用于制备具有优良的表面光洁度和高纤维固结的复合材料的预浸料坯固化方法技术

提供了用于制备具有优良的表面光洁度和高纤维固结的复合材料的预浸料坯固化方法。

【技术实现步骤摘要】
用于制备具有优良的表面光洁度和高纤维固结的复合材料的预浸料坯固化方法本申请是国际申请日为2014年2月21日、国际申请号为PCT/IB2014/000770、国家申请号为201480016259.3的申请的分案申请。背景
提供了用于制备具有优良的表面光洁度和高纤维固结的复合材料的预浸料坯固化方法。现有技术预浸料坯固化通常在高压釜中实施，在高压釜中使用升高的温度和高压条件来形成具有相对光滑的表面光洁度的复合材料。这种技术是令人满意的。然而，当成型大的部件时，需要大的高压釜来形成复合材料。从设备和工艺的观点出发，高压釜工艺是非常昂贵的。因此，部件通常并不由预浸料坯制备，或者如果由预浸料坯制备，它们也是由所选择的投资有这样的设备的少数公司来制备。为了拓宽使用预浸料坯技术来制备大部件的研究，需要解决方案。本专利技术提供了这样的需求。专利技术概述提供了用于固化预浸料坯的方法，包括如下步骤：提供包含热固性树脂组合物和纤维的预浸料坯；将所述预浸料坯置于减压下；在减压下将所述预浸料坯暴露至第一升高的温度下足以去除所述预浸料坯中基于所述预浸料坯的总重量的约1重量％至约3重量％的挥发材料并且将所述预浸料坯的粘度增加到约1泊至约40,000泊范围内的时间；任选地，在减压下将所述预浸料坯暴露至第二升高的温度下足以去除所述预浸料坯中任何残留的挥发材料的时间；在减压下将所述预浸料坯暴露至第三升高的温度下足以固化所述预浸料坯的时间；和在减压下或者不在减压下将固化的预浸料坯暴露至第四升高的温度条件，所述第四升高的温度小于第一升高的温度、第二升高的温度、第三升高的温度中的任意一个。优选地，所述第一升高的温度在约120℉至约350℉范围内。优选地，所述第二升高的温度大于所述第一升高的温度。优选地，所述第三升高的温度大于所述第一升高的温度和/或第二升高的温度。优选地，所述第四升高的温度小于第一升高的温度和/或第二升高的温度和/或第三升高的温度。当然，还提供了如此制备的固化的预浸料坯。本专利技术将通过阅读本专利技术在下文详细的说明而被更加全面地理解。专利技术详述如上所述的，提供了用于固化预浸料坯的方法，包括如下步骤：提供包含热固性树脂组合物和纤维的预浸料坯；将所述预浸料坯置于减压下；在减压下将所述预浸料坯暴露至第一升高的温度下足以去除所述预浸料坯中基于所述预浸料坯的总重量的约1重量％至约3重量％的挥发材料并且将所述预浸料坯的粘度增加到约1泊至约40,000泊范围内的时间；任选地，在减压下将所述预浸料坯暴露至第二升高的温度下足以去除所述预浸料坯中任何残留的挥发材料的时间；在减压下将所述预浸料坯暴露至第三升高的温度下足以固化所述预浸料坯的时间；和在减压下或者未在减压下将固化的预浸料坯暴露至第四升高的温度条件下，所述第四升高的温度小于第一升高的温度、第二升高的温度、第三升高的温度中的任意一个或多个。优选地，所述减压大于258mmHg(5psi)，优选大于517mmHg(10psi)，例如大于686mmHg(13.3psi)。优选地，所述第一升高的温度在约120℉至约350℉范围内，例如约200℉。在这里，所述时间应为约2小时。优选地，所述第二升高的温度为约290℉，并且所述时间为约3小时。优选地，所述第三升高的温度大于第一升高的温度和/或第二升高的温度，并且应为约360℉。在这里，所述时间应当是约2小时。优选地，所述第四升高的温度小于第一升高的温度和/或第二升高的温度和/或第三升高的温度，并且在减压下或不在减压下应当为约90℉。以与预浸料坯工艺相类似的方式，还提供了预浸丝束(towpregging)工艺。在本专利技术方法的实践中，固结(consolidation)会被增强，固化收缩的作用会被减弱，固化应力被减小，表面缺陷和空隙体积被降低，并且纤维体积和树脂/纤维浸润被提高。由于热固性树脂组合物的固化的固结和收缩为复合材料或层合形成所涉及的问题。固结压力通常由高压釜或压机提供，压力会达到不超过100psi。即便是这样的外部压力增加到超过100psi，树脂也不会承受这样的压力，因为纤维开始承载负载。随着树脂固化并开始收缩，树脂流体压力可进一步下降。在构建大的复合材料部件时，在所述部件内的不同位置处会存在温度梯度，在固化时和/或固化过程中的低流体压力可以在温度滞后区域发生，导致较差的浸润和较差的复合材料性能。此外，当将热固性树脂组合物用作基体树脂时，其具有低粘度和高挥发性的树脂，树脂挥发会在复合材料或层压制品中形成缺陷/微空隙，例如由留截空气、水和其它低沸点材料形成。还提供了由纤维形成的预浸料坯，所述纤维可以以层的形式铺叠，并注入有根据本专利技术方法的热固性树脂组合物。所述纤维可以由单向纤维、编织纤维、短纤维、非编织纤维或者长的非连续纤维构成。选择的纤维可以选自碳、玻璃、芳族聚酰胺、硼、聚亚烷基、石英、聚苯并咪唑、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚对亚苯基苯并双噁唑、碳化硅、聚对亚苯基苯并双噻唑、酚醛、邻苯二甲酸酯、聚吡啶并二咪唑和环烷酸酯。所述碳选自聚丙烯腈、沥青、人造丝(rayon)和丙烯酸类，并且所述玻璃选自S玻璃、S2玻璃、E玻璃、R玻璃、A玻璃、AR玻璃、C玻璃、D玻璃、ECR玻璃、玻璃丝、定长玻璃、T玻璃和氧化锆玻璃。热固性树脂组合物在140℉至300℉的浸渍温度下应当具有在100cps至40,000cps范围内的粘度。此外，热固性树脂组合物在加工条件下的粘度提高100％的时间在10分钟至10小时范围内。热固性树脂组合物可以包括噁嗪、噁唑啉、环氧树脂、环硫化物、氰酸酯、马来酰亚胺、纳特酰亚胺(nadimide)、衣康酰亚胺(itaconimide)、酚醛树脂、硫代酚醛树脂及它们的任意组合。当热固性树脂组合物包含噁嗪组分作为其至少一部分时，所述噁嗪组分可以由如下的结构所包括：其中o为1-4，X选自直接键(当o为2时)、烷基(当o为1时)、亚烷基(当o为2-4时)、羰基(当o为2时)、巯基(当o为1时)、硫醚(当o为2时)、亚砜(当o为2时)和砜(当o为2时)，并且R1选自氢、烷基和芳基。更特别地，噁嗪可以由如下的结构所包括：其中X选自直接键、CH2、C(CH3)2、C＝O、S、S＝O和O＝S＝O，并且R1和R2为相同的或不同的，并且选自氢，烷基，例如甲基、乙基、丙基和丁基，和芳基。因此，噁嗪可以选自任意如下的示例性结构：其中R1和R2如上所定义。尽管没有被噁嗪结构I或II所包括，其它的噁嗪可以由如下结构所包括：其中R1和R2如上所定义，并且R3被定义为R1或R2。因此，这些噁嗪的具体例子包括：噁嗪组分可以包括多官能噁嗪和单官能噁嗪的组合。单官能噁嗪的例子可以由如下结构所包括：其中R为芳基或烷基，例如甲基、乙基、丙基和丁基。作为噁唑啉，由如下结构所包括的化合物为合适的，其中R1、R2、R3、R4和X为氢，或者关于x，连接至二价有机基团的直接键，并且m为1或2。示例性的噁唑啉化合物可以具有如下结构：其中k为0-6；m和n各自独立地为1或2，条件是m和n中的至少一个为1；X为一价或多价基团，选自支化烷基、亚烷基、烯化氧、酯、酰胺、氨基甲酸酯和聚氨酯种类或键，具有约12至约500个碳原子；并且R1至R8各自独立地选自C1-40烷基、C2-40烯基和C6-20芳基，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于固化预浸料坯的方法，包括以下步骤：(A)提供包含热固性树脂组合物和纤维的预浸料坯，所述热固性树脂组合物包含噁嗪以及选自环氧化物、环硫化物、氧杂环丁烷、硫代氧杂环丁烷、马来酰亚胺、纳特酰亚胺、衣康酰亚胺、氰酸酯和噁唑啉中一种或多种；(B)将所述预浸料坯置于大于5psi的减压下；(C)在所述减压下将所述预浸料坯暴露至120°F‑350°F的第一升高的温度下足以去除所述预浸料坯中基于所述预浸料坯的总重量的1重量％至3重量％的挥发材料并且将所述预浸料坯的粘度增加到1泊至40,000泊范围内的时间；任选地，在所述减压下将所述预浸料坯暴露至高于所述第一升高的温度的第二升高的温度下约3小时；(D)在所述减压下将所述预浸料坯暴露至高于第一升高的温度和/或第二升高的温度的第三升高的温度下约2小时；和(E)在所述减压下或者未在减压下将固化的预浸料坯暴露至低于第一升高的温度、第二升高的温度或第三升高的温度中的任意一个或多个的第四升高的温度下；其中固化的预浸料坯显示出通过ASTM 3171‑11的酸消化法来测定的小于2体积％的总空隙含量。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 13/833,4251.用于固化预浸料坯的方法，包括以下步骤：(A)提供包含热固性树脂组合物和纤维的预浸料坯，所述热固性树脂组合物包含噁嗪以及选自环氧化物、环硫化物、氧杂环丁烷、硫代氧杂环丁烷、马来酰亚胺、纳特酰亚胺、衣康酰亚胺、氰酸酯和噁唑啉中一种或多种；(B)将所述预浸料坯置于大于5psi的减压下；(C)在所述减压下将所述预浸料坯暴露至120°F-350°F的第一升高的温度下足以去除所述预浸料坯中基于所述预浸料坯的总重量的1重量％至3重量％的挥发材料并且将所述预浸料坯的粘度增加到1泊至40,000泊范围内的时间；任选地，在所述减压下将所述预浸料坯暴露至高于所述第一升高的温度的第二升高的温度下约3小时；(D)在所述减压下将所述预浸料坯暴露至高于第一升高的温度和/或第二升高的温度的第三升高的温度下约2小时；和(E)在所述减压下或者未在减压下将固化的预浸料坯暴露至低于第一升高的温度、第二升高的温度或第三升高的温度中的任意一个或多个的第四升高的温度下；其中固化的预浸料坯显示出通过ASTM3171-11的酸消化法来测定的小于2体积％的总空隙含量。2.如权利要求1所述的方法，其中所述任何残留的挥发材料包括水、高沸点残留溶剂和/或单体挥...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·王，W·H·李，H·郑，
申请(专利权)人：汉高知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE