% совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ; (b) смазочный материал, выбранный из группы, состоящей из цетилпальмитата, цетиллаурата, октадециллаурата, октадецилмиристата, октадецилпальмитата, октадецилстеарата и парафина, причем смазочный материал включает от около 20 до около 40 мас. % совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ; (с) термопластический полимерный материал, образующий пленку, выбранный из группы, состоящей из поливинилпирролидона, поливинилового спирта, полиакриламида, полиакриловой кислоты, а также их сополимеров и их смесей, причем термопластический полимерный материал, образующий пленку, включает от около 5 до около 30 мас.% совместимой с полимерами композиции покрытий, в расчете на общую массу сухих веществ; (d) аппрет; а также ткань, включающую по меньшей мере одну такую прядь волокон.

И еще один из аспектов настоящего изобретения представляет собой ткань, включающую множество прядей волокон, включающих по меньшей мере одно волокно, причем по меньшей мере часть ткани имеет остаток совместимой с полимерами композиции покрытий, включающей: (а) множество дискретных, стабильного размера частиц, полученных из материалов, выбранных из группы, состоящей из органических материалов, полимерных материалов, композитных материалов и их смесей, обеспечивающих создание пустот по меньшей мере между одним волокном и по меньшей мере одним соседним волокном, причем частицы имеют средний размер от около 0,1 до около 5 микрометров; (b) по меньшей мере один смазочный материал; (с) по меньшей мере один полимерный материал, образующий пленку; (d) по меньшей мере один аппрет.

Краткое описание чертежей Предшествующее краткое описание настоящего изобретения, а также нижеследующее подробное описание предпочтительных вариантов его осуществления, будут более понятны при их совместном рассмотрении с прилагаемыми чертежами.

Фиг. 1 представляет собой перспективу пряди волокон с покрытием, имеющей первичный слой высушенного остатка композиции покрытий в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 представляет собой перспективу пряди волокон с покрытием, имеющей первичный слой высушенного остатка аппретирующей композиции, а поверх нее - вторичный слой композиции вторичного покрытия в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 представляет собой перспективу пряди волокон с покрытием, имеющей первичный слой высушенного остатка аппретирующей композиции, вторичный слой композиции вторичного покрытия, а поверх них - третичный слой в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.4 представляет собой вид сверху композита в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой вид сверху ткани в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 6 представляет собой поперечное сечение основы для электронных плат в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 и 8 представляют собой поперечные сечения альтернативных вариантов электронного конструкционного материала в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения Пряди волокон по настоящему изобретению имеют уникальное покрытие, которое не только уменьшает абразивный износ и поломку волокон во время технологических операций, но также обеспечивает хорошие качества промокаемости, пропитываемости и диспергируемости при получении композитов. Другими желательными характеристиками, демонстрируемыми прядями волокон с покрытием по настоящему изобретению, являются хорошая прочность слоистого материала, хорошая термостойкость, хорошая гидролитическая устойчивость, низкая коррозивность и низкая реактивность в условиях высокой влажности, в присутствии реактивных кислот и щелочей, а также совместимость с рядом полимерных материалов матриц, что может устранить необходимость в удалении покрытия, в частности, путем тепловой чистки, перед ламинированием.

Другим существенным преимуществом прядей волокон с покрытием по настоящему изобретению является их хорошая пригодность к технологическим операциям во время ткания и вязания. Низкие уровни распушки, низкое количество поломанных волокон, низкое натяжение прядей, высокая летучесть и короткое время включения - это характеристики, обеспечиваемые стекловолоконными прядями с покрытием по настоящему изобретению, которые улучшают ткание и вязание, а следовательно, обеспечивают получение ткани с меньшим числом дефектов поверхности, пригодной для применения в печатных платах.

Значительные преимущества композитных материалов, изготовленных из волоконных прядей по настоящему изобретению, включают хорошую прочность на изгиб, хорошую прочность связи между слоями и хорошую гидролитическую устойчивость, т.е. устойчивость к перемещению воды вдоль границы раздела волокна и матрицы. Кроме того, основы для электронных плат и печатные платы, изготовленные из волоконных прядей в соответствии с настоящим изобретением, обладают хорошей буримостью и устойчивостью к перемещению металла (называемому также образованием катодно-анодной нити, или CAF). В частности, печатные платы, изготовленные из волоконных прядей по настоящему изобретению, обеспечивают низкий износ инструмента во время сверления и хорошую точность расположения просверленных отверстий.

На фиг.1, где одинаковыми числами обозначены одинаковые элементы, показана имеющая покрытие волоконная прядь 10, включающая множество волокон 12 по настоящему изобретению. В данном описании термин "прядь" обозначает множество индивидуальных волокон. Термин "волокно" обозначает индивидуальную нить. Хотя объем изобретения этим не ограничивается, волокна 12 обычно имеют средний номинальный диаметр от около 3 до около 35 микрометров. Предпочтительно средний номинальный диаметр волокна по настоящему изобретению составляет около 5 микрометров или более. Для "тонконитевых" применений средний номинальный диаметр волокна предпочтительно составляет от около 5 до около 7 микрометров.

Волокна 12 можно получить из любого типа волокнообразующих материалов, известных специалистам в данной области техники, включая неорганические волокнообразующие материалы, органические волокнообразующие материалы и их смеси и комбинации. Неорганические и органические материалы могут быть как искусственного, так и натурального происхождения. Специалистам в данной области техники понятно, что волокнообразующие неорганические и органические материалы могут также представлять собой полимерные материалы. Как он используется в настоящем описании, термин "полимерный материал" обозначает материал, образованный макромолекулами, состоящими из длинных цепей атомов, которые соединены между собой и которые могут переплетаться в растворе или в твердом состоянии^{2 2}(James Mark et al., Inorganic Polymers, Prentice Hall Polymer Science and Engineering Series, 1992, на стр. 1, включено в настоящее описание в качестве ссылки). Термин "волокнообразующий", как он используется в настоящем описании, обозначает материал, из которого можно сформировать обычную непрерывную нить, волокно, прядь или нить.

Предпочтительно, волокна 12 получают из неорганических волокнообразующих стекломатериалов. Волокнообразующие стекломатериалы, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают, не ограничивая этим объем изобретения, материалы, получаемые из волокнообразующих композиций стекла, таких как "Е-стекло", "А-стекло", "С-стекло", "D-стекло", "R-стекло", "S-стекло" и производные Е-стекла. В данном описании термин "производные Е-стекла" обозначает композиции стекла, включающие малые количества фтора и/или бора, а предпочтительно, не содержащие фтора и/или бора. Кроме того, в данном описании выражение "малые количества" обозначает количество менее чем около 1 мас. % фтора и менее чем около 5 мас.% бора. Примерами других волокнообразующих стекломатериалов, пригодных для применения в настоящем изобретении, являются базальт и минеральная вата. Предпочтительные стекловолокна получают из Е-стекла и из производных Е-стекла. Такие композиции хорошо известны специалистам в данной области техники, и их дальнейшее обсуждение в настоящем описании не представляется необходимым. Стекловолокна по настоящему изобретению можно получить любым подходящим способом, известным в данной области техники и предназначенным для получения стекловолокон. Например, стекловолокна можно получить путем формовки волокон непосредственно из расплавленного стекла или путем формовки из расплавленных стеклянных шариков. В случае операции формовки волокон непосредственно из стекла, сырьевые материалы объединяют, плавят и гомогенизируют в печи для варки стекла. Расплавленное стекло движется из печи в копильник и в устройства для получения волокон, где их превращают в непрерывные стекловолокна. В случае операции формовки волокон из расплавленных стеклянных шариков, куски стекла или стеклянные шарики, имеющие желаемую композицию готового стекла, предварительно формуют и подают в фильеры, где их плавят и превращают в непрерывные стекловолокна. Если используют предварительную варку, то стеклянные шарики подают сначала в устройство для предварительной варки, плавят, затем расплавленное стекло подают в устройство для получения волокон, где стекло превращается в непрерывные волокна. В настоящем изобретении стекловолокна предпочтительно получают путем формовки непосредственно из стекла. Дополнительную информацию относительно композиций стекла и способов получения стекловолокон см. в публикациях K. Loewenstein. The Manufacturing Technology of Glass Fibres, 3d Ed. , 1993, на страницах 30-44, 47-103 и 115-165, патенты США 4542106 и 5789329, и IPC-EG-140 "Specification for Finished Fabric Woven from 'E' Glass for Printed Boards", на странице 1, The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, June 1997, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок.

Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих нестеклянных волокнообразующих неорганических материалов включают керамические материалы, получаемые из карбида кремния, уголь, графит, муллит, оксид алюминия и пьезоэлектрические керамические материалы. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих органических волокнообразующих материалов включают хлопок, целлюлозу, натуральную резину, лен, рами, коноплю, сизаль и шерсть. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих органических полимерных волокнобразующих материалов включают материалы, получаемые из полиамидов (такие как нейлон и арамиды), термопластические полиэфиры (такие как полиэтилентерефталат и полибутилентерефталат), акрилы (такие как полиакрилонитрилы), полиолефины, полиуретаны и виниловые полимеры (такие как поливиниловый спирт). Нестеклянные волокнообразующие материалы, пригодные для применения в настоящем изобретении, а также способы получения и технологической обработки таких волокон подробно описаны в книге Encuclopedia of Polymer Science and Technology, v.6, 1967, на страницах 505-712, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Понятно, что смеси или сополимеры любых вышеупомянутых материалов и комбинации волокон, полученных из любых вышеупомянутых материалов, также можно использовать для настоящего изобретения, по желанию.

Настоящее изобретение далее будет описано главным образом в контексте стекловолоконных прядей, хотя специалистам в данной области техники понятно, что прядь 10 может включать волокна 12, полученные из любого волокнообразующего материала, известного в данной области техники и описанного выше.

В продолжение ссылки на фиг.1, в предпочтительном варианте осуществления изобретения по меньшей мере одно, а предпочтительно все волокна 12 пряди 10 волокон по настоящему изобретению имеют слой 14 остатка композиции покрытий по меньшей мере на части 17 поверхности 16 волокон 12, для защиты поверхностей 16 волокон от истирания во время технологических операций и для уменьшения ломкости волокон. Предпочтительно, слой 14 присутствует на всей внешней поверхности 16 или на периферии волокон 12.

Композиции покрытий по настоящему изобретению предпочтительно представляют собой водные композиции покрытий, а более предпочтительно - водные, совместимые с полимерами композиции покрытий. Хотя это и не является предпочтительным из-за соображений безопасности, но композиции покрытий могут также содержать летучие органические растворители, такие как спирт или ацетон, если это необходимо, но предпочтительно они не содержат таких растворителей. Кроме того, композиции покрытий по настоящему изобретению можно использовать в качестве композиций для первичного аппретирования и/или композиции для вторичного аппретирования или для вторичного покрытия.

В настоящей заявке, в описании предпочтительного варианта осуществления изобретения термины "аппрет", "аппретированный" или "аппретирующий" относятся к композициям покрытий, наносимым на волокна. Термины "первичный аппрет" или "первичное аппретирование" относятся к композициям покрытий, которые наносят на волокна сразу же после получения волокон. Термины "вторичный аппрет", "вторичное аппретирование" или "вторичное покрытие" относятся к композициям покрытий, которые наносят на волокна после нанесения первичного аппрета. Это покрытие можно наносить на волокна до того, как волокна включены в ткань, либо его можно наносить на волокна после того, как волокна включены в ткань, например, путем покрытия ткани. В альтернативном варианте осуществления изобретения термины "аппрет", "аппретированный" или "аппретирующий" дополнительно относятся к композициям покрытий (известным также под названием "отделочный аппрет"), наносимым на волокна после того, как по меньшей мере часть, а как правило, вся обычная несовместимая с полимерами аппретирующая композиция удалена посредством тепловой или химической обработки, т. е. отделочный аппрет наносят на непокрытые стекловолокна, включенные в ткань.

В настоящем описании термин "совместимая с полимерами" означает, что композиция покрытия, наносимая на стекловолокна, совместима с материалом полимерной матрицы, в которую будут включать стекловолокна, так что эта композиция покрытия (или выбранные компоненты покрытия) не требует удаления перед включением в материал матрицы (например, удаления путем тепловой чистки), а также способствует хорошей пропитываемости и хорошей промокаемости материала матрицы во время технологических операций, в результате чего получают композитные материалы, обладающие желательными физическими свойствами и гидролитической устойчивостью.

Композиция покрытий по настоящему изобретению включает одну или более, а предпочтительно множество частиц 18, которые, будучи нанесенными по меньшей мере на одно волокно 23 из множества волокон 12, прилипают к внешней поверхности 16 по меньшей мере одного волокна 23 и обеспечивают образование одной или более пустот 21 между соседними стекловолокнами 23, 25 пряди 10. Эти пустоты 21 соответствуют главным образом среднему размеру 19 частиц 18, расположенных между соседними волокнами.

Частицы 18 по настоящему изобретению предпочтительно представляют собой дискретные частицы. В настоящем описании термин "дискретный" обозначает, что частицы не проявляют тенденции к слиянию или объединению с образованием пленок в условиях технологических операций, а вместо этого они, как правило, сохраняют свою индивидуальную форму. Кроме того, частицы предпочтительно имеют стабильный размер. В настоящем описании термин "частицы стабильного размера" обозначает, что частицы, как правило, сохраняют свои средний размер и форму в условиях технологических операций, например, при воздействии сил, возникающих между соседними волокнами во время ткания, предпрядения и других технологических операций, что позволяет поддерживать желательные размеры пустот между соседними волокнами 23, 25. Другими словами, частицы предпочтительно не дробятся, не растворяются и по существу не деформируются в композиции покрытий, т. е. не образуются частицы, максимальный размер которых меньше, чем выбранный средний размер частицы в обычных условиях технологической обработки стекловолокна, таких как экспозиция при температурах, достигающих около 25^oС, а предпочтительно до около 100^oС, еще более предпочтительно до около 140^oС. Кроме того, частицы 18 не должны существенно увеличиваться в размерах или расширяться в условиях технологической обработки стекловолокна, и в частности, в условиях технологической обработки композита, когда температуры обработки могут превышать 150^oС. В настоящем описании фраза "не должны существенно увеличиваться в размерах" по отношению к частицам обозначает, что частицы не должны расширяться или увеличиваться в размерах более чем примерно в 3 раза по сравнению с их первоначальным размером во время технологического процесса. Предпочтительно, композиции покрытий по настоящему изобретению по существу свободны от расширяющихся в тепле полых частиц. В настоящем описании термин "расширяющиеся в тепле полые частицы" обозначает полые частицы, заполненные или содержащие пенообразователь, который при температурах, достаточных для превращения пенообразователя в летучую форму, расширяются или существенно увеличиваются в размере. Использованный здесь термин "по существу свободны от" обозначает, что аппретирующая композиция содержит менее 20 мас.% расширяющихся в тепле полых частиц в расчете на общую массу сухих веществ, более предпочтительно - менее чем около 5 мас.% и наиболее предпочтительно - менее чем 0,001 мас.%. Кроме того, в настоящем описании термин "стабильного размера" включает как кристаллические, так и некристаллические материалы.

Кроме того, хотя это и не обязательно, но предпочтительно, чтобы частицы 18 были невосковыми. Термин "невосковые" обозначает, что материалы, из которых получают частицы, не являются воскоподобными. В настоящем описании термин "воскоподобные" обозначает материалы, состоящие главным образом из углеводородов с непереплетенными углеводородными цепями, со средней длиной цепи от около 25 до около 100 атомов углерода (L.H. Sperling. Introduction of Physical Polymer Science, John Wiley and Sons, Inc, 1986, на страницах 2-5, включено в настоящее описание в качестве ссылки. W. Pushaw et al. Use of Micronized Waxes and Wax Dispersions in Waterborne Systems, Polymers, Paint, Colours Journal, v.189, 4412, January 1999, на страницах 18-21, включено в настоящее описание в качестве ссылки).

Предпочтительно, частицы 18 по настоящему изобретению являются дискретными, имеющими стабильные размеры, невосковыми частицами.

Частицы 18 могут иметь любую желаемую форму или конфигурацию. Не ограничивающие объем данного изобретения примеры подходящих форм частиц включают сферические формы (такие как шарики, микрошарики или полые сферы), кубические, пластинчатые или игольчатые формы (удлиненные или нитевидные). Кроме того, частицы 18 могут иметь полую, пористую или не имеющую пустот внутреннюю структуру. Помимо этого, частицы 18 могут иметь комбинацию этих структур, например полый центр с пористыми или сплошными стенками. Более подробную информацию о подходящих характеристиках частиц см. в публикации H. Katz et al. (Ed. ), Handbook of Fillers and Plastics, 1987, на страницах 9-10, которая включена в данное описание в качестве ссылки.

Частицы 18 можно получить из материалов, выбранных из группы, состоящей из полимерных и неполимерных неорганических материалов, полимерных и неполимерных органических материалов, композитных материалов и их смесей. В настоящем описании термин "полимерный неорганический материал" обозначает полимерный материал, имеющий элемент повтора основной цепи, основанный на элементе или элементах иных, чем углерод. Более подробную информацию см. в публикации J.E. Mark et al., на странице 5, включенной в настоящее описание в качестве ссылки. Полимерные органические материалы включают синтетические полимерные материалы, полусинтетические полимерные материалы и натуральные полимерные материалы. Термин "органический материал" в настоящем описании обозначает все соединения углерода, кро