改进用聚醚砜增韧的环氧树脂的耐溶剂性制造技术

通过使用低分子量聚醚砜改进用聚醚砜增韧的环氧树脂的耐溶剂性。所得热塑性材料增韧环氧树脂可用于制作航空应用所用的预浸渍料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及用热塑性材料增韧的环氧树脂。该类增韧树脂用于制作高性能复合部件。更具体地，本专利技术涉及提高该类热塑性材料增韧的环氧树脂对于当固化的环氧树脂暴露于溶剂，例如甲乙酮(MEK)时可能发生的微裂纹(crazing)和裂纹(craking)的耐受性。
技术介绍
复合材料通常由作为两种主要组分的树脂基体和增强纤维构成。含有一种或多种环氧树脂作为主要成分的树脂基体被广泛使用。复合材料常常需要在要求高的环境中，例如在复合部件的物理限度和特性十分重要的航空领域中施用。预浸溃的复合材料(预浸溃料)在复合部件的制造中广泛使用。预浸溃料是未固化树脂和纤维增强物的组合，其为备用于模制和固化成最终复合部件的形式。通过用树脂预浸溃纤维增强物，制造商可以仔细地控制浸溃入纤维网的树脂的量和位置，并确保树脂按需分布在网中。熟知的是，复合部件中纤维和树脂的相对量、以及纤维网中树脂的分布对部件的结构性质具有很大影响。预浸溃料是用于制造承载或结构部件，并且特别是航空结构部件，例如机翼、机身、舱壁和控制面的优选材料。重要的是，这些部件具有足够的强度、损伤容限、层间断裂韧性和对该类部件常规确立的其它要求。航空预浸溃料中常用的纤维增强物是含有彼此平行延伸的纤维的多方向织造织物或单向的带。所述纤维通常是以称为“丝束”的众多个体纤维或细丝的束的形式。纤维或丝束也可以被短切(chopped)，并在树脂中无规取向以形成非织造的毡。用仔细控制的量的未固化树脂浸溃这些各种纤维增强 物构造。所得预浸溃料通常置于保护层之间，并将其成卷而用于储存或运输到生产设施。预浸溃料也可以为短切单向带的短切片形式，该短切片无规取向而形成短切单向带的非织造的毡。该类型的预浸溃料称为“准-各向同性短切”的预浸溃料。准-各向同性短切的预浸溃料类似于更传统的非织造纤维毡预浸溃料，不同的是短切单向带(碎片)的短长度而非短切纤维在毡中无规取向。固化复合材料的拉伸强度很大程度上由增强纤维和基体树脂的个体性质以及这两种组分之间的相互作用所决定。另外，纤维-树脂体积比是重要因素。拉力下的固化复合材料往往通过由位于增强丝束的个体纤维细丝的多个拉伸断裂引起的累积损伤的机制而失效。一旦在邻近断裂细丝末端的树脂中应力水平变得过大，则整个复合材料可能失效。因此，纤维强度、树脂基体的强度、以及在断裂细丝末端附近应力耗散的效率均有助于固化复合材料的拉伸强度。在许多应用中，理想的是最大化固化复合材料的拉伸强度性质。然而，最大化拉伸强度的尝试可能常常导致对诸如压缩性能、损伤容限和耐溶剂侵蚀性的其它期待性质的不利影响。另外，最大化拉伸强度的尝试可对树脂基体的粘度、粘着性和在外寿命(out-life)具有不可预测的影响。未固化树脂的粘度是当制成预浸溃料时必须纳入考虑的重要因素。树脂的粘度必须足够低以确保树脂组分可完全混合，并随后彻底浸溃入增强纤维中。树脂的粘度还必须足够高以确保树脂预浸溃料的储存或层叠(lay up)期间无任何实质程度的流动。不具有满足这些基本要求的粘度的树脂不能用于制作预浸溃料。在任何提高给定的固化复合材料的强度和/或损伤容限的尝试中，重要的是未固化树脂的粘度保持在可接受的限度内。未固化预浸溃料的粘性(stickiness)或胶粘性(tackiness)常常称为“粘着性”。未固化预浸溃料的粘着性在层叠和模制操作期间是重要考量。具有极少或没有粘着性的预浸溃料很难形成可以模制成复合部件的层合体。反之，具有过高粘着性的预浸溃料可能难以处理，并且也难以放入模具。理想的是，预浸溃料具有正确量的粘着性以确保容易的处理和良好的层合/模制的特性。在任何提高给定的经固化复合材料的强度和/或损伤容限的尝试中，重要的是未固化预浸溃料的粘着性保持在可接受限度内，以确保合适的预浸溃料处理和模制。预浸溃料的“在外寿命”是预浸溃料在经受不可接受程度的固化之前可以暴露于环境条件的时间长度。预浸溃料的在外寿命可以取决于多种因素广泛变化，但主要通过所使用的树脂配制物控制。预浸溃料的在外寿命必须足够长以允许实现正常处理、层叠和模制操作，而不使预浸溃料经历不可接受的固化水平。在任何提高给定的经固化复合材料的强度和/或损伤容限的尝试中，重要的是未固化预浸溃料的在外寿命尽可能保持足够长，以允许有充足的时间，以便在固化前加工、处理和层叠预浸溃料。提高复合材料拉伸性能的普遍方法是改变纤维表面以减弱基体和纤维之间的粘结强度。这可以通过减少在石墨化后纤维的电氧化表面的处理量来实现。降低基体纤维的粘合强度引入通过界面脱粘在暴露的细丝末端应力耗散的机制。该界面脱粘提供复合部件在拉伸下失效之前可以经受的拉伸损伤的量的提高。可选地，对纤维涂覆涂层或“上胶”可降低树脂-纤维粘结强度。该方法对玻璃纤维复合材料是熟知的，但也可以用于用碳纤维增强的复合材料。使用这些策略，可实现拉伸强度的显著增加。然而，所述改进伴有性质，例如冲击后压缩(CAI)强度的降低，其需要在树脂基体和纤维之间的闻粘结强度。提高复合拉伸性能和耐损伤性的另一个方法是在环氧树脂基体中包含一种或多种热塑性材料。多种不同形式的多种不同热塑性材料已用于增韧的环氧树脂。已用于增韧的环氧树脂的热塑性材料包括聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)和聚酰胺(PA)。例如，参见美国专利7，754，322。常使用多个预浸溃料层来形成用于具有层合结构的结构应用的复合部件。该类复合部件的分层是重要的失效模式。分层发生在当两个层彼此脱粘时。重要的设计限制性因素包括引发分层所需的能量和传播分层所需的能量。常通过检查模式I和模式II的断裂韧性来确定分层的引发和生长。通常使用具有单向纤维取向的复合材料来测试断裂韧性。使用Glc (双悬臂梁)和G2c (端边缺口挠曲(End Notch Flex))试验来定量复合材料的层间断裂韧性。在模式I中，预先开裂的层合体的失效由剥离力支配，在模式II中，裂纹由剪切力传播。G2c层间断裂韧性与CAI有关。显示出高损伤容限的预浸溃料材料也往往具有高CAI和G2c值。固化预浸溃料还必须耐受固化复合部件可能暴露的溶剂和其它化学物质的侵蚀。测定对固化树脂的溶剂-应力交互作用的常用试验是通过弯曲试样使固化树脂试样变形，并随后使变形的试样暴露于给定的溶剂或其它化学物质一段时间，这通常是约几天或更久的级别。在测试期间的不同时间下检查试样的应力裂纹和/或微裂纹。通常以0%到约2%的弯曲使试样变形。应变与试样的弧长度成正比地变化，这是回旋曲线(螺旋)的特性。用于引发试样的回旋曲线的测试设备称为“回旋应变夹具”。回旋应变夹具的使用使单个测试试样弯曲，以提供整个测试范围的应变。如果当在回旋应变夹具中受到至多2%的最大变形，并在室温下暴露于溶剂7天时，树脂试样不显示出任何裂缝，则认为树脂试样高度耐受给定溶剂的侵蚀。为了适用于航空应用，固化环氧树脂必须高度耐受树脂可能暴露的溶剂的侵蚀。重要的是，增强和/或增韧环氧树脂所采用的措施不会疏忽地降低树脂对溶剂侵蚀的耐受性。虽然许多现有的预浸溃料很适于提供坚固且耐损伤的复合部件的预期用途，但仍一直需要提供可用于制作用于结构应用的复合部件的预浸溃料，其具有高强度水平(如抗压强度)、高损伤容限(CAI)和层间断裂韧性(Glc和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.12 US 12/902,3121.一种未固化树脂,其包含: 环氧树脂组分；和 热塑性组分，所述热塑性组分包含低分子量聚醚砜。2.权利要求1的未固化树脂，其中所述环氧树脂组分包含三官能的环氧树脂和四官能的环氧树脂。3.权利要求1的未固化树脂，其中所述三官能的环氧树脂是三官能的间-缩水甘油胺。4.权利要求1的未固化树脂，其中所述热塑性组分另外包含聚酰胺酰亚胺和聚酰胺。5.权利要求1的未固化树脂，其包含聚氨酯颗粒。6.权利要求1的未固化树脂，其包含固化性组分。7.权利要求1的未固化树脂，其中所述低分子量聚醚砜的分子量为15，OOO至25,000g/mol。8.一种未固化复合材料，其包含权利要求1的未固化树脂和纤维增强物。9.一种复合材料，其包含权利要求1的未固化树脂和纤维增强物，其中所述未固化树脂已被固化。10.权利要求9的复合材料，其中所述复合材料形成飞机主要结构的至少一部分。11.一种制作预浸溃料的方法， 所述方法包含以下步骤: 提供未固化树脂，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：YS·王，
申请(专利权)人：赫克塞尔公司，
类型：
国别省市：