在预浸渍制品中用作增韧剂的柔软聚合物部件制造技术

本发明专利技术揭示了一种用于可固化组合物的柔软聚合物部件及其制备方法，所述的柔软聚合物部件是固态的，在可固化组合物处于比明显开始凝胶和／或固化温度低的温度接触它可溶于其中的可固化组合物的一个组分时，至少部分会相变成流动相，本发明专利技术还揭示了可固化组合物的支撑结构体即载体、支撑结构体和载体的结构及其制备方法，所述支撑结构体即载体包含至少一个柔软聚合物部件和增强纤维，所述可固化组合物包含至少一个柔软聚合物部件或支撑结构体即载体和可固化树脂基质；本发明专利技术还揭示了包括所述组件的一套部件及其选择方法、制备方法和固化方法，从而获得的固化复合物或树脂体，以及它们已知的和新的用途。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于可固化组合物的柔软聚合物部件及其制备方法，其中所述部件适于溶解在可固化组合物中；本专利技术还涉及一种可固化组合物用的支撑结构体即载体、支撑结构体即载体的结构及其制备方法，所述支撑结构体即载体包含至少一个柔软聚合物部件和增强纤维，所述可固化组合物包含至少一个柔软聚合物部件或支撑结构体即载体和可固化树脂基质；本专利技术还揭示了一套部件，及其选择方法、制备方法和固化方法，由此获得的固化复合物或树脂体，和它们的已知和新用途。本专利技术更确切地说涉及一种呈纤维、膜等形式的柔软聚合物部件及其制备方法，呈织物等形式的可固化组合物的支撑结构体即载体及其相关方面内容。
技术介绍
纤维增强的树脂基材复合物广泛地用作高强度轻重量的工程材料，在飞机结构等用途中代替金属。这些复合材料可以通过叠压预浸渍制品制成，所述预浸渍制品包含高强度纤维，例如玻璃纤维、石墨(碳)纤维、硼纤维等，这些纤维用一般的热塑性树脂基材浸渍。这些复合物的重要性能是高强度和高刚性和轻重量。除了通常的能够承受所有可能的负荷和应力类型、不分层、抗断裂等的要求以外，复合物必须要满足前述性能的非常苛刻的要求，前述性能在经受环境条件包括极端温度(耐热循环性能)、暴露于紫外光和其他类型的辐射、暴露于大气氧(耐氧化)、暴露于湿气等，在经受危害例如暴露于溶剂等情况下，会大大影响含有所述复合物的结构体的安全性。含有聚合物树脂与可能还含有增强纤维的共混物的可固化组合物的特征，在其构成的聚合物树脂组分与纤维组分各自的物理性能和化学性能，因此就可以按具体用途来选择组合物。因此，一般有热固性树脂组分存在，它产生高的耐溶剂性和耐热循环性能等。除了有产生高韧性等的热塑性树脂组分外，还有产生高刚性的增强纤维，用来减轻重量。各种树脂和纤维一般进行共混或以合适的方式成形和固化，并在所要求的成品内通过物理的和有些情形下化学的相互作用保持它们的分布状态或形状。然而，共混或成形在许多情形下会由于以下因素复杂化，例如树脂的高粘度(尤其当需要浸渍增强纤维时)、短“贮放时间”(预凝胶时间)、得到的均匀性或选择的分散状态等。近来出现了制造复合物部件的其他技术，通常称为液体模塑(LM)。该方法与常规预浸渍制品的制造方法的不同在于，将纤维(干)被放入模具/工具内，再将基质树脂直接注入/浸入纤维内。液体模塑(LM)是一大类方法，它包括以下种种处理技术树脂转移模塑(RTM)、液体树脂注入(LRI)、树脂注入软加工(RIFT)、真空辅助树脂转移模塑(VARTM)、树脂膜注入(RFI)等。与常规预浸渍制品的制法相比，LM提供的潜在优点是减少废料、缩短停留时间、不受粘着和悬垂(drape)影响，以及改善贮存期间的性能。在实践中，发现LM技术的最大用途是在特殊的操作中，该操作需要复杂的复合物结构体(多组分)，需要将碳纤维有选择地分布在模具内而局部增强结构体，和需要很大结构体的场合，例如海运用途。树脂膜注入(RFI)将LM技术与常规预浸渍制品制法结合起来，例如在RTM或RFI热压器固化中，一个个预浸渍制品按规定的取向堆叠成层叠物，将该层叠物靠着光滑的金属板放置，然后用多孔聚四氟乙烯、排放性织物和真空袋的连续层覆盖起来。向此层叠物施加压实压力使其压实并挤压出留下的挥发物气泡。使用热压器会限制可制成的部件的尺寸。例如，目前不能使用热压器来建造船体、游艇或桥，因为这需要庞大的增压的热压器，就增大了设备成本和操作成本。VARTM使用仅有一面的模具并采用真空袋装技术压缩预成品，就简化了硬模RTM。但是，如果树脂在填满模具之前确实不会固化，填充模具的时间会太长。RIFT的填充时间就短得多。流阻很低的多孔层“分布介质”为注入树脂提供较易流通的途径。树脂能快速流过放置在层叠物上面的分布介质，然后向下流过预制品的整个厚度。使用纤维来形成树脂注入的通道是已知的(WO0102146A1)(Plastech)、US5484642(Brochier)、US5326462(Seemann)。但是，这些通道在脱气和固化过程中会移动，而如果它们留下的话，它们就在固化后保持完整。最终使用者会遇到的一个问题，是目前很难从热压器用RIFT或VARTM制备合格的部件。仅用真空固化或不用压力进行固化，会使部件具有很高的空隙含量，使机械性能差。现在我们意外发现了一种方法，可以用VARTM和RIFT获得复合板再在大气压力或仅是真空的条件下进行固化，该方法易于注射，制品空隙含量接近0％。本专利技术还在脱气过程中使用纤维，该纤维不存在于最终的固化部件中。预浸渍制品与LM技术的一个常见的缺点，存在于很韧的复合材料领域中。树脂浸渍或注入增强纤维例如碳纤维织物方法的本性要求。其流变性、粘度和弹性能够让树脂渗透通过织物。如果所制成的复合物结构体没有空隙，而且如果要避免长浸渍时间或注射时间和高注射温度，那么上述要求就是必需的。具有高的耐冲击性能的树脂体系通常含有热塑性增韧剂等，它们会增大树脂的粘度和弹性，使它们很难浸渍或注射。这就需要高的浸渍和注射温度和压力。一种可以有效制造热塑性增韧复合物的方法，是从树脂基质除去热塑性物质，并将它以某种方式直接施加到纤维或织物上或内部。这可以采用几种方法来达到。若用LM技术时，复合物的形状是在注射热塑性物质和树脂基质之前，向预制品施加粉、液体或膜形式的粘合剂来固定预制品的形状而形成，就很难在预制品内有大量的热塑性物质和基质，并需要过高的温度和压力。此外，复合物材料仅具有中等的韧性，这是由于能够物理注射的热塑性物质的量有限度，而且如果粘合剂与基质不相容的话，也会受到粘合剂不利的影响。例如还已知EP392939公开了通过用热塑性纤维机织或多根并合并熔化浸渍来制备含有增强纤维的预浸渍制品。但是，这些体系并没有尝试向预浸渍制品内加入其他的基质，而一般采用很高分子量的热塑性聚合物，就需要很高的温度和压力进行熔化。有人建议使用混合的热固性树脂基质，它包含高分子量热塑性聚合物，例如如GB-A-2060490所述，作为颗粒状分散物，或作为纤维增强树脂基质预浸渍制品的颗粒涂层或膜的交织物，如US-A-5057353所述。但是，由于一般难以控制能够影响熔化速度和熔融程度的颗粒分布和粒径均匀性，并由于存在于基质内的连续膜的阻碍作用，所以分散会很差。US5288547揭示了一种可固化组合物用的预浸渍制品，它包含多孔的热塑性聚合物膜的交织物。该膜在制备过程中结合进入预浸渍制品，具体是该膜靠着增强纤维片放置，并在高温和压力下熔将膜化来浸渍纤维。预浸渍制品也可以与膜交错放置，将膜熔化并用来浸渍，然后固化，形成复合物部件。还有人建议将该膜用于RTM技术，放入模具内的干纤维层之间，熔化融浸渍之，然后液体树脂注入模具内。专利技术的内容虽然上述办法在一定程度上缓和了所要求的极端条件，但是仍然需求能够改善组分的共混、更大的灵活性和更大地控制分散液的性能和用量的通用办法。具体地说，热塑性物质和树脂基质排除了预共混的可能性，在固化时不能有效地共混扩散。此外，还需要向体系内加入更为多量的高粘度聚合物，例如增韧剂如热塑性物质。我们意外地发现，我们能够提供复合物结构体内的一般高粘度聚合物，以便克服上述问题，它的形式是固态的可溶的柔软聚合物部件。这是很意外的，因为预期的是，较低温本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可固化组合物的柔软聚合物部件，所述的柔软聚合物部件是固态的，它适合于在可固化组合物处于比明显开始凝胶和／或固化的温度低的温度，与它可溶于其中的可固化组合物的一个组分接触时，至少部分相变成为液态。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C洛法罗，JT卡特，PT麦克格拉尔，RK马斯克尔，
申请(专利权)人：CYTEC技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]