Пропитанные пряди стекловолокон и ткань на их основе

 

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, кроме таких двойных соединений, как окислы углерода, карбиды, дисульфид углерода и др.; таких тройных соединений, как цианиды металлов, карбонилы металлов, фосген, карбонилсульфид и др. ; и карбонатов металлов, таких как карбонат кальция и карбонат натрия. См. публикацию R. Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 12^th Ed., 1993, на страницах 761-762, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. В большинстве случаев органические материалы включают углеродсодержащие соединения, в которых углерод, как правило, присоединен сам к себе и к водороду, а часто также и к другим элементам, за исключением углеродсодержащих ионных соединений. См. публикацию M. Silberberg, Chemistry, The Molecular Nature of Matter and Change, 1996, на странице 586, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Термин "неорганический материал", как правило, включает все материалы, не являющиеся соединениями углерода, за исключением окислов углерода и дисульфида углерода. См. публикацию R. Lewis, Sr. , Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 12^th Ed., 1993, на странице 636, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Используемый в данном описании термин "неорганические материалы" обозначает любые материалы, не являющиеся органическими материалами. Используемый в данном описании термин "композитный материал" обозначает комбинацию одного или более разных материалов. Более подробную информацию о частицах, применимых для данного изобретения, см. в публикации G. Wypych, Handbook of Fillers, 2^nd Ed., 1999, на страницах 15-202, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Неполимерные неорганические материалы, пригодные для получения частиц 18 по настоящему изобретению, включают неорганические материалы, выбранные из группы, состоящей из металлов, оксидов, карбидов, нитридов, боридов, сульфидов, силикатов, карбонатов, сульфатов и гидроксидов. Не ограничивающий объем настоящего изобретения пример подходящего неорганического нитрида, из которого получают частицы 18, представляет собой нитрид бора, являющийся предпочтительным неорганическим материалом, из которого получают частицы 18, используемые в настоящем изобретении. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером подходящего неорганического оксида является оксид цинка. Подходящие неорганические сульфиды включают дисульфид молибдена, дисульфид тантала, дисульфид вольфрама и сульфид цинка. Подходящие неорганические силикаты включают алюмосиликаты и силикаты магния, такие как вермикулит. Подходящие металлы включают молибден, платину, палладий, никель, алюминий, медь, золото, железо, серебро, а также их сплавы и смеси.

Хотя это и не обязательно, частицы 18 можно получать из твердых смазочных материалов. Используемый в настоящем описании термин "твердый смазочный материал" обозначает любое твердое вещество, помещаемое между двумя поверхностями для защиты их от повреждения во время относительного движения и/или для уменьшения трения и износа. В одном из вариантов осуществления изобретения твердые смазочные материалы представляют собой неорганические твердые смазочные материалы. Используемый в настоящем описании термин "неорганический твердый смазочный материал" обозначает, что твердые смазочные материалы обладают характерной формой кристаллизации, в результате чего они превращаются в тонкие плоские пластинки, которые легко скользят по поверхности друг друга, в результате чего создается эффект антифрикционной смазки между поверхностью стекловолокна и поверхностью прилегающего к нему твердого вещества, причем по меньшей мере один из этих элементов находится в движении. См. публикацию R. Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 12^th Ed., 1993, на странице 712, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Трение представляет собой сопротивление скольжению одного твердого вещества по другому. См. публикацию F. Clauss, Solid Lubricants and Self-Lubricating Solids, 1972, на странице 1, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения твердые смазочные материалы имеют слоистую структуру. Твердые смазочные материалы, имеющие слоистую структуру, состоят из слоев атомов, расположенных в виде шестиугольников, с сильными связями внутри этого слоя и слабыми ван-дер-ваальсовыми связями между слоями, в результате чего между этими слоями существует низкое сдвигающее усилие. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером слоистой структуры является структура шестигранного кристалла. См. публикации K. Ludema, Friction, Wear, Lubrication, 1996, на странице 125, Solid Lubricants and Self-Lubricating Solids, на страницах 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, на страницах 202-203, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок. Неорганические твердые частицы, имеющие слоистую войлочную структуру, также подходят для настоящего изобретения.

Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих твердых смазочных материалов со слоистой структурой, пригодных для получения частиц 18 по настоящему изобретению, включают нитрид бора, графит, дихалькогениды металлов, слюду, тальк, гипс, каолинит, кальцит, йодид кадмия, сульфид серебра и их смеси. Предпочтительные неорганические твердые смазочные материалы включают нитрид бора, графит, дихалькогениды металлов и их смеси. Подходящие дихалькогениды металлов включают дисульфид молибдена, диселенид молибдена, дисульфид тантала, диселенид тантала, дисульфид вольфрама, диселенид вольфрама и их смеси.

Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером неорганического твердого смазочного материала, подходящего для использования в композициях покрытий по настоящему изобретению, имеющего шестигранную кристаллическую структуру, является нитрид бора. Частицы, полученные из нитрида бора, сульфида цинка и монтмориллонита, обеспечивают также хорошую белизну композитов с материалами полимерной матрицы, такими как нейлон 6,6.

Не ограничивающими объем настоящего изобретения примерами частиц, получаемых из нитрида бора, подходящих для использования в настоящем изобретении, являются частицы порошка нитрида бора PolarTherm 100 Series (РТ 120, РТ 140, РТ 160 и РТ 180), 300 Series (PT 350) и 600 Series (PT 620, РТ 630, РТ 640 и РТ 670), производимые фирмой Advanced Ceramics Corporation из Lakewood, Ohio. См. публикацию "PolarTherm Thermally Conductive Fillers for Polymeric Materials", технический бюллетень фирмы Advanced Ceramics Corporation из Lakewood, Ohio, 1996, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Эти частицы имеют теплопроводность, составляющую около 250-300 Вт/(мК) при 25^oС, диэлектрическую постоянную, составляющую около 3,9, и объемное удельное сопротивление, составляющее около 10¹⁵ Омсм. Частицы порошка 100 Series имеют средний размер частиц от около 5 до около 14 микрометров, частицы порошка 300 Series имеют средний размер частиц от около 100 до около 150 микрометров, и частицы порошка 600 Series имеют средний размер частиц от около 16 до около 200 микрометров.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения частицы 18 получают из неорганических твердых смазочных материалов, которые являются не гидратируемыми. Как он используется в настоящем описании, термин "негидратируемый" обозначает, что частицы твердого неорганического смазочного материала не реагируют с молекулами воды с образованием гидратов и не содержат гидратационную воду или кристаллизационную воду. "Гидрат" получают в результате реакции молекул воды с веществом, в котором связь Н-ОН является нерасщепленной. См. публикации R. Lewis, Sr., Hawley's Condensed Chemical Dictionary, 12^th Ed. , 1993, на страницах 609-610 и T. Perros, Chemistry, 1967, на страницах 186-187, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок. Гидраты содержат координированную воду, которая координирует катионы в гидратированном материале и не может быть удалена без разрушения структуры, и/или структурную воду, которая занимает пустоты в структуре, что увеличивает электростатическую энергию, не нарушая баланс заряда. См. публикацию R. Evans, An Introduction to Crystal Chemistry, 1948, на странице 246, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Предпочтительно, чтобы композиция покрытия была по существу свободна от гидратируемых неорганических твердых смазочных материалов. Как он используется в настоящем описании, термин "по существу свободна от" обозначает, что композиция покрытия включает менее чем около 20 мас.% частиц гидратируемых неорганических твердых смазочных материалов в расчете на общую массу сухих веществ, более предпочтительно - менее чем около 5 мас.% и наиболее предпочтительно - менее чем около 0,001 мас.% Хотя это и не является предпочтительным, композиции покрытий в соответствии с настоящим изобретением могут содержать частицы, полученные из гидратируемых или гидратированных неорганических твердых смазочных материалов, в дополнение к негидратируемым неорганическим твердым смазочным материалам, описанным выше. Не ограничивающими объем настоящего изобретения примерами таких гидратируемых неорганических твердых смазочных материалов являются глинистые минеральные филлосиликаты, включая слюду (такую как московит), тальк, монтмориллонит, каолинит и гипс.

Частицы 18 можно получить из неполимерных органических материалов. Примеры неполимерных органических материалов, подходящих для настоящего изобретения, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, стеараты (такие как стеарат цинка и стеарат алюминия), сажу и стеарамид.

Частицы 18 можно получить из неорганических полимерных материалов. Не ограничивающие объем данного изобретения примеры неорганических полимерных материалов включают полифосфазены, полисиланы, полисилоксан, полигереманы, полимерную серу, полимерный селен, силиконы и их смеси. Конкретным, не ограничивающим объем данного изобретения примером частиц, полученных из неорганического полимерного материала, подходящих для использования в настоящем изобретении, является Tospearl^{5 5}(См. R.J. Perry. Applications for Cross-Linked Siloxane Particles, Chemtech, February 1999, на страницах 39-44.), который представляет собой частицы, полученные из сшитых силоксанов, и производится фирмой Toshiba Silicones Company, Ltd., из Японии.

Подходящие синтетические органические полимерные материалы, из которых можно получить частицы, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, термореактивные материалы и термопластические материалы. Подходящие термореактивные материалы включают термореактивные сложные полиэфиры, виниловые сложные полиэфиры, эпоксидные материалы, фенопласты, аминопласты, термореактивные полиуретаны и их смеси. Конкретным, не ограничивающим объем данного изобретения примером предпочтительной синтетической полимерной частицы, полученной из эпоксидного материала, является частица из эпоксидного микрогеля.

Подходящие термопластические материалы включают термопластические сложные полиэфиры, поликарбонаты, полиолефины, акриловые полимеры, полиамиды, термопластические полиуретаны, виниловые полимеры и их смеси. Предпочтительные термопластические сложные полиэфиры включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат и полиэтиленнафталат. Предпочтительные полиолефины включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, полиэтилен, полипропилен и полиизобутилен. Предпочтительные акриловые полимеры включают сополимеры стирола и акрила и полимеры, содержащие метакрилат. Не ограничивающими объем настоящего изобретения примерами синтетических полимерных частиц, полученных из акрилового сополимера, являются ROPAQUE HP-1055^{6 6}(см. лист с описанием свойств продуктов, озаглавленный: ROPAQUE HP-1055, Hollow Sphere Pigment for Paper and Paperboard Coatings", October 1994, из Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA, на странице 1, включенный в данное описание в качестве ссылки), представляющий собой непрозрачный, не образующий пленки, стиролакриловый полимерный синтетический пигмент с размером частиц в 1,0 микрометра, с содержанием сухих веществ 26,5 мас. % и с объемом пустот 55%, ROPAQUE OP-96^{7 7}(см. технический бюллетень с описанием изделия, озаглавленный: "Architectural Coatings - "ROPAQUE OP-96, The All Purpose Pigment", April 1997, из Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA, на странице 1, включенный в данное описание в качестве ссылки), представляющий собой дисперсию непрозрачного, не образующего пленки, стиролакрилового полимерного синтетического пигмента с размером частиц в 0,55 микрометра и с содержанием сухих веществ в 30,5 мас.%, и ROPAQUE OP-62-L0^{8 8}(там же), представляющий собой дисперсию непрозрачного, не образующего пленки, стиролакрилового полимерного синтетического пигмента с размером частиц в 0,40 микрометра и с содержанием сухих веществ около 36,5 мас.%, каждый из которых выпускается фирмой Rohm and Haas Company, из Филадельфии, PA.

Подходящие полусинтетические органические полимерные материалы, из которых можно получить частицы 18, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, целлюлозные материалы, такие как метилцеллюлоза и ацетатцеллюлоза, и модифицированные крахмалы, такие как эфир ацетаткрахмала и оксиэтилированный эфир крахмала.

Подходящие натуральные полимерные материалы, из которых можно получить частицы 18, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, полисахариды, такие как крахмал; полипептиды, такие как казеин; и натуральные углеводороды, такие как натуральная резина и гуттаперча.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полимерные частицы 18 получают из гидрофобных полимерных материалов, чтобы уменьшить или ограничить поглощение влаги покрытыми прядями. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры гидрофобных полимерных материалов, которые считают подходящими для использования в настоящем изобретении, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, полиэтилен, полипропилен, полистирол и полиметилметакрилат. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры сополимеров полистирола включают пигменты (каждый из которых описан выше).

В другом варианте осуществления настоящего изобретения полимерные частицы 18 получают из полимерных материалов, имеющих температуру стеклования (Т_g) и/или температуру плавления выше чем около 25^oС, а предпочтительно выше чем около 50^oС.

Композитные частицы 18, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают частицы, полученные путем плакирования, капсулирования или покрытия частиц, полученных из первичного материала, одним или более вторичными материалами. Например, на неорганическую частицу, полученную из неорганического материала, такого как карбид кремния или нитрид алюминия, можно нанести покрытие из кремнезема, карбоната или наноглины, чтобы получить подходящую композитную частицу. В другом примере, можно провести реакцию кремнийорганического аппрета, имеющего алкильные боковые цепи, с поверхностью неорганической частицы, полученной из неорганического оксида, с получением подходящей композитной частицы, имеющей "более мягкую" поверхность. Другие примеры включают плакирование, капсулирование или покрытие частиц, полученных из органических или полимерных материалов, неорганическими материалами или различными органическими или полимерными материалами. Конкретным примером таких композитных частиц, не ограничивающим объем настоящего изобретения, является DUALITE, представляющий собой синтетическую полимерную частицу, покрытую карбонатом кальция, производимый фирмой Pierce and Sevens Corporation из Buffalo, NY.

Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения частицы 18 могут быть полыми частицами, полученными из материалов, выбранных из группы, состоящей из неорганических материалов, органических материалов, полимерных материалов, композитных материалов и их смесей. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры материалов, из которых можно получить полые частицы, описаны выше. Не ограничивающими объем настоящего изобретения примерами полимерных полых частиц, подходящих для использования в настоящем изобретении, являются пигменты (каждый из которых описан выше). Другие не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры полимерных полых частиц, подходящих для использования в настоящем изобретении, см. в публикации H. Katz et al. (Ed.), 1987, на страницах 437-452, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Частицы 18 могут присутствовать в виде дисперсии, суспензии или эмульсии в воде. Другие растворители, такие как минеральное масло или спирт (предпочтительно в количестве менее 5 мас.%) также можно включать в дисперсию, суспензию или эмульсию, если это желательно. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером предпочтительной дисперсии частиц, полученных из неорганического материала, является ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC, представляющий собой дисперсию около 25 мас.% частиц нитрида бора в воде, производимую фирмой ZYP Coatings, Inc., из Oak Ridge, Tennessee. См. "ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC", технический бюллетень фирмы ZYP Coatings, Inc. , включенный в настоящее описание в качестве ссылки. Частицы нитрида бора в этом продукте имеют средний размер частиц, составляющий менее чем около 3 микрометров, и включают около 1% алюмосиликата магния, для связывания частиц нитрида бора с субстратом, на который наносят дисперсию. Другие подходящие для данного изобретения продукты, производимые фирмой ZYP Coatings, включают краску BORON NITRIDE LUBRICOAT, а также продукты BRAZE STOP и WELD RELEASE. Конкретные не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры эмульсий и дисперсий синтетических полимерных частиц, полученных из акриловых полимеров и сополимеров, включают следующие продукты: Rhoplex GL-623⁹, ⁹(см. лист с описанием свойств продуктов, озаглавленный: Rhoplex GL-623, Self-Crosslinking Acrylic Binder of Industrial Nonwovens", March 1997, из Rohin and Haas Company, Philadelphia, PA, включенный в настоящее описание в качестве ссылки), представляющий собой эмульсию полностью акрилового плотного полимера, с содержанием сухих веществ 45 мас.% и с температурой стеклования около 98^oС; EMULSION E-2321^{10 10}(см. лист с описанием свойств продуктов, озаглавленный: "Building Products Industrial Coatings - Emulsion E-2321", 1990, от Rohm and Haas Company, Philadelphia, PA, включенный в настоящее описание в качестве ссылки), представляющий собой эмульсию твердого метакрилатового полимера, с содержанием сухих веществ 45 мас. % и с температурой стеклования около 105^oС; ROPAQUE ОР-96 (описанный выше), поставляемый в виде дисперсии с размером частиц 0,55 микрометров и с содержанием сухих веществ 30,5 мас.%; ROPAQUE OP-62-LO (описанный выше), также представляющий собой дисперсию непрозрачного, не образующего пленки синтетического пигмента с размером частиц в 0,40 микрометра и с содержанием сухих веществ около 36,5 мас.%; и ROPAQUE HP-1055 (описанный выше), поставляемый в виде дисперсии с содержанием сухих веществ около 26,5 мас.%, все из которых выпускаются фирмой Rohm and Haas Company, из Philadelphia, PA.

Частицы 18 выбирают так, чтобы они имели средний размер 19 частицы, достаточный для создания желательного расстояния между соседними волокнами. Например, средний размер 19 частиц 18, включенных в аппретирующую композицию, наносимую на волокна 12, подлежащие тканию на пневматических ткацких станках, предпочтительно выбирают так, чтобы он обеспечил достаточное расстояние между соседними волокнами, позволяющее осуществлять пневматическое перемещение прядей 10 волокон через ткацкий станок. Термин "пневматический ткацкий станок", как он используется в настоящем описании, обозначает тип ткацкого станка, в котором уток вставляют в зев станка с помощью сильной струи сжатого воздуха, поступающей из одного или более воздухоструйных сопел. В другом примере, средний размер 19 частиц 18, включенных в аппретирующую композицию, наносимую на волокна 12, подлежащие пропитке полимерным материалом матрицы, выбирают так, чтобы создать достаточное расстояние между соседними волокнами, обеспечивающее хорошую промокаемость и пропитываемость пряди 10 волокон.

В конкретном варианте осуществления изобретения, не ограничивающем объем данного изобретения, средний размер 19 частиц 18 составляет по меньшей мере около 0,1 микрометра, предпочтительно по меньшей мере около 0,5 микрометра, и находится в интервале от около 0,1 до около 5 микрометров, предпочтительно - в интервале от около 0,5 до около 2,0 микрометров. В этом варианте осуществления изобретения частицы 18 имеют средний размер 19, который, как правило, меньше, чем средний диаметр волокон 12, на которые наносят композицию покрытия. Установили, что в крученой пряже, изготовленной из прядей 10 волокон, имеющих слой 14 остатка композиции для первичного аппретирования, включающей частицы 18 со средним размером 19 частиц, указанным выше, имеются достаточные расстояния между соседними волокнами 23, 25, что делает ее пригодной для ткания на пневматическом ткацком станке (т.е. для пневматического перемещения через ткацкий станок), при сохранении целостности пряди 10 волокна и обеспечении приемлемых характеристик "промокаемости" и "пропитываемости" во время пропитки полимерным материалом матрицы.

В другом конкретном варианте осуществления изобретения, не ограничивающем объем данного изобретения, средний размер 19 частиц 18 составляет по меньшей мере около 3 микрометров, предпочтительно по меньшей мере около 5 микрометров, и находится в интервале от около 3 до около 1000 микрометров, предпочтительно - в интервале от около 5 до около 1000 микрометров, и более предпочтительно - в интервале от около 10 до около 25 микрометров. Предпочтительно, каждая из частиц 18 имеет минимальный размер, составляющий по меньшей мере 3 микрометра, а более предпочтительно - по меньшей мере около 5 микрометров. В этом варианте осуществления изобретения предпочтительно также, чтобы средний размер 19 частиц 18 в основном соответствовал среднему номинальному диаметру стекловолокон. Установлено, что ткань, изготовленная из прядей, покрытых частицами вышеуказанных размеров, демонстрирует хорошие характеристики "промокаемости" и "пропитываемости" во время пропитки полимерным материалом матрицы.

Специалистам в данной области техники понятно, что смеси одной или более частиц 18, имеющих разные размеры 19 частиц, можно включать в аппретирующую композицию в соответствии с настоящим изобретением, чтобы придать желаемые свойства и технологические характеристики прядям 10 волокон и изделиям, впоследствии изготовленным из них. Более конкретно, частицы разных размеров можно объединять в требуемых количествах так, чтобы обеспечить получение волокон, имеющих хорошую пригодность к пневматическому перемещению через ткацкий станок, а также ткани, обладающей хорошими характеристиками пропитываемости и промокаемости.

Стекловолокно подвергается абразивному износу при контакте с шероховатыми поверхностями соседних стекловолокон и/или других твердых предметов или материалов, с которыми стекловолокна соприкасаются во время их получения и последующих технологических операций, таких как ткание или предпрядение. Термин "абразивный износ", как он используется в настоящем описании, обозначает соскабливание или срезание кусочков поверхности стекловолокна или поломку стекловолокон в результате трения при контакте с частицами, краями или предметами из материалов, которые обладают достаточной твердостью, чтобы повредить стекловолокна. См. публикацию K. Ludema, на странице 129, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Абразивный износ стекловолоконных прядей приводит к поломке прядей во время технологических операций и к образованию дефектов поверхности у изделий, таких как тканые материалы и композиты, что увеличивает затраты и стоимость изготовления.

Чтобы свести к минимуму абразивный износ, в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения частицы 18 имеют показатель твердости, не превышающий, т.е. равный или менее высокий, чем показатель твердости стекловолокна (стекловолокон). Показатели твердости частиц и стекловолокон можно определить любым обычным способом измерения твердости, таким как твердость по Викерсу или по Бриннелю, но предпочтительно их определяют в соответствии с оригинальной шкалой твердости по Мосу, которая указывает относительную устойчивость к появлению царапин на поверхности материала. Показатели твердости по Мосу стекловолокон обычно находятся в интервале от около 4,5 до около 6,5 и предпочтительно составляют около 6. 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. В этом варианте осуществления изобретения показатели твердости по Мосу частиц 18 предпочтительно находятся в интервале от около 0,5 до около 6. Показатели твердости по Мосу нескольких не ограничивающих объем данного изобретения примеров частиц, полученных из неорганических материалов, пригодных для использования в настоящем изобретении, даны в приведенной ниже таблице А.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения частицы 18 теплопроводны, т. е. имеют теплопроводность выше чем около 30 Вт/(мК), например, такие как частицы, полученные из нитрида бора, графита и металлических неорганических твердых смазочных материалов, описанных выше. Теплопроводность твердого материала можно определить любым способом, известным специалистам в данной области техники, таким как способ защищенных горячих пластинок, в соответствии со стандартом Американского общества специалистов по испытанию материалов ASTM С-177-85 (включенным в настоящее описание в качестве ссылки), при температуре около 300 К.

Еще в одном варианте осуществления настоящего изобретения частицы 18 являются электроизолирующими, или обладают высоким удельным электросопротивлением, т. е. имеют электросопротивление выше чем около 1000 мкОмсм, например, такие как полученные из нитрида бора.

Частицы 18 могут составлять от около 1 до около 80 мас.% композиции покрытия в расчете на общую массу сухих веществ, предпочтительно от около 1 до около 60 мас. % В одном из вариантов осуществления изобретения композиция покрытия содержит от около 20 до около 60 мас.% частиц 18 в расчете на общую массу сухих веществ, предпочтительно от около 35 до около 55 мас.% и более предпочтительно от около 30 до около 50 мас.% Специалистам в данной области техники понятно, что дискретные частицы 18 композиции покрытия могут включать любую комбинацию или смесь частиц 18, описанных выше. Более конкретно, частицы 18 могут включать дополнительные дискретные частицы, полученные из любых материалов, описанных выше, используемых для получения частиц 18, в количестве меньшем, чем количество частиц 18. Эти дополнительные частицы отличаются от других частиц 18 в совместимой с полимерами композиции покрытия, т.е. дополнительные частицы (1) химически отличаются от других частиц; или (2) они химически такие же самые, но отличаются по конфигурации или свойствам. Дополнительные частицы могут составлять до половины количества частиц 18, предпочтительно до около 15% от количества частиц 18.

Кроме частиц, композиция покрытия предпочтительно включает один или более полимерных пленкообразующих материалов, таких как органические, неорганические и натуральные полимерные материалы. Подходящие органические полимерные материалы включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, синтетические полимерные материалы, полусинтетические полимерные материалы, натуральные полимерные материалы и их смеси. Синтетические полимерные материалы включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, термопластические материалы и термореактивные материалы. Предпочтительно, чтобы полимерные пленкообразующие материалы образовывали в основном сплошную пленку после нанесения их на поверхность 16 стекловолокон. Как правило, количество полимерных пленкообразующих материалов может составлять от около 1 до около 60 мас.% от массы композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ, предпочтительно от около 5 до около 50 мас.%, и более предпочтительно от около 10 до около 30 мас.%
В одном из вариантов осуществления изобретения термореактивные полимерные пленкообразующие материалы являются предпочтительными полимерными пленкообразующими материалами для использования в композиции для покрытия стекловолоконных прядей. Такие материалы совместимы с термореактивными материалами матрицы, используемыми в качестве ламинатов для печатных плат, такими как эпоксидные смолы FR-4, которые представляют собой многофункциональные эпоксидные смолы, а в одном из вариантов осуществления изобретения используются двухфункциональные бромированные эпоксидные смолы. См. публикацию Electronics Materials Handbook^ТМ, ASM International, 1989, на страницах 534-537, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Подходящие термореактивные материалы включают термореактивные сложные полиэфиры, эпоксидные материалы, виниловые сложные эфиры, фенопласты, аминопласты, термореактивные полиуретаны и их смеси. Подходящие термореактивные сложные эфиры включают сложные полиэфиры STYPOL, производимые фирмой Cook Composites and Polymers из Port Washington, Wisconsin, и сложные полиэфиры NEOXIL, производимые фирмой DSM B.V., из Como, Италия.

Не ограничивающим объем данного изобретения примером термореактивного полимерного материала является эпоксидный материал. Подходящие для данного изобретения эпоксидные материалы содержат в своей молекуле по меньшей мере одну эпоксидную или оксирановую группу, такие как полиглицидиловые эфиры многоатомных спиртов или тиолы. Примеры подходящих эпоксидных пленкообразующих полимеров включают эпоксидные смолы EPON 826 и EPON 880, производимые фирмой Shell Chemical Company, из Хаустона, Техас.

Подходящие для данного изобретения термопластические полимерные материалы включают виниловые полимеры, термопластические сложные полиэфиры, полиолефины, полиамиды (например, алифатические полиамиды или ароматические полиамиды, такие как арамид), термопластические полиуретаны, акриловые полимеры (такие как полиакриловая кислота) и их смеси.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения предпочтительным полимерным пленкообразующим материалом является виниловый полимер. Подходящие для настоящего изобретения виниловые полимеры включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, поливинилпирролидоны, такие как PVP К-15, PVP K-30, PVP K-60 и PVP K-90, все из которых выпускаются фирмой ISP Chemicals из Wayne, New Jersey. Другие подходящие виниловые полимеры включают эмульсии винилацетатных сополимеров Resin 2828 Resin и 1037, производимые фирмой National Starch and Chemical, из Bridgewater, New Jersey, другие поливинилацетаты, такие как производимые Фуллером (Н.В. Fuller) и фирмой Air Products and Chemicals Company, из Allentown, Pennsylvania, а также поливиниловые спирты, также производимые фирмой Air Products and Chemicals Company.

Термопластические сложные полиэфиры, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают DESMOPHEN 2000, и DESMOPHEN 2001KS, оба из которых поставляются Байером (Ваyеr), из Pittsburgh, Pennsylvania. Предпочтительные сложные полиэфиры включают сложнополиэфирный полимер RD-847A, производимый фирмой Borden Chemicals из Коломбо, Огайя, и полимер DYNAKOLL SI 100, производимый фирмой Eka Chemicals АВ, Швеция. Подходящие полиамиды включают продукты VERSAMID, производимые фирмой General Mills, Inc. Подходящие термопластические полиуретаны включают WITCOBOND W-290H, производимый фирмой Witco Chemical Corp., из Чикаго, Иллинойс, и полиуретановый латекс RUCOTHANE 2011L, производимый фирмой Ruco Polymer Corp., из Hicksville, New York.

Водная аппретирующая композиция по настоящему изобретению может включать смесь одного или более термореактивных полимерных материалов с одним или более термопластических полимерных материалов. В одном варианте осуществления настоящего изобретения, особенно подходящем для ламинатов для печатных плат, полимерные материалы водной аппретирующей композиции включают смесь сложно полиэфирного полимера RD-847A, поливинилпирролидона PVP К-30, сложного полиэфира DESMOPHEN 2000 и полиамида VERSAMID. В альтернативном варианте осуществления изобретения, пригодном для ламинатов для изготовления печатных плат, полимерные материалы водной аппретирующей композиции включают поливинилпирролидон PVP К-30, необязательно совместно с эпоксидной смолой EPON 826.

Полусинтетические полимерные материалы, подходящие для использования в качестве полимерных пленкообразователей, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, целлюлозные материалы, такие как гидроксипропилцеллюлоза, и модифицированные крахмалы, такие как KOLLOTEX 1250 (обладающий низкой вязкостью и низким содержанием амилозы картофельный крахмал, этерифицированный этиленоксидом), производимый фирмой AVEBE из Нидерландов.

Натуральные полимерные материалы, подходящие для использования в качестве полимерных пленкообразователей, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, крахмалы, полученные из картофеля, кукурузы, пшеницы, восковидной кукурузы, саго, риса, сорго, а также их смеси.

Следует иметь в виду, что в зависимости от природы крахмала, крахмал может выполнять функции как частицы 18, так и/или пленкообразователя. Более конкретно, некоторые крахмалы растворяются полностью в растворителе, в частности в воде, и выступают в роли пленкообразователя, а другие крахмалы не полностью растворяются, сохраняют зернистую структуру и выступают в роли частиц 18. Хотя крахмалы (как натуральные, так и полусинтетические), можно использовать в соответствии с настоящим изобретением, аппретирующая композиция по настоящему изобретению предпочтительно по существу не содержит крахмальных материалов. В настоящем описании выражение "по существу не содержит крахмальных материалов" обозначает, что композиция покрытия включает эти материалы в количестве менее чем 20 мас.% в расчете на общее содержание сухих веществ в композиции покрытия, предпочтительно менее 5 мас.% и более предпочтительно - не содержит крахмальных материалов. Композиции для первичного аппретирования, содержащие крахмалы, которые наносят на волоконные пряди, подлежащие включению в ламинаты для печатных плат, как правило, не совместимы с полимерами, и их следует удалять перед включением в полимерный материал матрицы. Как указывалось выше, композиции покрытий по настоящему изобретению предпочтительно совместимы с полимерами и не требуют удаления. Более предпочтительно, чтобы композиции покрытий по настоящему изобретению были совместимы с материалами матрицы, используемыми для изготовления печатных плат (описываемых ниже), и наиболее предпочтительно, чтобы они были совместимыми с эпоксидными смолами.

Полимерные пленкообразующие материалы могут быть водорастворимыми, эмульгируемыми, диспергируемыми и/или отверждаемыми. Как он используется в настоящем описании, термин "водорастворимый" обозначает, что полимерные материалы способны по существу однородно смешиваться и/или молекулярно или ионно диспергироваться в воде с образованием истинного раствора. См. публикацию Hawley's на странице 1075, включенную в настоящее описание в качестве ссылки. Термин "эмульгируемый" обозначает, что полимерные материалы способны к образованию по существу стабильной смеси или к суспендированию в воде в присутствии эмульгатора. См. публикацию Hawley's на странице 461, включенную в настоящее описание в качестве ссылки. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры эмульгаторов представлены ниже. Термин "диспергируемый" обозначает, что любой из компонентов полимерных материалов способен к распределению в воде в виде тонко измельченных частиц, например, такой материал, как латекс. См. публикацию Hawley's на странице 435, включенную в настоящее описание в качестве ссылки. Однородность дисперсии можно повысить путем добавления смачивающих, диспергирующих и эмульгирующих агентов (поверхностно-активных веществ), описываемых ниже. Термин "отверждаемый" обозначает, что полимерные материалы и другие компоненты аппретирующей композиции способны к превращению в пленку или к сшиванию друг с другом, что изменяет физические свойства полимерных материалов. См. публикацию Hawley's на странице 331, включенную в настоящее описание в качестве ссылки.

В дополнение к описанным выше полимерным пленкообразующим материалам или вместо них, композиция покрытия предпочтительно включает один или более аппретов для стекловолокна, таких как кремнийорганические аппреты, аппреты на основе переходных металлов, фосфонатные аппреты, алюминиевые аппреты, аминосодержащие аппреты Вернера и их смеси. Эти аппреты обычно выполняют две функции. Каждый атом металла или кремния присоединен к одной или более группам этих аппретов, которые могут либо реагировать с поверхностью волокна и/или компонентами полимерной матрицы, либо совмещаться с ними. Термин "совмещаться", как он используется в настоящем описании, обозначает, что группы химически притягиваются к поверхности волокна и/или к компонентам композиции покрытия, но не связываются с ними, например, под воздействием полярных сил, сил смачивания и сил сольватации. В одном из не ограничивающих объем данного изобретения вариантов осуществления каждый атом металла или кремния имеет присоединенные к нему одну или более гидролизуемых групп аппрета, что позволяет аппрету реагировать с поверхностью стекловолокон, а также к одной или более его функциональных групп, что позволяет аппрету реагировать с компонентами полимерной матрицы. Примеры гидролизуемых групп включают:

и моногидроксильный и/или С₂-С₃-циклический остаток 1,2- или 1,3-гликоля, где R¹ представляет собой C₁-С₃-алкил; R² представляет собой Н или С₁-С₄-алкил; R³ и R⁴ независимо выбирают из Н, С₁-С₄-алкила или С₆-С₈-арила; и R⁵ представляет собой С₄-С₇-алкилен. Примеры подходящих компатибилизирующих или функциональных групп включают эпоксильную, глицидоксильную группы, меркаптогруппу, цианогруппу, аллильную, алкильную группы, уретаногрупппу, галогеновую группу, изоцианатогруппу, уреидогруппу, имидазолинильную, винильную группы, акрилатогруппу, метакрилатогруппу, аминогруппу или полиаминогруппу.

Функциональные кремнийорганические аппреты предпочтительны для использования в настоящем изобретении. Примеры подходящих функциональных кремнийорганических аппретов включают гамма-аминопропилтриалкоксисиланы, гамма-изоцианатопропилтриэтоксисилан, винилтриалкоксисиланы, глицидоксипропилтриалкоксисиланы и уреидопропилтриалкоксисиланы. Предпочтительные функциональные кремнийорганические аппреты включают гамма-глицидоксипропилтриметоксисилан А-187, гамма-метакрилокси-пропилтриметоксисилан А-174, гамма-аминопропилтриэтоксисилан А-1100, аминосилан А-1108 и гамма-уреидопропилтриэтоксисилан А-1160 (каждый из которых выпускается фирмой Witco Corporation OSi Specialities, Inc., из Tarrytown, New York). Кремнийорганический аппрет может быть по меньшей мере частично гидролизованным водой перед нанесением его на волокна, предпочтительно в стехиометрическом соотношении около 1:1, или, по желанию, его можно наносить в негидролизованной форме. Значение рН воды можно изменить путем добавления кислоты или основания, чтобы инициировать или ускорить гидролиз аппрета, что хорошо известно специалистам в данной области техники.

Походящие аппреты на основе переходных металлов включают титановые, циркониевые, иттриевые и хромовые аппреты. Подходящие титанатовые и цирконатовые аппреты производит фирма Kenrich Petrochemical Company. Подходящие хромовые комплексы производит фирма E.I. duPont de Nemours, из Willington, Delaware. Аминосодержащие аппреты типа аппретов Вернера представляют собой комплексные соединения, в которых трехвалентный атом, такой как атом хрома, скоординирован с органической кислотой, имеющей функциональную аминогруппу. Для данного изобретения можно также использовать другие хелаты металлов и аппреты координационного типа, известные специалистам в данной области техники.

Количество аппрета может находиться в интервале от около 1 до около 30 мас. % в расчете на общую массу сухих веществ композиции покрытия, предпочтительно от около 1 до около 10 мас.%, и более предпочтительно - от около 2 до около 8 мас.
Композиция покрытия может включать также один или более пластификаторов или поверхностно-активных веществ, которые придают одинаковый заряд поверхности волокон, заставляя волокна отталкиваться друг от друга, что уменьшает трение между волокнами, т.е. эти вещества действуют как смазывающие материалы. Хотя это и не является обязательным, предпочтительно, чтобы пластификаторы химически отличались от других компонентов композиции покрытия. Такие пластификаторы включают катионные, неионные или анионные пластификаторы и их смеси, такие как аминные соли жирных кислот, производные алкилимидазолина, такие как CATION X, производимый фирмой Rhone Poulenc из Princeton, New Jersey, солюбилизированные кислотой амиды жирных кислот, конденсаты жирных кислот и полиэтиленимин, а также замещенные амидом полиэтиленимины, такие как EMERY 6717, частично амидированный полиэтиленимин, производимый фирмой Henkel Corporation из Kankakee, Illinois. Хотя композиция покрытия может включать до около 60 мас.% пластификаторов, предпочтительно, чтобы композиция покрытия включала менее чем около 20 мас.% пластификаторов и более предпочтительно - менее чем около 5 мас.% пластификаторов. Более подробную информацию о пластификаторах см. в публикации A.J. Hall, Textile Finishing, 2^nd Ed., 1957, на страницах 108-115, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

Композиция покрытия может включать также один или более смазочных материалов, которые химически отличаются от полимерных материалов и пластификаторов, описанных выше, и которые придают волокну желательные технологические характеристики во время ткания. Подходящие смазочные материалы можно выбрать из группы, состоящей из масел, восков, консистентных смазок и их смесей. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры восковых материалов, подходящих для использования в данном изобретении, включают водорастворимые эмульгируемые или диспергируемые восковые материалы, такие как растительные, животные, минеральные, синтетические или нефтяные воски, например парафин. Масла, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают как натуральные масла, так и полусинтетические и синтетические масла. Как правило, количество воска или другого смазочного материала может находиться в интервале от 0 до около 80 мас.% в расчете на общую массу сухих веществ аппретирующей композиции, предпочтительно от около 1 до около 50 мас.%, более предпочтительно - от около 20 до около 40 мас.% и наиболее предпочтительно - от около 25 до около 35 мас.%.

Предпочтительные смазочные материалы включают воски и
масла, имеющие полярные характеристики, и более предпочтительно, включают высококристаллические воски, обладающие полярными характеристиками и имеющие температуры плавления выше чем около 35^oС и выше, предпочтительно выше чем около 45^oС. Такие материалы считают улучшающими характеристики промокаемости и пропитываемости полярных полимеров, наносимых на волоконные пряди, покрытые аппретирующими композициями, содержащими такие полярные материалы, по сравнению с волоконными прядями, покрытыми аппретирующими композициями, содержащими воски и масла, которые не обладают полярными характеристиками. Предпочтительные смазочные материалы, обладающие полярными характетистиками, включают сложные эфиры, полученные в результате реакции (1) монокарбоновой кислоты и (2) одноатомного спирта. Не ограничивающие объем данного изобретения примеры таких сложных эфиров жирных кислот, подходящих для использования в настоящем изобретении, включают цетилпальмитат, который является предпочтительным (такой как KESSCO 653 или STEPANTEX 653, производимые фирмой Stepan Company из Maywood, New Jersey), цетилмиристат (также производимый фирмой Stepan Company, под названием STEPANLUBE 654), цетиллаурат, октадециллаурат, октадецилмиристат, октадецилпальмитат и октадецилстеарат. Другие смазочные материалы на основе сложных эфиров жирных кислот, подходящие для использования в настоящем изобретении, включают триметилолпропантрипеларгонат, натуральный спермацет и триглицеридные масла, такие как (не ограничиваясь нижеперечисленным) соевое масло, льняное масло, эпоксидированное соевое масло и эпоксидированное льняное масло.

Хотя это и не предпочтительно, композиция покрытия может включать один или более других смазочных материалов, таких как неполярные нефтяные парафины, вместо или в дополнение к смазочным материалам, описанным выше. Не ограничивающие объем настоящего изобретения неполярные нефтяные парафины включают микрокристаллический парафин MICHEM^R LUBE 296, микрокристаллический парафин POLYMEKON SPP-W и микрокристаллический парафин PETROLITE 75, производимые фирмой Michelman Inc., из Cincinnati, Ohio и фирмой Petrolite Corporation, из Tulsa, Oklahoma, соответственно.

Хотя это и не обязательно, но по желанию композиция покрытия может также включать реагирующий с полимером разбавитель, чтобы еще более улучшить смазывание покрытых волоконных прядей по настоящему изобретению и обеспечить хорошую пригодность к технологическим операциям во время ткания и вязания, путем уменьшения возможной распушки и количества поломанных нитей во время таких операций по изготовлению продукции, и в то же время сохранить совместимость с полимерами. Термин "реагирующий с полимером разбавитель", как он используется в настоящем описании, обозначает, что разбавитель включает функциональные группы, способные химически реагировать с тем же самым полимером, с которым совместима композиция покрытия. Разбавитель может представлять собой любой смазочный материал с одной или более функциональными группами, реагирующими с системой полимера, предпочтительно с функциональными группами, реагирующими с системой эпоксидной смолы, и более предпочтительно - с функциональными группами, реагирующими с системой эпоксидной смолы FR-4. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры смазочных материалов включают смазочные материалы с аминогруппами, спиртовыми группами, ангидридными группами, кислотными группами и эпоксидными группами. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером смазочного материала с аминогруппой является модифицированный полиэтиленамин, например, EMERY 6717, представляющий собой частично амидированный полиэтиленимин, производимый фирмой Henkel Corporation из Kankakee, Illinois. He ограничивающим объем настоящего изобретения примером смазочного материала со спиртовой группой является полиэтиленгликоль, например, CARBOWAX 300, представляющий собой полиэтиленгликоль, производимый фирмой Union Carbide из Danbury, Connecticut. He ограничивающим объем настоящего изобретения примером смазочного материала с кислотной группой являются жирные кислоты, например, стеариновая кислота и соли стеариновой кислоты. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры смазочных материалов с эпоксидной группой включают эпоксидированное соевое масло и эпоксидированное льняное масло, например, FLEXOL LOE, представляющее собой эпоксидированное льняное масло, и FLEXOL EPO, представляющее собой эпоксидированное соевое масло, оба производимые фирмой Union Carbide из Danbury, Connecticut, и эпоксидированную силиконовую эмульсию LE-9300, производимую фирмой Witco Corporation OSi Specialities, Inc., из Danbury, Connecticut. Хотя это не ограничивает объем настоящего изобретения, аппретирующая композиция может включать реагирующий с полимером разбавитель, описанный выше, в количестве, составляющем до около 15 мас.% в расчете на общую массу сухих веществ аппретирующей композиции.

Композиция покрытия может включать один или более эмульгаторов для эмульгирования или диспергирования компонентов аппретирующей композиции, таких как частицы 18 и/или смазочные материалы. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих эмульгаторов или поверхностно-активных веществ включают блоксополимеры полиоксиалкилена (такие как сополимер полиоксипропилена и полиоксиэтилена PLURONIC^ТМ F-108, производимый фирмой BASF Corporation, из Parsippany, New Jersey), этоксилированные алкилфенолы (такие как этоксилированный октилфеноксиэтанол IGEPAL СА-630, производимый фирмой GAF Corporation из Wayne, New Jersey), полиоксиэтиленоктилфенилгликолевые эфиры, этиленоксидные производные сложных эфиров сорбита (такие как TMAZ 81, производимый фирмой BASF Corporation, из Parsippany, New Jersey), полиоксиэтилированные растительные масла (такие как ALKAMULS EL-719, производимое фирмой Rhone-Poulenc), этоксилированные алкилфенолы (такие как MACOL ОР-10, также производимый фирмой BASF) и нонилфенольные поверхностно-активные вещества (такие как MACOL NP-6, также производимый фирмой BASF). Как правило, количество эмульгатора может составлять от около 1 до около 30 мас.% в расчете на общее количество сухих веществ композиции покрытия, предпочтительно от около 1 до около 15 мас.%.

Сшивающие материалы, такие как меламинформальдегид, и пластификаторы, такие как фталаты, триметиллитаты и адипаты, также можно включать в композицию покрытия. Количество сшивающего агента или пластификатора может составлять от около 1 до около 5 мас.% в расчете на общее количество сухих веществ композиции покрытия.

В композицию покрытия можно включать и другие добавки, такие как силиконы, фунгициды, бактерициды и пеногасители, как правило, в количестве менее чем около 5 мас.%. В композицию покрытия можно также включать органические и/или неорганические кислоты или основания, в количестве, достаточном для обеспечения показателя рН композиции покрытия, составляющего от около 2 до около 10. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером подходящей силиконовой эмульсии является эмульсия эпоксидированного силикона LE-9300, производимая фирмой Witco Corporation OSi Specialities, Inc., из Danbury, Connecticut. Примером походящего бактерицида является антимикробное соединение Biomet 66, производимое фирмой М & Т Chemicals из Rahway, New Jersey. Подходящими пеногасителями являются SAG-материалы, производимые фирмой OSi Specialities, Inc. , из Danbury, Connecticut, и MAZU DF-136, производимый фирмой BASF Company, из Parsippany, New Jersey. По желанию, для стабилизации покрытия в композицию покрытия можно добавить гидроксид аммония. В композицию покрытия включают предпочтительно воду, а более предпочтительно - деионизированную воду, в количестве, достаточном для облегчения равномерного нанесения композиции на пряди. Массовое процентное содержание сухих веществ в композиции покрытия, как правило, составляет от около 1 до около 20 мас.%.

Композиция покрытия предпочтительно по существу свободна от стеклянных материалов. Выражение "по существу свободна от стеклянных материалов", как оно используется здесь, обозначает, что аппретирующая композиция включает менее чем 20 об.% стеклянных материалов матрицы для получения стеклянных композитов, предпочтительно менее чем около 5 об.%, а более предпочтительно - не содержит стеклянных материалов. Примеры таких стеклянных материалов матрицы включают материал матрицы, представляющий собой черную стеклокерамику, или алюмосиликатные материалы матрицы, хорошо известные специалистам в данной области техники.

В одном из вариантов осуществления данного изобретения, предназначенном для изготовления ткани для многослойных печатных плат, стекловолокна прядей по настоящему изобретению имеют первичный слой высушенного остатка водной композиции для первичного аппретирования, включающей стиролакриловые полимерные синтетические пигменты ROPAQUE HP-1055 или ROPAQUE ОС-96, поливинилпирролидон PVP К-30, акрил-функциональные кремнийорганические аппреты А-174 и эпокси-функциональные кремнийорганические аппреты А-187, частично амидированный полиэтиленимин EMERY 6717, цетилпальмитат STEPANTEX 653, этиленоксидные производные сложных эфиров сорбита TMAZ 81, этоксилированный алкилфенол MACOL ОР-10 и пеногаситель MAZU DF-136.

В другом предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения, предназначенном для изготовления ткани для многослойных печатных плат, стекловолокна имеющих покрытие волоконных прядей по настоящему изобретению имеют нанесенный на них первичный слой высушенного остатка водной композиции для первичного аппретирования, включающей полые сферы из стиролакрилового сополимера ROPAQUE HL-1055 или ROPAQUE ОС-96, порошок нитрида бора PolarTherm 160 и/или дисперсию нитрида бора ORPAC BORON NITRIDE RELEASECOAT-CONC, поливинилпирролидон PVP K-30, акрил-функциональные кремнийорганические аппреты А-174 и эпокси-функциональные кремнийорганические аппреты А-187, частично амидированный полиэтиленимин EMERY 6717, цетилпальмитат STEPANTEX 653, этиленоксидные производные сложных эфиров сорбита TMAZ 81, этоксилированный алкилфенол MACOL ОР-10 и пеногаситель MAZU DF-136.

Хотя это и не является предпочтительным, в соответствии с настоящим изобретением можно изготовить также волоконные пряди, имеющие остаток композиции покрытия, подобной описанным выше, но не содержащей частиц 18. В частности, в соответствии с настоящим изобретением можно изготовить водные совместимые с полимерами аппретирующие композиции, включающие один или более пленкообразующих полимерных материалов, таких как поливинилпирролидон PVP K-30; один или более кремнийорганических аппретов, таких как акрил-функциональные кремнийорганические аппреты А-174 и эпокси-функциональные кремнийорганические аппреты А-187; и по меньшей мере около 25 мас.% в расчете на общую массу сухих веществ аппретирующей композиции смазочных материалов, имеющих полярные характеристики, таких как цетилпальмитат STEPANTEX 653. Специалистам в данной области техники понятно также, что из волоконных прядей, имеющих остаток водной совместимой с полимерами аппретирующей композиции, по существу свободной от частиц 18, можно соткать ткань, а из нее изготовить основу для электронных плат и электронные платы (как описывается ниже) в соответствии с настоящим изобретением.

Композиции покрытий по настоящему изобретению можно получить с помощью подходящих способов, таких как обычное смешивание, хорошо известных специалистам в данной области техники. Предпочтительно описанные выше компоненты разбавляют водой, чтобы иметь желаемое содержание сухих веществ (в мас.%), и смешивают. Частицы 18 можно предварительно смешать с водой, эмульгировать или иным образом добавить к одному или более компонентам композиции покрытия, перед смешиванием с остальными компонентами покрытия.

Аппретирующие композиции по настоящему изобретению можно наносить многими способами, например путем осуществления контакта нитей с валиковым или ленточным аппликатором, путем распыления или другими способами. Аппретированные волокна предпочтительно сушат при комнатной температуре или при повышенных температурах. Сушка удаляет из волокон излишнюю влагу, и если они есть, отверждает любые отверждаемые компоненты аппретирующей композиции. Температура и время сушки стекловолокон зависит от таких переменных, как процентное содержание сухих веществ в аппретирующей композиции и тип стекловолокна.

Количество композиции покрытия, присутствующей в виде сухого остатка на пряди волокон, предпочтительно менее чем около 30 мас.%, более предпочтительно - менее, чем около 10 мас.%, наиболее предпочтительно - менее чем около 5 мас. %, что измеряется путем определения потери при прокаливании (LOI). В одном из вариантов осуществления изобретения LOI меньше чем 1 мас.%. Термин "потеря при прокаливании", как он используется здесь, обозначает процентное содержание (по массе) высушенной композиции покрытия, присутствующей на поверхности пряди волокон, определенное с помощью уравнения 1:
LOI=100[(W_сухой-W_{без покрытия})W_суxой],
в котором W_сухой обозначает вес пряди волокон плюс остатка композиции покрытия после сушки в печи при температуре около 104^oС в течение около 60 минут, а W_{без покрытия} обозначает вес непокрытой пряди волокон после удаления остатка композиции покрытия путем нагревания пряди волокон в печи при температуре около 621^oС в течение около 20 минут.

После нанесения первичного аппрета волокна собирают в пряди, имеющие от 2 до около 15000 волокон на прядь, а предпочтительно - от около 100 до около 1600 волокон на прядь.

Вторичный слой композиции для вторичного аппретирования композиции или композиции вторичного покрытия можно наносить на первичный слой в количестве, эффективном для покрытия или пропитки части прядей, например, путем погружения имеющую покрытие прядь в ванну, содержащую композицию вторичного покрытия, либо путем напыления композиции вторичного покрытия на имеющую покрытие прядь, или путем осуществления контакта имеющей покрытие пряди с аппликатором, как описано выше. Имеющую покрытие прядь можно пропустить через пресс, чтобы удалить избыточное количество композиции покрытия с пряди и/или высушить, как описано выше, в течение времени, достаточного для того, чтобы произошло по меньшей мере частичное высыхание или отверждение композиции вторичного покрытия. Способ и устройство для нанесения композиции вторичного покрытия на прядь частично определяются конфигурацией материала пряди. Прядь предпочтительно сушат после нанесения композиции вторичного покрытия способом, хорошо известным специалистам в данной области техники.

Подходящие композиции вторичного покрытия могут включать один или более пленкообразующих материалов, смазочных материалов и других добавок, таких как описанные выше. Вторичное покрытие предпочтительно отличается от композиции для первичного аппретирования, т.е. оно (1) содержит по меньшей мере один компонент, химически отличающийся от компонентов этой аппретирующей композиции; или (2) содержит по меньшей мере один компонент в количестве, отличающемся от количества такого же компонента в указанной аппретирующей композиции. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих композиций вторичного покрытия, включающих полиуретан, описаны в патентах США 4762750 и 4762751, которые включены в настоящее описание в качестве ссылки.

На фиг.2, где представлен альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, стекловолокна 212, имеющие покрытие пряди 210 волокон, могут иметь нанесенный на них первичный слой 214 высушенного остатка композиции для первичного аппретирования, которая может включать любые из аппретирующих компонентов в количествах, указанных выше. Примеры подходящих аппретирующих компонентов представлены в публикации Loewenstein, 3d Ed., 1993, на страницах 237-291 и в патентах США 4390647 и 4795678, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок. Вторичный слой 215 композиции вторичного покрытия наносят по меньшей мере на часть внешней поверхности, а предпочтительно на всю внешнюю поверхность первичного слоя 214. Композиция вторичного покрытия включает один или более типов дискретных частиц 216, таких как подробно описанные выше. Количество частиц в композиции вторичного покрытия может составлять от около 1 до около 99 мас.% в расчете на общую массу сухих веществ, и предпочтительно от около 20 до около 90 мас.%. Содержание сухих веществ в водной композиции вторичного покрытия, как правило, составляет от около 5 до около 50 мас.%.

В альтернативном варианте осуществления изобретения частицы композиции вторичного покрытия включают гидрофильные неорганические твердые частицы, которые поглощают и удерживают воду в пустотах гидрофильных частиц. Гидрофильные неорганические твердые частицы могут поглощать воду или набухать, когда они соприкасаются с водой или участвуют в химической реакции с водой, образуя, например, вязкий гелеобразный раствор, блокирующий или ингибирующий дальнейшее поступление воды в пустоты телекоммуникационного кабеля, покрытого стекловолоконными прядями, использованными для армирования. Слово "поглощают", как оно используется здесь, обозначает, что вода проникает во внутреннюю структуру или в пустоты гидрофильного материала и по существу удерживается в них. См. словарь Hawley's Condensed Chemical Dictionary, на странице 3, включенный в настоящее описание в качестве ссылки. "Набухают" обозначает, что гидрофильные частицы увеличиваются в размере или в объеме. См. словарь Webster's New Collegiate Dictionary, 1977, на странице 1178, включенный в настоящее описание в качестве ссылки. Предпочтительно, чтобы гидрофильные частицы набухали после контакта с водой по меньшей мере в полтора раза по отношению к своему первоначальному сухому весу, а более предпочтительно - примерно в 2-6 раз по сравнению с первоначальным весом. Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры гидрофильных неорганических частиц твердых смазочных материалов, способных к набуханию, включают смектиты, такие как вермикулит и монтмориллонит, абсорбирующие цеолиты и неорганические абсорбирующие гели. Предпочтительно, эти гидрофильные частицы наносят в виде порошка на липкий аппрет или другие липкие материалы вторичного покрытия. Количество гидрофильных неорганических частиц в этом варианте осуществления композиции вторичного покрытия может составлять от около 1 до около 99 мас.% в расчете на общую массу сухих веществ, и предпочтительно от около 20 до около 90 мас.%.

В альтернативном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 3, третичный слой 320 композиции третичного покрытия можно наносить по меньшей мере на часть поверхности, а предпочтительно на всю поверхность вторичного слоя 315, т.е. такая прядь 312 волокон будет иметь первичный слой 314 первичного аппрета, вторичный слой 315 композиции вторичного покрытия и третичный, внешний слой 320 третичного покрытия. Третичное покрытие предпочтительно отличается от композиции для первичного аппретирования и от композиции вторичного покрытия, т. е. композиция третичного покрытия (1) содержит по меньшей мере один компонент, химически отличающийся от компонентов композиции для первичного аппретирования и композиции вторичного покрытия; или (2) содержит по меньшей мере один компонент в количестве, отличающемся от количества такого же компонента в композиции для первичного аппретирования или в композиции вторичного покрытия.

В этом варианте осуществления изобретения композиция вторичного покрытия включает один или более описанных выше полимерных материалов, таких как полиуретан, а композиция третичного порошкового покрытия включает твердые частицы, такие как частицы нитрида бора PolarTherm, и полые частицы, такие как пигменты ROPAQUE, описанные выше. Предпочтительно, чтобы порошковое покрытие наносили путем пропускания пряди с нанесенной на нее композицией жидкого вторичного покрытия, через псевдоожиженный слой или распыляющее устройство, чтобы частицы порошка прилипли к липкой композиции вторичного покрытия. В качестве альтернативы, из прядей можно изготовить ткань 810, прежде чем наносить слой 812 третичного покрытия, как показано на фиг.8. Содержание порошковидных твердых частиц, прилипших к имеющей покрытие пряди 310 волокон, может составлять от около 0,1 до около 30 мас.% в расчете на общую массу высушенной пряди.

Третичное порошковое покрытие может также включать один или более полимерных материалов, описанных выше, таких как акриловые полимеры, эпоксидные материалы или полиолефины, обычные стабилизаторы и другие модификаторы, известные в области таких покрытий, предпочтительно в виде сухих порошков.

Пряди 10, 210, 310 волокон с покрытием, описанные выше, можно использовать в виде непрерывной пряди или подвергать их дальнейшей переработке в различные изделия, такие как рубленая прядь, крученая пряжа, ровница и/или ткани, такие как тканые материалы, нетканые материалы, вязаные и плетеные изделия (маты). Кроме того, имеющие покрытие пряди волокон, используемые в качестве нитей основы и утка ткани, могут быть некручеными (называемые также имеющими нулевое кручение) или же скрученными перед тканием, а ткань может включать различные комбинации как крученых, так и некрученых нитей утка и основы.

Хотя выше обсуждалось главным образом нанесение композиций покрытия по настоящему изобретению непосредственно на стекловолокна после получения волокон, с последующим включением этих волокон в ткань, но специалистам в данной области техники понятно, что настоящее изобретение включает также вариант осуществления, в котором композицию покрытия по настоящему изобретению наносят на ткань после ее изготовления, с помощью различных способов, известных в данной области техники. В зависимости от технологии изготовления ткани, композицию покрытия по настоящему изобретению можно наносить непосредственно на стекловолокна в ткани или на другое покрытие, уже имеющееся на стекловолокнах и/или на ткани. Например, стекловолокна можно покрыть обычным крахмально-масляным аппретом после получения волокон, а затем соткать из них ткань. Затем ткань обрабатывают, чтобы удалить крахмально-масляный аппрет перед нанесением композиции покрытия по настоящему изобретению. Такое удаление аппрета можно осуществлять с помощью способов, хорошо известных специалистам в данной области техники, таких как термообработка или промывка ткани. В этом случае, композицию покрытия наносят непосредственно на поверхность волокон ткани. Если хотя бы часть аппретирующей композиции, первоначально нанесенной на стекловолокна после их получения, не удалена, то в этом случае композицию покрытия по настоящему изобретению наносят на оставшуюся часть аппретирующей композиции, а не непосредственно на поверхность волокон.

В другом варианте осуществления изобретения выбранные компоненты композиции покрытия по настоящему изобретению можно нанести на стекловолокна сразу после их получения, а остальные компоненты композиции покрытия можно нанести на ткань после ее изготовления. Подобно тому, как это описано выше, некоторые выбранные компоненты или все выбранные компоненты можно удалить со стекловолокон перед покрытием этих волокон и ткани остальными компонентами. В результате эти остальные компоненты либо непосредственно покрывают поверхность волокон ткани, либо они покрывают те выбранные компоненты, которые не были удалены с поверхности волокон.

Имеющие покрытие пряди 10, 210, 310 волокон и полученные из них изделия можно использовать в большом числе разнообразных применений, но предпочтительно их используют в качестве усиливающих элементов 410 для армирования полимерных материалов матриц 412 для получения композита 414, такого как показанный на фиг.4, что будет подробно описано ниже. Такие применения включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, ламинаты для печатных плат, армирующие материалы для телекоммуникационных кабелей и различные другие композиты.

Одно из преимуществ прядей с покрытием по настоящему изобретению состоит в том, что они совместимы с типичными полимерами, используемыми в качестве материалов полимерных матриц, применяющихся для изготовления основ для электронных плат и печатных плат, и пригодны для ткания на пневматических ткацких станках, обычно используемых для изготовления армированных тканей для таких применений. Обычные аппретирующие композиции, наносимые на волокна, подлежащие тканию на пневматических ткацких станках, включают компоненты (такие как крахмалы и масла), которые, как правило, не совместимы с системами таких полимеров. Установлено, что связанные с пригодностью к тканию технологические характеристики прядей стекловолокон, покрытых остатком композиции для первичного аппретирования, включающей частицы 18 по настоящему изобретению, примерно одинаковы с аналогичными характеристиками прядей волокон, покрытых обычными основанными на крахмале/масле аппретирующими композициями, и совместимы с эпоксидными смолами FR-4. Хотя авторы не связывают это с какой-либо определенной теорией, они высказывают гипотезу, что частицы 18 по настоящему изобретению действуют таким же образом, как и крахмальный компонент обычных основанных на крахмале/масле аппретирующих композиций во время обработки волокон и ткания на пневматических станках, обеспечивая разделение волокон и аэродинамическое сопротивление, необходимые для операций ткания на пневматических станках, и в то же время обеспечивая совместимость с системой эпоксидных смол, что не типично для обычных основанных на крахмале/масле аппретирующих композиций. Более конкретно, частицы 18 придают покрытию свойства сухого порошка, подобные свойствам сухих смазочных материалов крахмального покрытия.

Другое преимущество прядей с покрытием по настоящему изобретению состоит в том, что частицы обеспечивают создание пустот между волокнами пряди, которые улучшают прохождение между ними материала матрицы, в результате чего ускоряется и/или делается более однородной промокаемость и проницаемость волокон пряди. Выяснилось, что количество частиц может превышать 20 мас.% в расчете на общее содержание сухих веществ в композиции покрытия, нанесенной на волокна, и при этом все еще сохраняется их способность хорошо прилипать к волокнам, придавая прядям необходимые качества, связанные с удобством их применения, по меньшей мере сравнимые с качествами прядей без покрытия, включающего частицы.

В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.5, пряди 510 волокон с покрытием в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в качестве нитей 514, 516 основы и/или утка в армировании вязаного или тканого полотна 512, предпочтительно для получения ламината для печатных плат (показанного на фиг. 6-8). Хотя это и не является обязательным, нити 514 основы можно скрутить перед использованием любым способом, известным специалистам в данной области техники, например, с помощью крутильной машины, чтобы придать нити примерно от 0,5 до 3 витков на дюйм (около 0,2-1,2 витков/см). Армированая ткань 512 может включать от около 5 до около 100 нитей 514 основы на сантиметр, предпочтительно имеет от около 6 до около 50 нитей утка на сантиметр. Структура тканого материала может представлять собой обычное простое тканое полотно или сетку (как показано на фиг.5), хотя можно использовать и любые другие структуры ткани (виды ткания), хорошо известные специалистам в данной отрасли техники, такие как саржевое переплетение или атласное переплетение.

Подходящий армированный тканый материал 512 можно получить с помощью любых обычных ткацких станков, хорошо известных специалистам в данной области техники, таких как челночный ткацкий станок, пневматический ткацкий станок или рапирный ткацкий станок, но предпочтительно его получают с помощью пневматического ткацкого станка (описанного выше). Предпочтительны пневматические ткацкие станки, производимые фирмой Tsudakoma из Японии, в виде моделей 103, 1031, 1033 или ZAX; Sulzer Ruti, модели L-5000, L-5100 или L-5200, производимые фирмой Sulzer Brothers LTD, из Цюриха, Швейцария; и Toyoda, модель JAT610.

Ткань по настоящему изобретению предпочтительно изготавливают в виде структуры, которая пригодна для ламината, используемого для основы электронных плат или печатных плат, такой как описанная в публикации "Fabrics Around the World", представляющей собой технический бюллетень фирмы Clark-Schwebel, Inc. , из Андерсона, Южная Каролина (1995), которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Например, не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити Е225 из Е-стекла, является структура (тип) 2116, в которой ткань имеет 118 нитей основы и 114 нитей утка на 5 см; используются нити основы и утка 7 22 10 (Е225 1/0); ткань имеет номинальную толщину около 0,094 мм; и вес ткани (или базисный вес) составляет около 103,8 грамма на квадратный метр. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити G75 из Е-стекла, является структура (тип) 7628, в которой ткань имеет 87 нитей основы и 61 нить утка на 5 см; используются нити основы и утка 9 68 10 (G75 1/0); ткань имеет номинальную толщину около 0,173 мм; и вес ткани составляет около 203,4 грамма на квадратный метр. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити D450 из Е-стекла, является структура (тип) 1080, в которой ткань имеет 118 нитей основы и 93 нити утка на 5 см; используются нити основы и утка 9 11 10 (D450 1/0); ткань имеет номинальную толщину около 0,053 мм; и вес ткани составляет около 46,8 грамма на квадратный метр. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити D900 из Е-стекла, является структура (тип) 106, в которой ткань имеет 110 нитей основы и 110 нитей утка на 5 см; используются нити основы и утка 5 5,5 10 (D900 1/0); ткань имеет номинальную толщину около 0,033 мм; и вес ткани составляет около 24,4 грамма на квадратный метр. Еще одним не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити D900 из Е-стекла, является структура (тип) 108, в которой ткань имеет 118 нитей основы и 93 нити утка на 5 см; используются нити основы и утка 5 5,5 12 (D900 1/2); ткань имеет номинальную толщину около 0,061 мм; и вес ткани составляет около 47,5 граммов на квадратный метр. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити Е225 и D450 из Е-стекла, является структура (тип) 2113, в которой ткань имеет 118 нитей основы и 110 нитей утка на 5 см; используются нити основы 7 220 (Е225 1/0) и нити утка 5 11 10 (D450 1/0); ткань имеет номинальную толщину около 0,079 мм; и вес ткани составляет около 78,0 граммов на квадратный метр. Не ограничивающим объем настоящего изобретения примером структуры ткани, в которой используют стекловолоконные нити G50 и G75 из Е-стекла, является структура (тип) 7535, в которой ткань имеет 87 нитей основы и 57 нитей утка на 5 см; используются нити основы 9 680 (G75 1/0) и нити утка 9 99 10 (G50 1/0); ткань имеет номинальную толщину около 0,201 мм; и вес ткани составляет около 232,3 грамма на квадратный метр. Эти и другие подходящие структуры ткани (типы) приведены в спецификации IPC-EG-140 "Specification for Finished Fabric Woven from 'E' Glass for Printed Boards", a publication of The Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, June 1997, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. Хотя в вышеописанных структурах тканей используют крученые нити, подразумевается, что эти и другие структуры тканей, в которых используются нити с нулевым кручением или ровница, вместе с кручеными нитями или вместо них, можно изготовить в соответствии с настоящим изобретением. Подразумевается также, что некоторые или все нити основы в ткани могут иметь волокна, покрытые первой совместимой с полимерами аппретирующей композицией, а некоторые или все нити утка в ткани могут иметь волокна, покрытые вторым совместимым с полимерами покрытием, отличающимся от первой композиции, т.е. вторая композиция (1) содержит по меньшей мере один компонент, химически отличающийся от компонентов первой аппретирующей композиции; или (2) содержит по меньшей мере один компонент в количестве, отличающемся от количества такого же компонента, содержащегося в первой аппретирующей композиции.

Следует иметь в виду, что ламинаты могут также представлять собой однонаправленные ламинаты, в которых большинство волокон, нитей или прядей в каждом слое ориентированы в одном и том же направлении.

На фиг. 6 показано, что ткань 612 можно использовать для получения композита или ламината 614 путем покрытия и/или пропитки ее полимерным пленкообразующим термопластическим или термореактивным материалом 616 матрицы. Композит или ламинат 614 пригоден для использования в качестве основы для электронных плат. Термин "основа для электронных плат", как он используется в настоящем описании, обозначает структуру, которая механически поддерживает и/или электрически соединяет между собой элементы, включая, но не ограничиваясь нижеперечисленным, активные электронные компоненты, пассивные электронные компоненты, печатные платы, интегральные схемы, полупроводниковые устройства и другие элементы аппаратных средств, связанные с вышеперечисленными элементами, включая, но не ограничиваясь нижеперечисленным, соединители, розетки, зажимы и теплоотводы.

Материалы матрицы, пригодные для использования в настоящем изобретении, включают термореактивные материалы, такие как термореактивные сложные полиэфиры, виниловые сложные полиэфиры, эпоксиды (содержащие в своей молекуле по меньшей мере одну эпоксильную или оксирановую группу, такие как полиглицидиловые эфиры многоатомных спиртов или тиолы), фенопласты, аминопласты, термореактивные полиуретаны, их производные и их смеси. Предпочтительными материалами матрицы для получения ламинатов для печатных плат являются эпоксидные смолы FR-4, полиимиды и жидкие кристаллические полимеры, композиции которых хорошо известны специалистам в данной области техники. Если требуется более подробная информация о таких композициях, см. Electronic Materials Handbook^ТМ ASM International, 1989, на страницах 534-537.

Не ограничивающие объем настоящего изобретения примеры подходящих термостатических материалов матрицы включают полиолефины, полиамиды, термопластические полиуретаны и термопластические сложные полиэфиры, виниловые полимеры и их смеси. Другие примеры подходящих термопластических материалов включают полиимиды, полиэфирсульфоны, полифенилсульфоны, полиэфиркетоны, полифениленоксиды, полифениленсульфиды, полиацетали, поливинилхлориды и поликарбонаты.

Другие компоненты, которые можно включать в композит, наряду с полимерными материалами матрицы и армирующим материалом, включают красители или пигменты, смазочные материалы или технологические добавки, стабилизаторы ультрафиолетового излучения, антиоксиданты и различные наполнители.

Ткань 612 можно покрыть или пропитать путем погружения ткани 612 в ванну с материалом 616 полимерной матрицы, например, так, как описано в публикации R. Tummala (Ed. ), Microelectronics Packaging Handbook, 1989, на страницах 895-896, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. В большинстве случаев армирующие материалы в виде рубленых или непрерывных прядей волокон можно диспергировать в материале матрицы вручную или с помощью любых подходящих автоматических питающих или смесительных устройств, которые достаточно равномерно распределяют армирующий материал по всему полимерному материалу матрицы. Например, армирующий материал можно диспергировать в полимерном материале матрицы посредством сухого смешивания всех компонентов одновременно или последовательно.

Из материала 616 полимерной матрицы и прядей можно получить композит или ламинат 614 с помощью различных способов, выбор которых зависит от таких факторов, как тип используемого полимерного материала матрицы. Например, в случае термореактивного материала матрицы, композит можно получить путем прессования или литьевого формования, способом получения одноосноориентированного ламината, путем намотки нитей, укладки слоев вручную, укладки слоев с пропиткой распылением, либо путем листового формования или объемного формования с последующим прессованием или литьевым формованием. Термореактивные полимерные материалы матрицы можно отвердить путем включения в материал матрицы сшивающих агентов и/или, например, путем тепловой обработки. Подходящие сшивающие агенты, пригодные для сшивания полимерных материалов матрицы, описаны выше. Температура и время отверждения термореактивного полимерного материала матрицы зависят от таких факторов, как тип используемого полимерного материала матрицы, наличие других добавок в системе матрицы, толщина композита и др.

Что касается термопластических материалов матрицы, то подходящие способы получения композитов включают прямое формование или экструзионное смешивание, с последующим литьевым формованием. Способы и устройства для получения композитов вышеуказанными способами описаны в публикации I. Rubin, Handbook of Plastic Materials and Technology, 1990, на страницах 955-1062, 1179-1215 и 1225-1271, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки.

В конкретном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.7, композит или ламинат 710 включает ткань 712, пропитанную совместимым материалом 714 матрицы. Затем пропитанную ткань можно отжать, пропустив между дозирующими валиками, чтобы на ней осталось отмеренное количество материала матрицы, после чего высушить, получив основу для электронных плат в виде полуотвержденного субстрата или препрега (полуфабриката ламината). Электропроводный слой 720 можно расположить вдоль части стороны 722 препрега, как это описывается ниже в настоящем описании, после чего препрег отверждают, получив основу для электронных плат 718 с электропроводным слоем. В другом варианте осуществления настоящего изобретения, а наиболее типично, в области основ для электронных плат, два или более препрегов объединяют с одним или более электропроводных слоев, ламинируют вместе и отверждают способом, хорошо известным специалистам в данной области техники, получив в результате многослойную основу для электронных плат. В качестве примера, но не ограничиваясь нижеперечисленным, уложенные друг на друга препреги можно ламинировать путем прессования стопки препрегов, например, между полированными стальными пластинами, при повышенных температурах и повышенном давлении, в течение заданного количества времени, чтобы отвердить полимерную матрицу и получить ламинат желаемой толщины. Часть одного или более препрегов может быть снабжена электропроводным слоем, либо до, либо после ламинирования и отверждения, так, чтобы полученная основа для электронных плат представляла собой ламинат, имеющий по меньшей мере один электропроводный слой вдоль части открытой поверхности (ниже здесь называемый "фольгированным ламинатом").

Затем из электропроводного(ых) слоя(ев) однослойной или многослойной основы для электронных плат с помощью хорошо известных специалистам в данной области техники способов можно изготовить схемы, с последующим получением основ для печатной платы или печатного шлейфа (ниже здесь называемых "электронными платами"). По желанию, в основах для электронных плат можно сделать отверстия (называемые также "сквозными отверстиями") для обеспечения электрического соединения между схемами и/или компонентами на противоположных сторонах основы для электронных плат, любым удобным способом, известным в данной области техники, включая, но не ограничиваясь нижеперечисленным, механическое сверление и лазерное сверление. Более конкретно, после изготовления отверстий, на стенки этих отверстий наносят слой электропроводного материала, либо отверстие заполняют электропроводным материалом, чтобы обеспечить необходимое электрическое соединение и/или теплоотдачу.

Электропроводный слой 720 можно получить любым способом, хорошо известным специалистам в данной области техники. В качестве примера, но не ограничивая нижеперечисленным объем настоящего изобретения, электропроводный слой можно получить путем ламинирования тонкого листа металла или металлической фольги по крайней мере на часть стороны полуотвержденного или отвержденного препрега или ламината. В качестве альтернативы, электропроводный слой можно получить путем нанесения слоя металлического материала по меньшей мере на часть
стороны полуотвержденного или отвержденного препрега или ламината с помощью хорошо известных способов, включая, но не ограничиваясь нижеперечисленным, нанесение электролитического покрытия, нанесение покрытия методом химического восстановления или напыление. Металлические материалы, пригодные для использования в качестве электропроводного слоя, включают, не ограничиваясь нижеперечисленным, медь (которая является предпочтительной), серебро, алюминий, золото, олово, сплавы олова и свинца, палладий и их комбинации.

В другом варианте осуществления настоящего изобретения основа для электронных плат может быть изготовлена в форме многослойной электронной платы, сконструированной путем совместного ламинирования одной или нескольких электронных плат (описанных выше) и одного или более фольгированных ламинатов (описанных выше), и/или одного или более препрегов (описанных выше). По желанию, в основу для электронных плат можно включить дополнительные электропроводные слои, например, вдоль части открытой стороны многослойной электронной платы. Кроме того, если это необходимо, из электропроводных слоев можно сформировать дополнительные схемы, описанным выше способом. Следует иметь в виду, что в зависимости от относительного расположения слоев многослойной электронной платы, плата может иметь как внутренние, так и внешние схемы. Дополнительные отверстия сверлят, как описано выше, частично через плату или полностью через плату, чтобы обеспечить электрическое соединение между слоями в выбранных местах. Следует иметь в виду, что полученная структура может иметь несколько отверстий, проходящих через всю структуру, несколько отверстий, проходящих частично через структуру, и несколько отверстий, которые полностью находятся внутри структуры.

Настоящее изобретение касается также изготовления многослойных материалов и электронных плат, которые включают по меньшей мере один слой композита, изготовленный в соответствии с описанными здесь способами, и по меньшей мере один слой композита, изготовленный способом, отличающимся от описанного в данной заявке способа изготовления композита, например, с помощью обычной технологии получения стекловолоконных композитов. Более конкретно, как это хорошо известно специалистам в данной области техники, традиционно нити в непрерывных стекловолоконных прядях, используемых для ткания, обрабатывают крахмально-масляным аппретом, включающим частично или полностью декстринизированный крахмал или амилозу, гидрогенированное растительное масло, катионный смачиватель, эмульгатор и воду, включая, но не ограничиваясь ими, компоненты, перечисленные в публикации Loewenstein, 3d Ed., 1993, на страницах 237-244, включенной в настоящее описание в качестве ссылки. Из этих прядей получают нити основы, а затем, перед тканием, обрабатывают их раствором, для защиты прядей от абразивного износа в процессе ткания, например, раствором поливинилового спирта, как описано в патенте США 4530876, с графы 3, строка 67, по графу 4, строка 11, который включен в настоящее описание в качестве ссылки. Эту операцию обычно называют "штриховкой". Поливиниловый спирт, так же, как и крахмально-масляный аппрет, как правило, не совместим с полимерным материалом матрицы, используемым производителями композитов, и ткань необходимо очистить, чтобы удалить по существу весь органический материал с поверхности стекловолокон перед пропиткой тканого материала. Это можно осуществить с помощью различных способов, например, путем промывки ткани или, что более распространено, путем тепловой обработки ткани способом, хорошо известным специалистам в данной области техники. В результате операций по очистке не остается необходимого сопряжения между полимерным материалом матрицы, используемым для пропитки ткани, и очищенной поверхностью стекловолокон, поэтому на поверхность стекловолокон необходимо нанести аппретирующий состав (аппрет). Эту операцию специалисты в данной области техники иногда называют отделкой. Аппретами, наиболее часто используемыми в операциях отделки, являются силаны, включая, но не ограничиваясь перечисленными в публикации Е. Р. Plueddemann, Silane Coupling Agents, 1982, на страницах 146-147, которая включена в настоящее описание в качестве ссылки. См. также Loewenstein, 3d Ed. , 1993, на страницах 249-256. После обработки силаном ткань пропитывают совместимым полимерным материалом матрицы, отжимают между дозирующими валиками и сушат, получив полуотвержденный препрег, описанный выше. Следует иметь в виду, что в зависимости от вида аппретирующего состава, операции по очистке и/или от используемого в композите полимерного материала матрицы, стадии штриховки и/или отделки можно исключить. Один или более препрегов, включающих стекловолоконные композиты, изготовленные по обычной технологии, можно затем объединить с одним или более препрегов, изготовленных в соответствии с настоящим изобретением, получив в результате описанную выше основу для электронных плат, и в частности, многослойный материал или электронную плату. Более подробную информацию, касающуюся изготовления электронных плат, см. в публикациях Electronic Materials Handbook^ТМ, ASM International, 1989, на страницах 113-115, R. Tummala (Ed.), Microelectronics Packaging Handbook, 1989, на страницах 858-861 и 895-909, M.W. Jawitz, Printed Circuit Board Handbook, 1997, на страницах 9.1-9.42, и С.F. Coombs, Jr. (Ed.), Printed Circuits Handbook, 3d Ed., 1988, страницы 6.1-6.7, которые включены в настоящее описание в качестве ссылок.

Композиты и ламинаты, используемые для получения основ для электронных плат по настоящему изобретению, можно использовать также для получения конструктивных модулей, используемых в электронной промышленности, а конкретнее, конструктивных модулей первого, второго и/или третьего уровней, таких как описанные в публикации R. Tummala, на страницах 25-43, включенной в настоящее описание в качестве ссылки. Кроме того, настоящее изобретение также можно применять и для конструктивных модулей других уровней.

Настоящее изобретение включает также способ армирования полимерного материала матрицы для получения композита. Способ включает: (1) нанесение на армирующий материал из стекловолоконных прядей вышеописанной композиции для первичного аппретирования, композиции вторичного покрытия или третичного покрытия, включающих частицы, обеспечивающие создание пустот между соседними стекловолокнами пряди, (2) сушки покрытия для получения по существу однородного покрытия на армирующем материале; (3) объединение армирующего материала с полимерным материалом матрицы; и (4) по меньшей мере частичное отверждение полимерного материала матрицы, с получением армированного полимерного композита способом, подробно описанным выше. Хотя это и не ограничивает объем настоящего изобретения, армирующий материал можно объединять с полимерным материалом матрицы, например, путем диспергирования его в материале матрицы.

Настоящее изобретение включает также способ ингибирования слипания между соседними стекловолокнами стекловолоконной пряди, включающий стадии: (1) нанесения на стекловолоконную прядь вышеописанной композиции для первичного аппретирования, композиции вторичного покрытия или третичного покрытия, включающих частицы, обеспечивающие создание пустот между соседними стекловолокнами пряди; (2) сушки покрытия для получения по существу однородного покрытия на стекловолокнах стекловолоконной пряди, в результате чего слипание между соседними стекловолокнами пряди ингибируется.

Настоящее изобретение далее иллюстрируется нижеследующими конкретными примерами, не ограничивающими объем данного изобретения.

Пример 1
Компоненты в количествах, показанных в таблице 1, смешивали для получения водных композиций для первичного аппретирования А, В и С в соответствии с настоящим изобретением. Каждую из водных композиций для первичного аппретирования получали так, как описано выше. В каждую композицию включали менее 1 мас.% уксусной кислоты, в расчете на общую массу. Каждую из водных аппретирующих композиций таблицы 1 наносили на волокна, образующие стекловолоконные пряди G-75 из Е-стекла.

Каждую покрытую стекловолоконную прядь высушивали, скручивали в нити и одинаковым образом наматывали на бобины, с помощью обычного крутильного оборудования. У нитей, покрытых аппретирующими композициями, наблюдалось минимальное осыпание аппрета во время кручения.

Нити, покрытые каждой из аппретирующих композиций (А, В и С), использовали в качестве нитей утка при изготовлении ткани стиля 7628 с помощью пневматического ткацкого станка Sulzer Ruti модели 5200. В качестве нитей основы использовали крученые стекловолоконные пряди G-75 из Е-стекла, покрытые другой совместимой с полимерами аппретирующей композицией^{41 41}(В качестве нитей основы использовали стекловолоконную нить, производимую фирмой PPG Industries, Inc., под названием стекловолоконная нить G-75, покрытая аппретом 1383 компании PPG Industries, Inc.). Затем ткани предварительно пропитывали эпоксидной смолой FR-4, имеющей температуру стеклования около 140^oС (под названием смола 4000-2, производимая фирмой Neico International Corporation, из Anaheim, CA). Аппретирующие композиции не удаляли с тканей перед предварительной пропиткой. Ламинаты получали путем укладывания 8 слоев предварительно пропитанного материала между двумя слоями, содержащими по 1 унции меди (1 унция = 29,6 см³), и совместного их ламинирования при температуре около 179^oС, давлении около 2,1 МПа, в течение около 150 минут (общее время цикла). Толщина ламинатов без меди составляла от около 0,11 до около 0,13 см.

Полученные ламинаты (обозначенные буквами А, В и С, в соответствии с прядями волокон, из которых они были изготовлены) испытывали, как описано ниже в таблице 2. При проведении испытаний ламинат В испытывали в одно и то же время, что и ламинат, изготовленный из стекловолоконных нитей, покрытых аппретирующей композицией образца А (ниже здесь называемый ламинатом образца А1). Некоторое время спустя, ламинат С испытывали в одно и то же время, что и второй ламинат, изготовленный из стекловолоконных нитей, покрытых аппретирующей композицией образца С (ниже здесь называемый ламинатом образца А2)
Испытание на пайку на плаву проводили следующим образом: кусок фольгированного медью ламината размером 10,6 см на 10,6 см плавал на поверхности эвтектической ванны со свинцово-оловянным припоем при температуре около 288^oС до тех пор, пока не начиналось появление пузырей или расслоение. Записывали время (в секундах), прошедшее до появления первого пузыря или до начала расслоения.

Испытание на пайку погружением проводили следующим образом: образец ламината разрезали, с образца удаляли медь путем травления, сглаживали острые края образца посредством шлифовки и помещали образец в автоклав с температурой около 121^oС и давлении около 0,1 МПа примерно на 60 минут. По прошествии этого времени образец вынимали из автоклава, слегка обсушивали, погружали в эвтектическую ванну со свинцово-оловянным припоем при температуре около 288^oС и выдерживали до тех пор, пока не начиналось появление пузырей или расслоение. Записывали время (в секундах), прошедшее до появления первого пузыря или до начала расслоения.

Испытание на прочность на изгиб проводили в соответствии с указанным стандартом IPC.

Ламинаты А, В и С, изготовленные с использованием прядей волокон, покрытых аппретирующими композициями А, В и С, соответственно, имели свойства (показанные в таблице 2), приемлемые для использования их в качестве основы для изготовления печатных плат.

Пример 2
Компоненты в количествах, показанных в таблице 3, смешивали для получения водных аппретирующих композиций образцов D, Е и F в соответствии с настоящим изобретением. В каждую композицию включали менее 0,5 мас.% уксусной кислоты, в расчете на общую массу.

Каждую из водных аппретирующих композиций таблицы 3 использовали для покрытия стекловолокон, образующих стекловолоконные пряди G-75 из Е-стекла. Каждую покрытую стекловолоконную прядь сушили, скручивали в нить и одинаковым образом наматывали на бобину с помощью обычного крутильного оборудования.

Нить образца D оценивали путем сравнения нити, покрытой этим образцом, и нити, покрытой аппретирующей композицией, подобной образцу D, но без эпоксидированного льняного масла (ниже здесь называемой "сравнительный пример 1"). Это сравнение включало визуальный осмотр внешнего вида ткани стиля 7628, сотканной на пневматическом ткацком станке. При изготовлении этой ткани использовали образец D для нити утка, а в качестве нити основы использовали крученую нить G-75 из стекловолоконных прядей из Е-стекла, с волокнами, покрытыми другой совместимой с полимерами аппретирующей композицией^{57 57}(В качестве нитей основы использовали стекловолоконную нить, производимую фирмой PPG Industries, Inc. , под названием стекловолоконная нить G-75, покрытая аппретом 1383 компании PPG Industries, Inc.). Установлено, что ткань, сотканная из нити, покрытой образцом D, демонстрировала меньшую распушку на ткани, а также меньшее количество пуха, собиравшегося в точках контакта со станком, особенно у накопителя нитей, по сравнению с тканью, сотканной из нити, покрытой сравнительным образцом 1. Из нитей, включающих волокна, покрытые образцами Е и F, ткани изготовлены не были, из-за большого количества пуха, собиравшегося на станке уже в начале ткания. Авторы полагают, что это явилось результатом того, что величина LOI была ниже той, которая требуется для предотвращения излишней распушки. В настоящем изобретении принимается, что для вышеописанных аппретирующих композиций требуется величина LOI, составляющая по меньшей мере 0,40, чтобы уменьшить образование пуха во время ткания.

Пример 3
Нити образцов А, В и С и сравнительного образца 2^{58 58} (Нить представляла собой стекловолоконную нить, производимую фирмой PPG Industries, Inc., под названием стекловолоконная нить G-75, покрытая крахмально-масляным аппретом 695 компании PPG Industries, Inc.) (нить, покрытая крахмально-масляным аппретом) оценивали на некоторые физические свойства, такие как потеря при прокаливании (LOI), пригодность для пневматического ткацкого станка (аэродинамическое сопротивление) и сила трения. Результаты показаны в таблице 4.

Потери при прокаливании (мас.% сухих веществ аппретирующей композиции, деленный на общую массу стекла и высушенной аппретирующей композиции) для каждого образца представлены в таблице 4.

Каждую нить оценивали на усилие аэродинамического сопротивления, или растягивающее усилие, посредством подачи нити при контролируемой скорости, составляющей 274 метра в минуту, через устройство измерения натяжения с контрольной линией, с помощью которого нити придавали растягивающее усилие, а также с помощью воздушного сопла Ruti диаметром 2 мм, при давлении воздуха 138 кПа.

Испытуемые образцы и образец сравнительного примера 2 оценивали также на силу трения, путем приложения силы трения величиной около 20 граммов к образцу каждой нити, во время протягивания нитей со скоростью в 274 метра в минуту через пару обычных устройств для измерения трения, со смонтированной между ними стационарной хромовой стойкой диаметром около 5 см, предназначенной для смещения нити примерно на 5 см в сторону от прямолинейного пути между двумя устройствами измерения трения. Разница в силе трения (в граммах) представлена в нижеприведенной таблице 4. Испытание на силу трения имеет целью имитировать силы трения, которым нить подвергается во время операций ткания.

Во время испытания образцы В и 2 испытывали в то же самое время, что и первую часть нитей из стекловолоконных прядей, покрытых аппретирующей композицией образца А (ниже здесь называемую образцом A3), а образец С испытывали в то же самое время, что и вторую часть нитей из стекловолоконных прядей, покрытых аппретирующей композицией образца А (далее здесь называемую образцом А4). Образцы A3, А4 и В содержали около 2,8 мас.% сухих веществ. Образец С содержал около 3,1 мас.% сухих веществ. Сравнительный образец 2 содержал около 5,9 мас.% сухих веществ.

Из таблицы 4 можно видеть, что аппреты образцов А, В и С имеют аэродинамическое сопротивление, сравнимое с этим показателем сравнительного образца 2 (представляющего собой крахмально-масляный аппрет). Кроме того, более низкая сила трения образцов А, В и С указывает на то, что такие нити легче удалять из накопителя ткацкого станка во время ткания, по сравнению со сравнительным образцом 1.

Пример 4
Нити образцов А, В и С и сравнительного примера 2 оценивали на аэродинамическое сопротивление, таким же образом, как в вышеописанном примере 3, за тем исключением, что значения аэродинамического сопротивления определяли для намотанного на бобину образца при величинах давления, указанных в таблице 5. Каждую нить оценивали также на среднее количество обрывов на 1200 метров нити при скорости движения нити в 200 метров в минуту, с помощью детектора обрывов нити Shirley модели 84 041L, производимого фирмой SDL International Inc. из Англии (показано в таблице 5 как испытание 1). Значения количества обрывов нити даны для отрезков нити, взятых с полной бобины, с той же самой бобины, с которой отмотано 227 граммов нити и с той же самой бобины, с которой отмотано 4540 граммов нити. Затем каждую нить оценивали на количество обрывов при повышенном трении и повышенном абразивном истирании (показано в таблице 5 как испытание 2). В испытании 2 образец нити отматывали с катушки со скоростью 200 метров в минуту, змееобразно проводили через серию из 8 керамических штырьков на устройстве контроля за равномерностью натяжения (иногда называемом также гребенчатым нитенатяжителем) и проводили через детектор обрывов нити Shirley (описанный выше), чтобы определить количество порванных нитей. Расстояния между штырьками на нитенатяжителе варьировали, набирая различные значения настроек, чтобы создать различные уровни натяжения нити. В этом конкретном испытании использовали нитенатяжитель модели UTC-2003, производимый фирмой Steel Heddle Co. из Южной Каролины. Показатель обрывов нитей выражали в виде количества обрывов на метр нити.

Результаты этих испытаний для образцов А, В и С и сравнительного образца 2 представлены в нижеследующей таблице 5. Так же, как описано выше, в примере 3, образцы В и 2 испытывали в то же самое время, что и первую часть нитей из стекловолоконных прядей, покрытых аппретирующей композицией образца А (ниже здесь называемую образцом А5), а некоторое время спустя образец С испытывали в то же самое время, что и вторую часть нитей из стекловолоконных прядей, покрытых аппретирующей композицией образца А (далее здесь называемую образцом А6).

Как можно видеть из таблицы 5, образцы аппретов А, В и С имеют аэродинамическое сопротивление, сравнимое с показателями сравнительного образца 2 (крахмально-масляный аппрет).

Из предшествующего описания можно видеть, что настоящее изобретение обеспечивает получение стекловолоконных прядей, имеющих устойчивое к истиранию покрытие, придающее хорошую термостабильность, низкую корродируемость и низкую реактивность в присутствии высокой влажности, реактивных кислот и щелочей, а также совместимость с различными полимерными материалами матрицы. Эти пряди можно скручивать или рубить, делать из них ровницу, рубленый мат или мат из непрерывной нити, либо соткать или связать из них ткань для использования в целом ряде применений, таких как армирующие элементы для композитов, таких как композиты для печатных плат.

Специалистам в данной области техники ясно, что в вышеописанные варианты осуществления изобретения можно внести изменения, которые не будут выходить за рамки идеи этого изобретения. Поэтому понятно, что данное изобретение не ограничивается описанными здесь конкретными вариантами его осуществления, но охватывает модификации, не выходящие за пределы существа и объема настоящего изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Прядь волокон с покрытием, включающая по меньшей мере одно волокно, имеющее слой высушенного остатка совместимой с полимерами композиции покрытия по меньшей мере на части по меньшей мере одного волокна, причем совместимая с полимерами композиция покрытия включает: (a) 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; (c) по меньшей мере один полимерный пленкообразующий материал; (d) по меньшей мере один аппрет.

2. Прядь волокон по п. 1, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой неорганическое волокно, полученное из стеклянного материала, выбранного из группы, состоящей из E-стекла, D-стекла, S-стекла, Q-стекла, производных E-стекла и их комбинаций.

3. Прядь волокон по п. 1, в которой совместимая с полимерами композиция покрытия представляет собой совместимую с полимерами композицию для первичного аппретирования, совместимую с эпоксидной смолой.

4. Прядь волокон по п. 1, в которой частицы имеют значение твердости по Мосу, которое меньше, чем это значение по меньшей мере для одного волокна.

5. Прядь волокон по п. 4, в которой частицы имеют значение твердости по Мосу, составляющее меньше, чем около 6.

6. Прядь волокон по п. 1, в которой совместимая с полимерами композиция покрытия представляет собой композицию вторичного покрытия.

7. Прядь волокон по п. 1, в которой частицы имеют средний размер, составляющий от около 0,5 до около 2 мкм.

8. Прядь волокон по п. 1, в которой частицы составляют от около 20 до около 60 мас. % от совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ.

9. Прядь волокон по п. 8, в которой частицы составляют от около 35 до около 55 мас. % от совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ.

10. Прядь волокон по п. 1, в которой по меньшей мере одна частица представляет собой полую частицу.

11. Прядь волокон по п. 10, в которой полую частицу получают из сополимера стирола и акрила.

12. Прядь волокон по п. 1, в которой по меньшей мере одна частица включает полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из неорганических полимерных материалов, синтетических органических полимерных материалов, полусинтетических органических полимерных материалов и натуральных органических полимерных материалов.

13. Прядь волокон по п. 12, в которой по меньшей мере одна частица включает органический полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из термореактивных полимерных материалов и термопластических полимерных материалов.

14. Прядь волокон по п. 13, в которой по меньшей мере одна частица включает термопластический полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из акриловых полимеров, виниловых полимеров, термопластических сложных полиэфиров, полиолефинов, полиамидов, термопластических полиуретанов и их смесей.

15. Прядь волокон по п. 14, в которой по меньшей мере одна частица получена из акрилового сополимера, представляющего собой сополимер стирола и акрила.

16. Прядь волокон по п. 13, в которой по меньшей мере одна частица включает термореактивный полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из термореактивных сложных полиэфиров, виниловых сложных эфиров, эпоксидных материалов, фенопластов, аминопластов, термореактивных полиуретанов и их смесей.

17. Прядь волокон по п. 1, в которой смазочный материал выбирают из группы, состоящей из масел, восков, консистентных смазок и их смесей.

18. Прядь волокон по п. 17, в которой смазочный материал выбирают из группы, состоящей из натуральных восков, синтетических восков и полусинтетических восков.

19. Прядь волокон по п. 18, в которой воск представляет собой синтетический воск, выбранный из группы, состоящей из цетилпальмитата, цетиллаурата, октадециллаурата, октадецилмиристата, октадецилпальмитата, октадецилстеарата и парафина.

20. Прядь волокон по п. 1, в которой смазочный материал составляет от около 20 до около 40 мас. % от совместимой с полимером композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ.

21. Прядь волокон по п. 1, в которой совместимая с полимерами композиция покрытия по существу не содержит крахмальных материалов.

22. Прядь волокон по п. 1, в которой частицы представляют собой первые частицы, а совместимая с полимерами композиция покрытия включает также множество дополнительных дискретных, имеющих стабильные размеры частиц, отличающихся от первых частиц.

23. Прядь волокон по п. 22, в которой множество дополнительных частиц получают из неорганического материала, выбранного из группы, состоящей из металлов, графита, оксидов, карбидов, нитридов, боридов, сульфидов, силикатов и карбонатов.

24. Прядь волокон по п. 22, в которой множество дополнительных частиц получают из неорганического твердого смазочного материала, выбранного из группы, состоящей из нитрида бора, графита и дихалькогенидов металлов.

25. Прядь волокон по п. 1, в которой полимерный пленкообразующий материал включает материал, выбранный из группы, состоящей из термореактивных полимерных материалов, термопластических полимерных материалов, натуральных полимерных материалов и их смесей.

26. Прядь волокон по п. 25, в которой полимерный пленкообразующий материал включает термопластический полимерный материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилпиррролидона, поливинилового спирта, полиакриламида, полиакриловой кислоты, а также их сополимеров и их смесей.

27. Прядь волокон по п. 25, в которой полимерный пленкообразующий материал представляет собой термореактивный полимерный материал, который выбирают из группы, состоящей из эпоксидных материалов, сложных полиэфиров, полиуретанов и полиакрилатов.

28. Прядь волокон по п. 25, в которой полимерный пленкообразующий материал включает от около 5 до около 30 мас. % совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ.

29. Прядь волокон по п. 1, в которой частицы являются невосковыми частицами.

30. Прядь волокон по п. 1, которая представляет собой крученую прядь волокон.

31. Прядь волокон по п. 1, которая представляет собой некрученую прядь волокон.

32. Прядь волокон по п. 1, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон непосредственно из расплавленного стекла.

33. Прядь волокон по п. 1, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон из расплавленных стеклянных шариков.

34. Прядь волокон по п. 1, в которой совместимая с полимерами композиция покрытия включает также реагирующий с полимером разбавитель.

35. Прядь волокон по п. 34, в которой реагирующий с полимером разбавитель представляет собой смазочный материал, включающий одну или более функциональных групп, способных реагировать с системой эпоксидной смолы, и выбранный из группы, состоящей из аминных групп, спиртовых групп, ангидридных групп, кислотных групп и эпоксидных групп.

36. Ткань, включающая по меньшей мере одну прядь волокон по п. 1.

37. Ткань, включающая по меньшей мере одну прядь волокон по п. 15.

38. Ткань, включающая по меньшей мере одну прядь волокон по п. 24.

39. Ткань, включающая по меньшей мере одну прядь волокон по п. 26.

40. Прядь волокон по п. 1, которая включает по меньшей мере одно стекловолокно, имеющее высушенный остаток водной совместимой с полимерами композиции покрытия по меньшей мере на части поверхности по меньшей мере одного волокна, где водная совместимая с полимерами композиция покрытия 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 до около 5 мкм; (b) смазочный материал, выбранный из группы, состоящей из масел, восков, консистентных смазок и их смесей; (с) полимерный пленкообразующий материал, выбранный из группы, состоящей из термореактивных полимерных материалов, термопластических полимерных материалов, натуральных полимерных материалов и их смесей, и (d) аппрет.

41. Прядь волокон по п. 40, в которой множество частиц представляют собой множество полых частиц, включающих материал, выбранный из группы, состоящей из неорганических материалов, органических материалов, полимерных материалов, композитных материалов и их смесей.

42. Прядь волокон по п. 41, в которой по меньшей мере одна из множества полых частиц получена из полимерных материалов, представляющих собой сополимер стирола и акрила.

43. Прядь волокон по п. 42, в которой частицы представляют собой первые частицы, а композиция покрытия включает также множество дополнительных частиц, включающих неорганический смазочный материал, выбранный из группы, состоящей из нитрида бора, графита и дихалькогенидов металлов.

44. Ткань, включающая по меньшей мере одну прядь волокон по п. 40.

45. Прядь волокон по п. 1, которая включает по меньшей мере одно стекловолокно, имеющее высушенный остаток водной совместимой с полимерами композиции покрытия по меньшей мере на части поверхности по меньшей мере одного волокна, причем водная совместимая с полимерами композиция покрытия включает: (a) множество частиц, включающих: (i) по меньшей мере одну частицу, полученную из акрилового сополимера, представляющего собой сополимер стирола и акрила; и (ii) по меньшей мере одну частицу, полученную из неорганического твердого смазочного материала, выбранного из группы, состоящей из нитрида бора, графита и дихалькогенидов металлов, причем частицы имеют средний размер до около 5 мкм и составляют от около 35 до около 55 мас. % от 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 составляет от около 20 до около 40 мас. % от совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ; (c) термопластический полимерный пленкобразующий материал, выбранный из группы, состоящей из поливинилпирролидона, поливинилового спирта, полиакриламида, полиакриловой кислоты и их сополимеров и смесей, причем термопластический полимерный пленкобразующий материал составляет от около 5 до около 30 мас. % от совместимой с полимерами композиции покрытия, в расчете на общую массу сухих веществ; и (d) аппрет.

46. Ткань, включающая по меньшей мере одну прядь волокон по п. 45.

47. Ткань, включающая множество прядей волокон, включающих по меньшей мере одно волокно, причем по меньшей мере часть ткани - остаток совместимой с полимерами композиции покрытия, 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 мкм; (b) по меньшей мере один смазочный материал; (c) по меньшей мере один полимерный пленкообразующий материал и (d) по меньшей мере один аппрет.

48. Ткань по п. 47, в которой по меньшей мере часть ткани включает крученую прядь стекловолокон.

49. Ткань по п. 47, в которой по меньшей мере часть ткани включает некрученую прядь стекловолокон.

50. Ткань по п. 47, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон непосредственно из расплавленного стекла.

51. Ткань по п. 47, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон из расплавленных стеклянных шариков.

52. Ткань по п. 47, которая представляет собой нетканое полотно.

53. Ткань по п. 47, которая представляет собой тканое полотно.

54. Ткань по п. 47, которая представляет собой полотно, сотканное на пневматическом ткацком станке.

55. Ткань по п. 54, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон непосредственно из расплавленного стекла и по меньшей мере часть ткани включает крученую прядь стекловолокон.

56. Ткань по п. 53, которая соткана на рапирном ткацком станке.

57. Ткань по п. 56, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон непосредственно из расплавленного стекла и по меньшей мере часть ткани включает крученую прядь стекловолокон.

58. Ткань по п. 56, в которой по меньшей мере одно волокно представляет собой стекловолокно, изготовленное с помощью способа формовки волокон из расплавленных стеклянных шариков и по меньшей мере часть ткани включает некрученую прядь стекловолокон.

59. Ткань по п. 47, которую выбирают из группы, состоящей из тканых полотен, нетканых полотен и вязаных полотен.

Приоритет по пунктам:
13.10.1998 - по пп. 1 -6, 8-10, 12-14, 16-18, 20, 22, 24, 25, 27, 28, 30, 31, 36, 38, 40, 41, 43, 44, 47-49, 52-54, 56 и 59;
07.05.1999 - по пп. 7, 11, 15, 19, 21, 23, 26, 29, 37, 39, 42, 45 и 46;
07.07.1999 - по пп. 32-35, 50, 51, 55, 57 и 58.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18