TWI863780B

TWI863780B - 玻璃纖維絲及其製造方法

Info

Publication number: TWI863780B
Application number: TW112150984A
Authority: TW
Inventors: 廖德超; 鄭維昇; 張嘉珊; 蘇珈臻
Original assignee: 南亞塑膠工業股份有限公司
Priority date: 2023-12-27
Filing date: 2023-12-27
Publication date: 2024-11-21
Also published as: US20250214886A1; CN120208546A; JP2025104167A; TW202525739A; JP7659675B1

Abstract

本發明公開一種玻璃纖維絲及其製造方法。所述玻璃纖維絲的製造方法包含將一鎢化合物溶解於一第一有機溶液中以形成一鎢化合物溶膠；將一硫源添加於所述鎢化合物溶膠中並攪拌所述硫源及所述鎢化合物溶膠以形成一硫化鎢凝膠；將所述硫化鎢凝膠設置於600℃至1200℃的環境下持續4至6小時，以形成為硫化鎢粉末；將所述硫化鎢粉末披覆於多個無機粒子的表面以形成多個改質無機粒子；將多個所述改質無機粒子混和於呈熔融狀態的玻璃原料中；以及將混和有多個所述改質無機粒子的所述玻璃原料抽紗而形成為多個玻璃纖維絲。

Description

玻璃纖維絲及其製造方法

本發明涉及一種玻璃纖維絲及其製造方法，特別是涉及包含硫化鎢的一種玻璃纖維絲及其製造方法。

現有的玻璃纖維絲的製造方法中，由於玻璃纖維絲的滑動性不足，因此導致玻璃纖維絲在抽紗的過程中容易斷裂。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種玻璃纖維絲及其製造方法，其能有效改善現有的玻璃纖維絲在抽紗的過程中容易斷裂的問題。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種玻璃纖維絲的製造方法，其包括：一鎢化合物溶膠形成步驟，將一鎢化合物溶解於一第一有機溶液中以形成一鎢化合物溶膠；一硫化鎢凝膠形成步驟，將一硫源添加於所述鎢化合物溶膠中並攪拌所述硫源及所述鎢化合物溶膠以形成一硫化鎢凝膠；一熱處理步驟，將所述硫化鎢凝膠設置於600℃至1200℃的環境下持續4至6小時，以形成為硫化鎢粉末；一披覆步驟，將所述硫化鎢粉末披覆於多個無機粒子的表面以形成多個改質無機粒子；其中，基於各個所述改質無機粒子的總重為100 wt%，所述硫化鎢粉末的含量是介於0.01 wt%至5 wt%之間；一混和步驟，將多個所述改質無機粒子混和於呈熔融狀態的玻璃原料中；以及一抽紗步驟，將混和有多個所述改質無機粒子的所述玻璃原料抽紗而形成為多個玻璃纖維絲。

優選地，於所述硫化鎢凝膠形成步驟後且於所述熱處理步驟前，所述玻璃纖維絲的製造方法進一步包含一洗滌與乾燥步驟，先對所述鎢化合物凝膠進行多次洗滌及過濾，再對所述鎢化合物凝膠進行烘烤。

優選地，於所述披覆步驟中，是先將所述硫化鎢粉末分散於一第二有機溶液中，再將所述硫化鎢粉末及所述第二有機溶液添加至多個所述無機粒子，而後攪拌所述硫化鎢粉末、所述第二有機溶液及多個所述無機粒子，以使所述硫化鎢粉末披覆於多個所述無機粒子且形成為多個所述改質無機粒子。

優選地，所述鎢化合物為六氯化鎢。

優選地，所述鎢化合物與所述硫源之間的重量比例是介於5：1至8：1之間。

優選地，所述無機粒子是選自由二氧化矽、二氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋁及煆燒高嶺土所組成的材料群組中的至少其中一種。

優選地，各個所述無機粒子的粒徑是介於0.01微米至50微米之間。

優選地，基於各個所述玻璃纖維絲的總重為100 wt%，所述改質無機粒子的含量是介於0.1 wt%至5 wt%之間。

優選地，各個所述玻璃纖維絲具有介於0.39至0.48之間的最大靜摩擦係數。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種玻璃纖維絲，其包含：一玻璃原料；以及多個改質無機粒子，分散於所述玻璃原料中；其中，各個所述改質無機粒子包含一無機粒子及披覆於所述無機粒子的鎢化合物；其中，基於各個所述改質無機粒子的總重為100 wt%，所述硫化鎢粉末的含量是介於0.01 wt%至5 wt%之間；其中，所述無機粒子是選自由二氧化矽、二氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋁及煆燒高嶺土所組成的材料群組中的至少其中一種。

優選地，各個所述無機粒子的粒徑是介於0.01微米至50微米之間；其中，基於各個所述玻璃纖維絲的總重為100 wt%，所述改質無機粒子的含量是介於0.1 wt%至5 wt%之間。

優選地，所述玻璃纖維絲具有介於0.39至0.48之間的最大靜摩擦係數。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的玻璃纖維絲及其製造方法，其能通過“鎢化合物溶膠形成步驟、硫化鎢凝膠形成步驟、熱處理步驟、披覆步驟、混和步驟及抽紗步驟”以及“多個改質無機粒子分散於玻璃原料中”的技術方案，以有效改善現有的玻璃纖維絲在抽紗的過程中容易斷裂的問題。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“玻璃纖維絲及其製造方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[玻璃纖維絲的製造方法]

參閱圖1至圖3所示，圖1為本發明實施例的玻璃纖維絲的製造方法的流程圖，圖2為本發明實施例的玻璃纖維絲的示意圖，並且圖3為本發明實施例的改質無機粒子的示意圖。本發明實施例提供一種玻璃纖維絲的製造方法，所述玻璃纖維絲的製造方法包含一鎢化合物溶膠形成步驟S110、一硫化鎢凝膠形成步驟S120、一熱處理步驟S130、一披覆步驟S140、一混和步驟S150及一抽紗步驟S160。

於鎢化合物溶膠形成步驟S110中，將一鎢化合物溶解於一第一有機溶液中以形成一鎢化合物溶膠。於本實施例中，所述鎢化合物可以例如為六氯化鎢，並且所述第一有機溶液可以例如為乙醇或異丙醇，但本發明不受限於此。於所述鎢化合物溶膠形成步驟中，不須對所述鎢化合物及所述第一有機溶液進行攪拌或加熱。

於所述硫化鎢凝膠形成步驟S120中，將一硫源添加於所述鎢化合物溶膠中並攪拌所述硫源及所述鎢化合物溶膠以形成一硫化鎢凝膠。所述硫源可以例如為硫粉末或硫化氫氣體。

當使用硫粉末作為所述硫源時，所述鎢化合物與所述硫源之間的重量比例是介於5：1至8：1之間。所述鎢化合物的中用量可以是介於400重量份至800重量份之間，所述硫源的用量可以是介於75重量份至115重量份之間，較佳地，所述鎢化合物的用量可以是介於500重量份至700重量份之間，所述硫源的用量可以是介於85重量份至105重量份之間，更佳地，所述鎢化合物的用量約為600重量份，所述硫源的用量約為96.8重量份。此外，所述鎢化合物的與所述第一有機溶液之間的重量比可以是介於1：1.5至1：2.5之間，所述第一有機溶液的用量可以是介於900重量份至1500重量份之間，較佳地，所述第一有機溶液的用量約為1200重量份。

於所述硫化鎢凝膠形成步驟S120後且於所述熱處理步驟S130前，所述玻璃纖維絲的製造方法進一步包含一洗滌與乾燥步驟S121，先對所述鎢化合物凝膠進行多次洗滌及過濾，再對所述鎢化合物凝膠進行烘烤。具體來說，於所述洗滌與乾燥步驟S121中，可以是以一洗滌液對所述鎢化合物凝膠進行洗滌以去除為反應的雜質和殘留的溶液（如所述第一有機溶液），所述洗滌液可以例如為水、乙醇或異丙醇，但本發明不受限於此。此外，於所述洗滌與乾燥步驟中，對所述鎢化進行烘烤的溫度及時間可以是分別介於80℃至120℃及1小時至10小時之間，但本發明不受限於此

於所述熱處理步驟S130中，將所述硫化鎢凝膠設置於600℃至1200℃的環境下持續4至6小時，以形成為硫化鎢粉末。所述熱處理步驟S130的溫度和時間會影響所述硫化鎢粉末的結晶結構和性質，具體來說，若溫度過低，則形成的硫化鎢轉化率偏低且晶向雜向偏多。所述熱處理步驟S130的溫度需介於特定範圍，從而使所形成的硫化鎢粉末晶向集中，結晶面的訊號強度較強，硫化鎢粉末的物性較佳(潤滑性，耐磨性增强)。所述熱處理步驟S130的溫度更佳為介於650℃至900℃之間。

此外，若所述熱處理步驟S130的時間太長，會使得所述硫化鎢粉末硬度偏高，不利於披覆於二氧化矽載體。若所述熱處理步驟S130的時間太短所形成的硫化鎢雜質偏高。

此外，所述熱處理步驟S130可以是於氬氣或氮氣氣氛下執行。所述氬氣或氮氣氣氛指的是純氬環境，若所述熱處理步驟S130並非是於氬氣或氮氣氣氛下執行，則環境中的氧氣可能會造成硫化鎢粉末氧化，從而影響所述玻璃纖維絲100的最大靜摩擦係數。

於所述披覆步驟S140中，將所述硫化鎢粉末披覆於多個無機粒子的表面以形成多個改質無機粒子1。所述改質無機粒子1具有一核殼結構，所述核殼結構包含由所述無機粒子形成的核層11及由所述硫化鎢粉末形成的殼層12。基於各個所述改質無機粒子的總重為100 wt%，所述硫化鎢粉末的含量是介於0.01 wt%至5 wt%之間，並且所述無機粒子的含量是介於95 wt%至99.9 wt%之間。各個所述無機粒子的粒徑是介於0.01微米至50微米之間。

具體來說，於所述披覆步驟S140中，是先將所述硫化鎢粉末分散於一第二有機溶液中，再將所述硫化鎢粉末及所述第二有機溶液添加至多個所述無機粒子，而後攪拌所述硫化鎢粉末、所述第二有機溶液及多個所述無機粒子，以使所述硫化鎢粉末披覆於多個所述無機粒子且形成為多個所述改質無機粒子1。更具體地，於所述披覆步驟S140中，所述硫化鎢粉末是分散而非溶解於所述第二有機溶液中，並且所述硫化鎢粉末分散於所述第二有機溶液的方式可以例如是通過機械研磨或超聲波處理，但本發明不受限於此。此外，分散有所述硫化鎢粉末的所述第二有機溶液可以是通過滴加方式添加至攪拌中的所述無機粒子中，再持續攪拌後烘乾所述硫化鎢粉末、所述第二有機溶液及多個所述無機粒子而得到多個所述改質無機粒子1。

所述第二有機溶液可以例如為異丙醇，所述無機粒子可以是選自由二氧化矽、二氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋁及煆燒高嶺土所組成的材料群組中的至少其中一種，但本發明不受限於此。

於所述混和步驟S150中，將多個所述改質無機粒子1混和於呈熔融狀態的玻璃原料2中。基於所述玻璃原料的總重為100 wt%，所述玻璃原料2可以例如是包含54 wt%至63 wt%的二氧化矽、15 wt%至24 wt%的三氧化二鋁、6 wt%至13wt%的氧化鎂、3.4 wt%至14wt%的氧化鈣、0.5 wt%至9wt%的三氧化二硼，及0 wt%至7wt%的三氧化二錸，但本發明不對所述玻璃原料2所包含的具體成分及各成分含量加以限制。

於所述抽紗步驟S160中，將混和有多個所述改質無機粒子1的所述玻璃原料2抽紗而形成為多個玻璃纖維絲。基於各個所述玻璃纖維絲100的總重為100 wt%，所述改質無機粒子1的含量是介於0.1 wt%至5 wt%之間，並且所述玻璃原料2的含量是介於95 wt%至99.9 wt%之間。

值得一提的是，在所述抽紗步驟S160後，多個所述玻璃纖維絲100已具有優異的滑動性，並且在所述抽紗步驟S160後，不須再於多個所述玻璃纖維絲100的表面添加任何滑劑。另外，於本發明中，所述改質無機粒子1是均勻分散於所述玻璃纖維絲100中，而並非僅位於所述玻璃纖維絲100的表面，以使得所述玻璃纖維絲100在所述抽紗步驟S160中不容易斷裂。

換句話說，於抽紗步驟後再添加滑劑的玻璃纖維絲的製造方法及滑劑僅位於表面的玻璃纖維絲不適合對比至本發明中的所述玻璃纖維絲的製造方法及所述玻璃纖維絲100。此外，若是僅將滑劑添加於玻璃纖維絲的表面，則由於玻璃纖維絲的內部的滑動性沒有被提升，因此玻璃纖維絲在抽紗的過程中會容易斷裂。

此外，若是直接將所述硫化鎢粉末添加於所述玻璃原料2中，則所述硫化鎢粉末無法均勻地分散於所述玻璃纖維絲100中。據此，本發明的所述玻璃纖維絲的製造方法中，是先將所述硫化鎢粉末披覆於所述無機粒子的表面以形成為所述改質無機粒子1，再將所述改質無機粒子1分散於所述玻璃原料2中，從而使得所述改質無機粒子1能均勻地分散於所述玻璃纖維絲100中。

各個所述玻璃纖維絲100具有介於0.39至0.48之間的最大靜摩擦係數。另外，值得一提的是，由於硫化鎢的熔點約介於1500℃至1550℃之間，因此包含所述改質無機粒子1的所述玻璃纖維絲100能具有優異的熱穩定性。

[玻璃纖維絲]

本發明還提供一種玻璃纖維絲100，所述玻璃纖維絲100可以但不限制為通過前述玻璃纖維絲的製造方法製得。所述玻璃纖維絲100包含一玻璃原料2及分散於所述玻璃原料2中的多個改質無機粒子1。

各個所述改質無機粒子包含一無機粒子及披覆於所述無機粒子的硫化鎢粉末。所述改質無機粒子1具有一核殼結構，所述核殼結構包含由所述無機粒子形成的核層11及由所述硫化鎢粉末形成的殼層12。基於各個所述改質無機粒子的總重為100 wt%，所述硫化鎢粉末的含量是介於0.01 wt%至5 wt%之間。所述無機粒子可以是選自由二氧化矽、二氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋁及煆燒高嶺土所組成的材料群組中的至少其中一種。

各個所述無機粒子的粒徑是介於0.01微米至50微米之間。基於各個所述玻璃纖維絲的總重為100 wt%，所述改質無機粒子的含量是介於0.1 wt%至5 wt%之間。

所述玻璃纖維絲具有介於0.39至0.48之間的最大靜摩擦係數。

[實驗數據測試]

以下，參照示範例1至3與比較例1詳細說明本發明之內容。然而，以下示範例僅作為幫助了解本發明，本發明的範圍並不限於這些示範例。

比較例1中，沒有添加改質無機粒子，示範例1至3的玻璃纖維絲的製造方法中，基於玻璃纖維絲的總重為100 wt%，所述改質無機粒子的含量分別為0.2 wt%、1 wt%及2 wt%。

通過比較例1及示範例1至3的玻璃纖維絲的製造方法所製得的玻璃纖維絲的最大靜摩擦係數、耐磨性、熱穩定性及導電性記載於以下表1，相關測試方法說明如下。

最大靜摩擦係數的測試：取兩片厚度為5毫米且是由多個玻璃纖維絲所構成的試片，並且以型號CFT-400的磨擦係數測定儀於200克的負重條件下測試試片的最大靜摩擦係數。

耐磨性測試：將所述玻璃纖維絲製成的樣品與砂輪機的砂輪接觸，觀察並評分樣品的耐磨性。

熱穩定性測試：以熱機械分析儀測試玻璃纖維絲製成的樣品的熱膨脹係數。

[表1 比較例1及示範例1至3的玻璃纖維絲的最大靜摩擦係數]

項目	比較例1	示範例1	示範例2	示範例3
改質無機粒子的含量(wt%)	0	0.2	1	2
玻璃纖維絲的最大靜摩擦係數	0.54	0.48	0.44	0.39
玻璃纖維絲的耐磨性	1000	1100	1200	1400
熱膨脹係數(10 ^-6/)℃	4	3.6	3.0	2.8

[測試結果討論]

添加改質無機粒子添加越多最大靜摩擦係數越低，耐磨性越佳，可使產品保持較長時間的結構完整性和外觀品質，提高產品的使用壽命。在高摩擦環境中，玻璃纖維絲所製成的玻纖布的耐磨性能也有助於減少摩擦產生的熱量，防止過度升溫和材料的損壞，從而保護設備和結構的安全性。

熱膨脹係數的資料顯示，添加改質無機粒子添加越多對耐熱性越佳。耐熱性能強的玻纖布在高溫下可以保持其結構的穩定性，不容易發生融化或變形。這對於需要在高溫環境下維持形狀和強度的應用非常重要，比如在火災隔離材料、高溫篩檢程式等領域。因此本發明所提供的改質無機粒子可以提高玻璃纖維絲的物性。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

100:玻璃纖維絲 1:改質無機粒子 11:核層 12:殼層 2:玻璃原料 S110:鎢化合物溶膠形成步驟 S120:硫化鎢凝膠形成步驟 S121:洗滌與乾燥步驟 S130:熱處理步驟 S140:披覆步驟 S150:混和步驟 S160:抽紗步驟

圖1為本發明實施例的玻璃纖維絲的製造方法的流程圖。

圖2為本發明實施例的玻璃纖維絲的示意圖。

圖3為本發明實施例的改質無機粒子的示意圖。

S110:鎢化合物溶膠形成步驟

S120:硫化鎢凝膠形成步驟

S121:洗滌與乾燥步驟

S130:熱處理步驟

S140:披覆步驟

S150:混和步驟

S160:抽紗步驟

Claims

一種玻璃纖維絲的製造方法，其包括：一鎢化合物溶膠形成步驟，將一鎢化合物溶解於一第一有機溶液中以形成一鎢化合物溶膠；一硫化鎢凝膠形成步驟，將一硫源添加於所述鎢化合物溶膠中並攪拌所述硫源及所述鎢化合物溶膠以形成一硫化鎢凝膠；一熱處理步驟，將所述硫化鎢凝膠設置於600℃至1200℃的環境下持續4至6小時，以形成為硫化鎢粉末；一披覆步驟，將所述硫化鎢粉末披覆於多個無機粒子的表面以形成多個改質無機粒子；其中，基於各個所述改質無機粒子的總重為100 wt%，所述硫化鎢粉末的含量是介於0.01 wt%至5 wt%之間；一混和步驟，將多個所述改質無機粒子混和於呈熔融狀態的玻璃原料中；以及一抽紗步驟，將混和有多個所述改質無機粒子的所述玻璃原料抽紗而形成為多個玻璃纖維絲。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，於所述硫化鎢凝膠形成步驟後且於所述熱處理步驟前，所述玻璃纖維絲的製造方法進一步包含一洗滌與乾燥步驟，先對所述鎢化合物凝膠進行多次洗滌及過濾，再對所述鎢化合物凝膠進行烘烤。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，於所述披覆步驟中，是先將所述硫化鎢粉末分散於一第二有機溶液中，再將所述硫化鎢粉末及所述第二有機溶液添加至多個所述無機粒子，而後攪拌所述硫化鎢粉末、所述第二有機溶液及多個所述無機粒子，以使所述硫化鎢粉末披覆於多個所述無機粒子且形成為多個所述改質無機粒子。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，所述鎢化合物為六氯化鎢。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，所述鎢化合物與所述硫源之間的重量比例是介於5：1至8：1之間。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，所述無機粒子是選自由二氧化矽、二氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋁及煆燒高嶺土所組成的材料群組中的至少其中一種。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，各個所述無機粒子的粒徑是介於0.01微米至50微米之間。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，基於各個所述玻璃纖維絲的總重為100 wt%，所述改質無機粒子的含量是介於0.1 wt%至5 wt%之間。
如請求項1所述的玻璃纖維絲的製造方法，其中，各個所述玻璃纖維絲具有介於0.39至0.48之間的最大靜摩擦係數。
一種玻璃纖維絲，其包含：一玻璃原料；以及多個改質無機粒子，分散於所述玻璃原料中；其中，各個所述改質無機粒子包含一無機粒子及披覆於所述無機粒子的硫化鎢粉末；其中，基於各個所述改質無機粒子的總重為100 wt%，所述硫化鎢粉末的含量是介於0.01 wt%至5 wt%之間；其中，所述無機粒子是選自由二氧化矽、二氧化鈦、氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣、氧化鋁及煆燒高嶺土所組成的材料群組中的至少其中一種。
如請求項10所述的玻璃纖維絲，其中，各個所述無機粒子的粒徑是介於0.01微米至50微米之間；其中，基於各個所述玻璃纖維絲的總重為100 wt%，所述改質無機粒子的含量是介於0.1 wt%至5 wt%之間。
如請求項10所述的玻璃纖維絲，其中，所述玻璃纖維絲具有介於0.39至0.48之間的最大靜摩擦係數。