Способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди (варианты) и способ получения ткани

Способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди (варианты) и способ получения ткани

Реферат

 

Изобретение относится к способам снижения абразивного износа стекловолоконных прядей. Техническая задача - снижение абразивного износа и разрыва стекловолокна для увеличения производительности и уменьшения стоимости. Уменьшение абразивного износа осуществляют нанесением первого слоя водной проклеивающей композиции, включающей полимерный материал и неорганические твердые частицы смазки, и сушкой слоя. Затем пряди контактируют с шероховатостями поверхности твердого объекта, твердость которых больше твердости стекловолоконной нити. Неорганические твердые частицы выбраны из группы, включающей графит, нитрид бора, дихалькогениды металлов, иодид кадмия, сульфид серебра и их смесей. 6 с. и 26 з.п.ф-лы, 5 ил., 12 табл.

Область техники Изобретение относится к способам снижения абразивного износа стекловолоконных прядей, в частности к покрытию стекловолоконных прядей неорганическими твердыми частицами смазки для снижения абразивного износа во время обработки.

Уровень техники Обычно поверхность стекловолокна в процессе изготовления покрывают шлихтовальным составом для защиты волокон от абразивного износа во время последующей обработки. Например, для защиты волокон от спутывания волокон и абразивного износа на оборудовании во время изготовления ткани, которые могут приводить к разрушению волокон, используют составы на основе крахмала или шлихтовальные составы на масляной основе. В шлихтовальный состав добавляют другие органические смазочные материалы, такие как производные алкилимидазолина и замещенные амидом полиэтиленимины для уменьшения абразивного износа. Однако такие органические смазочные материалы изнашиваются во время последующей обработки или вызывают нежелательные побочные реакции с другими компонентами шлихтовального или матричного материала, как, например, в случае применения ткани для печатных плат их часто необходимо удалять с помощью горячей очистки перед склеиванием для улучшения совместимости с полимерным матричным материалом.

Для снижения абразивного износа стекловолокна, который не ухудшается заметно в процессе обработки и который при необходимости является совместимым с полимерными матричными материалами, желателен инертный смазочный материал. Однако использование неорганических материалов главным образом фокусировалось на наполнителях для модификации главных физических характеристик композитных материалов, а не на улучшении характеристик устойчивости к абразивному износу усиливающих волокон.

Например, для рассеяния тепловой энергии в патенте США 4869954 раскрыт листообразный теплопроводный материал, изготовленный из уретанового связующего вещества, отвердителя и теплопроводных наполнителей, таких как оксид алюминия, нитрид алюминия, нитрид бора, оксид магния и оксид цинка, и различных металлов (смотри столбец 2, строки 62 - 65 и столбец 4, строки 3 - 10) . В теплопроводный материал могут быть включены один или несколько слоев несущего материала, такого как стекловолоконная ткань.

Для улучшения проникновения смолы между усиливающими стекловолокнами во время изготовления композитного материала в патенте США 3312569 раскрыто приклеивание частиц оксида алюминия к поверхности стекловолокна, а в заявке на патент Японии 9-208268 раскрыта ткань, включающая пряжу из стекловолокна, покрытую непосредственно после скручивания крахмалом или синтетической смолой и 0,001 - 20,0 мас.% неорганических твердых частиц, таких как коллоидный диоксид кремния, карбонат кальция, каолин и тальк. Однако величина твердости по шкале Мооса оксида алюминия и диоксида кремния больше чем около 9, соответственно 7¹ (¹R. Weast (Ed), Справочник по химии и физике, издательство CRC Press (1975), страница F-22, и Н. Katz (ED) и др. "Справочник по наполнителям и пластмассам" (1987), страница 28, содержание которых включается в данное описание), что может приводить к абразивному износу более мягкого стекловолокна.

В патенте США 5541238 раскрыто волокно для усиления термопластичных или термореактивных композитных материалов, которое покрыто посредством осаждения из паровой фазы или плазменной обработки единственным слоем сверхтонкого материала, такого как неорганические оксиды, нитриды, карбиды, бориды, металлы и их комбинации, имеющие средний диаметр частиц от 0,005 до 1 мкм. Однако ограниченное пространство и соображения защиты окружающей среды делают применение осаждения из паровой фазы или плазменную обработку при изготовлении стекловолокна нежелательным.

В SU 859400 раскрыта пропиточная композиция для изготовления слоистых тканей из стекловолокна, включающая спиртовой раствор фенолформальдегидной смолы, графита, дисульфида молибдена, поливинилбутираля и поверхностно-активного вещества. Однако летучие спиртовые растворы также нежелательны для применения при изготовлении стекловолокна.

Для усиления, уменьшения или изменения фрикционных характеристик композитного материала в патенте США 5217778 раскрыто наружное покрытие сухого сцепления, включающее в себя композитную 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, диоксид кремния или криолит (смотри столбец 2, строки 55 - 66).

Таким образом, в настоящее время существует необходимость в разработке способа, снижающего абразивный износ и разрыв стекловолокна для улучшения обрабатываемости в операциях изготовления и последующей обработки для увеличения производительности и уменьшения стоимости и отходов.

Сущность изобретения Данное изобретение обеспечивает способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди, включающей по меньшей мере одно стекловолокно, за счет скользящего контакта с шероховатостями поверхности твердого предмета, включающий стадии (а) нанесения первичного слоя водного шлихтовального состава, включающего полимерный материал и неорганические твердые частицы смазки, по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди; (b) по меньшей мере частичного высушивания водного шлихтовального состава первого слоя для образования шлихтованной стекловолоконной пряди, имеющей в целом равномерное покрытие из водного шлихтовального состава на части поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити и (с) скольжения по меньшей мере части стекловолоконной пряди для контактирования с шероховатостями поверхности твердого предмета, причем шероховатости поверхности имеют величину твердости, которая больше величины твердости по меньшей мере одной стекловолоконной нити, так что с помощью неорганических твердых частиц смазки снижается абразивный износ по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди при контакте с шероховатостями поверхности твердого предмета.

Другим аспектом данного изобретения является способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди, включающей по меньшей мере одну стекловолоконную нить, за счет скользящего контакта с шероховатостями поверхности твердого предмета, включающий стадии (а) нанесения первичного слоя водного шлихтовального состава, включающего чешуйчатые частицы нитрида бора, термореактивный полиэфирный пленкообразующий материал, поливинилпирролидон и эпоксидно-функциональное органосилановое связующее вещество, по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди; (b) по меньшей мере частичного высушивания водного шлихтовального состава первого слоя для образования шлихтованной стекловолоконной пряди, имеющей в целом равномерное покрытие из водного шлихтовального состава на части поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити и (с) скольжения по меньшей мере части стекловолоконной пряди для контактирования с шероховатостями поверхности твердого предмета, причем шероховатости поверхности имеют величину твердости, которая больше величины твердости по меньшей мере одного стекловолокна, так что с помощью неорганических твердых частиц смазки снижается абразивный износ по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди при контакте с шероховатостями поверхности твердого предмета.

Еще одним аспектом данного изобретения является способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди, включающей по меньшей мере одну стекловолоконную нить, за счет скользящего контакта с шероховатостями поверхности твердого предмета, включающий стадии (а) нанесения первичного слоя водного шлихтовального состава, включающего связующее стекловолокна вещество и неорганические твердые частицы смазки, по меньшей мере на часть поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди; (b) по меньшей мере частичного высушивания водного шлихтовального состава первого слоя для образования шлихтованной стекловолоконной пряди, имеющей в целом равномерное покрытие из водного шлихтовального состава на части поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити и (с) скольжения по меньшей мере части стекловолоконной пряди для контактирования с шероховатостями поверхности твердого предмета, причем шероховатости поверхности имеют величину твердости, которая больше величины твердости по меньшей мере одной стекловолоконной нити, так что с помощью неорганических твердых частиц смазки снижается абразивный износ по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди при контакте с шероховатостями поверхности твердого предмета.

Другим аспектом данного изобретения является способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди, включающей по меньшей мере одну стекловолоконную нить, за счет скользящего контакта с шероховатостями поверхности твердого предмета, включающий стадии (а) нанесения главного слоя водного второго покрывного состава, включающего полимерный пленкообразующий материал и неорганические твердые частицы смазки, по меньшей мере на часть шлихтованных поверхностей по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди и (b) скольжения по меньшей мере части стекловолоконной пряди для контактирования шероховатостей поверхности твердого предмета, причем шероховатости поверхности имеют величину твердости, которая больше величины твердости по меньшей мере одной стекловолоконной нити, так что с помощью неорганических твердых частиц смазки снижается абразивный износ по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди при контакте с шероховатостями поверхности твердого предмета.

Другим аспектом данного изобретения является способ снижения абразивного износа стекловолоконной пряди, включающей по меньшей мере одну шлихтованную и вторично покрытую стекловолоконную нить, за счет скользящего контакта с шероховатостями поверхности твердого предмета, включающий стадии (а) нанесения главного слоя, включающего негидратируемые порошковые, чешуйчатые неорганические твердые частицы смазки, по меньшей мере на часть шлихтованной и вторично покрытой поверхности по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди и (b) скольжения по меньшей мере части стекловолоконной пряди для контактирования с шероховатостями поверхности твердого предмета, причем шероховатости поверхности имеют величину твердости, которая больше величины твердости по меньшей мере одной стекловолоконной нити, так что с помощью неорганических твердых частиц смазки снижается абразивный износ по меньшей мере одной стекловолоконной нити стекловолоконной пряди при контакте с шероховатостями поверхности твердого предмета.

Другим аспектом данного изобретения является способ получения ткани, включающий стадии (а) скользящего контактирования по меньшей мере части первой стекловолоконной пряди с шероховатостями поверхности части устройства для формирования ткани, причем шероховатости поверхности имеют величину твердости, которая больше величины твердости стекловолоконных нитей стекловолоконной пряди и (b) переплетения первой стекловолоконной пряди с второй волоконной прядью для образования ткани, отличающейся тем, что первая стекловолоконная прядь, включающая множество стекловолоконных нитей, имеющих по меньшей мере на части своей поверхности первый слой сухого остатка водного шлихтовального состава, включающего полимерный материал и неорганические твердые частицы смазки, которые снижают абразивный износ поверхностей множества стекловолоконных нитей при скользящем контакте с шероховатостями поверхности части устройства для получения ткани.

Перечень чертежей Для лучшего понимания сущности изобретения ниже приводится подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено: фиг. 1 - покрытая волоконная прядь, имеющая первый слой из сухого остатка водного шлихтовального состава согласно данному изобретению в изометрической проекции; фиг. 2 - покрытая волоконная прядь, имеющая первый слой из сухого остатка шлихтовального состава и на нем второй слой водного второго покрывного состава согласно данному изобретению в изометрической проекции; фиг. 3 - покрытая волоконная прядь, имеющая первый слой из сухого остатка шлихтовального состава, второй слой водного второго покрывного состава и на нем третий слой согласно данному изобретению в изометрической проекции; фиг. 4 - устройство для получения ткани и ткань согласно данному изобретению в изометрической проекции; фиг. 5 - разрез основы для электронных схем согласно данному изобретению.

Раскрытие сущности изобретения Способ согласно данному изобретению относится к снижению абразивного износа стекловолоконных прядей при контакте с другими твердыми предметами, такими как части крутильного, ткацкого или вязального устройства, а также вследствие абразивного истирания между волокнами. Стекловолоконные пряди согласно данному изобретению имеют уникальное покрытие, которое не только снижает абразивное истирание и разрушение волокон во время обработки, но также обеспечивает хорошую прочность слоистого материала, хорошую термическую устойчивость, хорошую гидролитическую устойчивость, низкую коррозию и низкую химическую активность в присутствии высокой влажности, реактивных кислот и щелочей и совместимость с множеством полимерных матричных материалов, что устраняет необходимость горячей очистки перед приклеиванием.

Другим значительным преимуществом покрытых прядей стекловолоконных нитей согласно данному изобретению является их хорошая обрабатываемость при изготовлении ткани или трикотажного полотна. Низкие пылеобразующие свойства и рассеяние, незначительное число разрушенных волокон, низкая напряженность пряди, высокая летучесть и небольшое время при сборке - вот те характеристики, которыми обладают покрытые стекловолоконные пряди согласно изобретению, упрощающие процессы получения ткани и трикотажного полотна и обеспечивающие получение ткани с небольшим количеством дефектов поверхности для изготовления в электронных печатных платах.

На фиг. 1, где одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы, показана покрытая стекловолоконная прядь 10, включающая по меньшей мере одну стекловолоконную нить 12, которую используют в предпочтительных способах согласно данному изобретению. Прядь 10 предпочтительно содержит множество стекловолоконных нитей 12. В данном случае термин "прядь" означает одно или несколько отдельных волокон. Понятие "нить" означает отдельную элементарную нить.

Стекловолоконная нить 12 может быть образована из любого типа стекла, способного образовывать волокна, известного специалистам в данной области, включая "Е-стекло", "А-стекло", "С-стекло", "D-стекло", "R-стекло", "S-стекло", а также производные "Е-стекла". В данном случае термин "производные Е-стекла" означает стекло, содержащее лишь незначительные количества фтора и/или бора и предпочтительно вообще не содержащее фтора и/или бора. Кроме этого термин "незначительное" означает менее 1 мас.% фтора и менее 5 мас.% бора. Базальтовое и минеральное волокна являются примерами других стекловолоконных нитей, которые можно использовать в данном изобретении. Предпочтительные стекловолоконные нити образованы из Е-стекла или производных Е-стекла. Специалистам в данной области хорошо известны эти типы стекла и способы изготовления элементарных стекловолоконных нитей из них, поэтому они не нуждаются в подробном пояснении в этом описании. Дополнительная информация по различным типам стекла и способам изготовления стекловолокон приведена 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 включено в данное описание в качестве ссылки.

Дополнительно к стекловолоконным нитям покрытая волоконная прядь 10 может дополнительно включать волокна, образованные из других природных или искусственных материалов, способных образовывать волокна, таких как нестеклянные неорганические материалы, природные материалы, органические полимерные материалы и их комбинации. В данном случае понятие "способные образовывать волокна" означает материал, из которого можно получать обычно непрерывную элементарную волоконную нить, волокно, прядь или пряжу.

Подходящие нестеклянные 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 полиакрилонитрилы), 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 обработке прядей из стекловолокна, хотя для специалистов в данной области техники понятно, что прядь 10 может дополнительно включать одно или более нестеклянных волокон, указанных выше.

В предпочтительном способе согласно данному изобретению нити 12 волоконной пряди 10 согласно данному изобретению покрыты первым слоем 14 сухого остатка водного шлихтовального состава, нанесенного по меньшей мере на часть 17 поверхности 16 нитей 12 для защиты поверхности 16 волокон от абразивного износа во время обработки и для снижения разрушения нитей 12. Сухой остаток водного шлихтовального состава предпочтительно наносят на всю наружную поверхность 16 или периферию волокон 12.

В данном случае в предпочтительном варианте воплощения термин "шлихтовальный" означает покрывной состав, нанесенный на волоконные нити/пряди непосредственно после образования волокон. В альтернативном варианте выполнения термин "шлихтовальный" дополнительно относится к покрывным составам (известным также как "окончательная шлихта"), нанесенным на волоконные нити/пряди после удаления обычного первого покрытия с помощью нагревания или химической обработки, т.е. окончательная шлихта наносится на голые стекловолоконные нити, включаемые в ткань.

Водный шлихтовальный состав включает одну или несколько, предпочтительно множество, неорганических твердых частиц смазки 18. В данном случае термин "твердый смазочный материал" означает, что частицы 18 имеют характерную кристаллическую форму, которая обеспечивает их разрезание на тонкие плоские пластины, которые хорошо скользят друг по другу и создают тем самым антифрикционный смазочный эффект между поверхностью стекловолоконной нити 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 включено в данное описание в качестве ссылки. Трение представляет собой сопротивление скольжению одного твердого материала по другому. Смотри F. Clauss, Solid Lubricants and Self-Lubricating Solids (1972), страница 1, содержание которой включено в данное описание в качестве ссылки.

Стекловолоконные нити подвергаются абразивному износу при контакте с шероховатостями соседних стекловолоконных нитей и/или других твердых предметов или материалов, с которыми стекловолоконные нити контактируют во время формирования и последующей обработки, такой, например, как прядение. В данном случае термин "абразивный износ" означает царапанье или отрезание кусочков поверхности стекловолокна или разрушение стекловолокна за счет фрикционного контакта с частицами, кромками и составляющими (шероховатостями) материала, которые достаточно жесткие для причинения вреда стекловолокну. Смотри монографию К. Ludema, "Friction, Wear, Lubrication" (1966), страница 129, полное содержание которой включено в данное описание в качестве ссылки.

Например, при изготовлении стекловолоконные нити контактируют с твердыми объектами, такими как металлический собирающий башмак и поперечина или спираль, перед намоткой в формирующую упаковку. Во время операций получения ткани или трикотажного полотна стекловолоконная прядь контактируют с твердыми объектами, такими как части показанного на фиг. 4 устройства 420 составления волокон (ткацкое или трикотажное устройство), которые могут истирать поверхности 16 контактируемых стекловолоконных нитей 12. Примеры частей ткацкого станка, которые контактируют со стеклянными волокнами, включают воздушные сопла и челноки. Шероховатости поверхности таких твердых объектов, которые имеют величину твердости больше величины твердости стекловолоконных нитей, могут приводить к абразивному износу стекловолокна. Например, многие части крутильной рамы, ткацкого или трикотажного станка изготовлены из металлических материалов, таких как сталь, которая имеет твердость по шкале Мооса около 8,5² (² R. Weast (редактор), "Справочник по химии и физике", издательство CRC Press (1975), страница F-22). Абразивный износ стекловолоконных прядей вследствие контакта с шероховатостями этих твердых объектов приводит к разрушению прядей во время обработки и к дефектам поверхности изделий, таких как ткань и композитные материалы, что увеличивает количество отходов и стоимость изготовления.

Для снижения абразивного износа стекловолоконные пряди согласно данному изобретению по меньшей мере частично и предпочтительно полностью покрыты неорганическими твердыми частицами смазки 18, имеющими величину твердости, которая не превосходит, т.е. равна или меньше, величины твердости стекловолоконных нитей. Величины твердости неорганических твердых частиц смазки и стекловолоконных нитей можно определить с помощью обычного метода измерения твердости, таких как метод Виккерса или Бринелля, 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 "Справочник по химии и физике", редактор R. Weast, издательство CRC Press (1975), страница F-22, содержание которой включено в данное описание в качестве ссылки. Величина твердости по шкале Мооса неорганических твердых частиц смазки находится предпочтительно в диапазоне от около 0,5 до около 6. Величины твердости по шкале Мооса нескольких не имеющих ограничительного характера неорганических твердых частиц смазки, подходящих для использования в данном изобретении, приведены в табл. А.

Как указано 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 под их поверхностью. В частности, поверхность частиц может быть модифицирована любым способом, хорошо известными из уровня техники, включая, но не ограничиваясь этим, покрытие, плакирование или инкапсулирование частиц, или же химическое изменение характеристик поверхности с использованием технологий, известных из уровня техники, так чтобы твердость поверхности частицы не превышала твердости стекловолоконных нитей, 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 покрыть диоксидом кремния, карбонатом или наноглиной. Дополнительно к этому кремнийорганический аппрет с боковыми цепочками алкила может реагировать с поверхностью многих оксидных частиц для обеспечения "более мягкой" поверхности.

Неорганические твердые частицы смазки, пригодные для использования в данном изобретении, выбирают из негидратируемых неорганических твердых частиц, гидратируемых неорганических твердых частиц и их смесей. В данном случае термин "негидратируемый" означает, что твердые неорганические частицы смазки не реагируют с молекулами воды для образования гидратов и не содержат воду гидратации 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 включено в данное описание в качестве ссылки. В химических формулах гидратов добавление молекул воды обычно указывают расположенной по центру точкой, например 3MgO4SiO₂H₂O (тальк) , Аl₂O₃2SiO₂2Н₂O (каолин) . Гидратируемые неорганические материалы включают по меньшей мере одну гидроксильную группу внутри слоя кристаллической решетки (однако не содержат гидроксильных групп в поверхностных плоскостях структурного блока или материалы, которые абсорбируют воду на их поверхностной плоскости или за счет капиллярного эффекта), например, как показано в структуре каолина, приведенной на фиг. 3.8 на странице 34 книги J. Mitchell, "Fundamentals of Soil Behavior" (1976), и как показано в структуре минералов со слоями 1:1 и 2:1, приведенных на фиг. 18 и 19 соответственно в книге Н. van Olphen, "Clay Colloid Chemistry" (2d Ed. 1977), на странице 62, содержание которых включено в данное описание в качестве ссылки. "Слой" кристаллической решетки является комбинацией листов, которые являются комбинацией плоскостей атомов. Смотри "Minerals in Soil Enviroments", Soil Science Society of America (1977), страницы 196 - 199, содержание которых включено в данное описание в качестве ссылки. Совокупность из слоя и межслойного материала (например, катионов) называется структурным блоком.

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 включено в данное описание в качестве ссылки.

В предпочтительном варианте воплощения неорганические твердые частицы смазки 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 Ван дер Ваальсовыми связями между слоями, что обуславливает низкую прочность сдвига между слоями. Смотри К. Ludema, Friction, Wear, Lubrication (1996), страница 125, F. Clauss, Solid Lubricants and Self-Lubricating Solids (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 включено в данное описание в качестве ссылки. Неорганические твердые частицы смазки, имеющие чешуйчатую, желобковую (шаровую) структуру, можно также использовать в данном изобретении.

Не ограничивающие изобретение примеры негидратируемых неорганических твердых частиц смазки, имеющих чешуйчатую структуру, включают нитрид бора, графит, дихалькогениды металлов, иодид кадмия, сульфид серебра и их смеси. Предпочтительные негидратируемые неорганические твердые частицы смазки включают нитрид бора, дихалькогениды металлов, иодид кадмия, сульфид серебра и их смеси. Подходящие дихалькогениды металлов включают дисульфид молибдена, диселенид молибдена, дисульфид тантала, диселенид тантала, дисульфид вольфрама, диселенид вольфрама и их смеси.

Частицы нитрида бора, имеющего гексагональную кристаллическую структуру, являются наиболее предпочтительными для использования в водном шлихтовальном составе. Не ограничивающими изобретение примерами частиц нитрида бора, подходящими для использования в данном изобретении, являются частицы порошка нитрида бора PolarTherm 100 Series (РТ 120, РТ 140, РТ 160 и РТ 180), 300 Series (РТ 350) и 600 Series (РТ 620, РТ 630, РТ 640 и РТ 670), которые поставляет фирма Advanced Ceramics Corporation of Lakewood, Огайо. Смотри "Polar Therm Thermally Conductive Fillers for Polymeric Materials" a technical bulletin of Advanced Ceramics Corporation of Lakewood, Огайо (1996), содержание которого включено в данное описание в качестве ссылки. 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. Средний размер частиц порошка сотой серии составляет от около 5 до около 14 мкм, порошка трехсотой серии - от около 100 до около 150 мкм, а шестисотой серии - от около 16 до более около 200 мкм.

Минимальный средний размер 19 частиц (эквивалентный диаметру шара) неорганических твердых частиц 18 обычно составляет менее около 1000 мкм, предпочтительно от около 0,001 до около 100 мкм и более предпочтительно от около 0,1 до около 25 мкм. Конфигурация или форма твердых частиц 18 может быть по желанию в основном сферической (такой как шарики или микрошарики), кубической, плоской или игольчатой (продолговатой или волокнистой). Более подробную информацию о характеристиках подходящих частиц смотри Н. Katz и др. "Справочник по наполнителям и пластмассам" (1987), страницы 9 - 10, содержание которого включено в данное описание в качестве ссылки.

Негидратируемые неорганические твердые частицы смазки 18 могут находится 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.%). Количество не способных к гидратации неорганических твердых частиц смазки 18 в водном шлихтовальном составе может составлять от около 0,001 до около 99 мас.% относительно всего веса, предпочтительно от около 1 до около 50 мас.% и более предпочтительно около 25 мас. %. Не ограничивающим изобретение примером предпочтительной дисперсии с концентрацией частиц нитрида бора в воде около 25 мас.% 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 включено в данное описание в качестве ссылки. Согласно данным поставщика средний размер частиц нитрида бора в этом продукте составляет 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.

В альтернативном предпочтительном варианте воплощения шлихтовальный состав может включать негидратируемые металлические неорганические твердые частицы смазки, выбираемые из группы, состоящей из индия, таллия, олова, меди, цинка, золота, серебра и их смесей. Другие подходящие негидратируемые неорганические твердые частицы смазки включают карбонат кальция, фторид кальция, оксид цинка и их смеси.

В альтернативном предпочтительном варианте воплощения неорганические твердые частицы смазки являются теплопроводными, т.е. имеют теплопроводность более около 30 ватт на метр-К, такие как, например, нитрид бора, графит и металлические неорганические твердые смазочные материалы, указанные выше. Теплопроводность твердого материала можно определить с помощью любых методов, известных специалистам в данной области техники, например способа экранированной горячей пластины согласно ASTM С-177-85 (содержание которого включено в данное описание в качестве ссылки) при температуре около 300 К.

В другом альтернативном предпочтительном варианте воплощения негидратируемые неорганические твердые частицы смазки являются электрически изолирующими или имеют высокое электрическое сопротивление, т.е. имеют электрическое сопротивление более около 1000 микроом-сантиметр, как, например, нитрид бора.

Хотя и не предпочтительно, водный шлихтовальный состав может включать гидратируемые неорганические твердые смазочные материалы дополнительно к негидратируемым неорганическим твердым смазочным материалам, указанным выше. Не ограничивающими изобретение примерами таких гидратируемых твердых смазочных материалов являются филлосиликаты минеральной глины, включая слюды (такие как мусковит), тальк, монтморрилонит, каолин и гипс (CaSО₄2H₂O) .

Хотя шлихтовальный состав может включать до около 50 мас.% гидратируемых неорганических твердых частиц смазки, частиц диоксида кремния или карбоната кальция, относительно всей твердой основы, шлихтовальный состав предпочтительно по существу не включает гидратируемых неорганических твердых частиц смазки или частиц диоксида кремния, или карбоната кальция, т.е. включает менее чем около 20 мас.% гидратируемых неорганических твердых частиц смазки, абразивных частиц диоксида кремния или карбоната кальция относительно всей твердой основы, более предпочтительно менее чем около 5 мас.% и наиболее предпочтительно менее 0,001 мас.%.

Неорганические твердые смазочные материалы составляют от около 0,001 до около 99 мас. % шлихтовального состава относительно всей твердой основы, предпочтительно от около 1 до около 80 мас.% и более предпочтительно от около 1 до около 40 мас.%. В предпочтительном варианте воплощения шлихтовальный состав может включать от около 0,001 до около 5 % нитрида бора относительно всей твердой основы.

Дополнительно к негидратируемым неорганическим твердым смазочным материалам водный шлихтовальный состав предпочтительно включает один или несколько полимерных материалов, таких как термореактивные материалы, термопластичные материалы, крахмалы и их смеси. Полимерные материалы предпочтительно образуют обычно непрерывную пленку при нанесении на поверхность 16 стекловолоконных нитей. Обычно количество полимерного материала может составлять от около 1 до около 99 мас.% водного шлихтовального состава относительно всей твердой основы, предпочтительно от около 20 до около 99 мас.% и более предпочтительно от около 60 до около 99 мас.%.

Термореактивные полимерные материалы являются предпочтительными полимерными материалами для использования в водных шлихтовальных составах для покрытия стекловолоконных прядей согласно данному изобретению.