[发明专利]用于复合结构的树脂

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年11月23日提交的美国专利申请11/287,141的权利， 其全部公开内容引入本文作为参考。

本申请还涉及于2005年11月23日提交的美国专利申请11/287,140； 美国专利申请11/287,143的；和美国专利申请11/287,142。

背景技术

本发明一般涉及使用拉挤成型工艺制备纤维增强复合部件的方法和体 系。具体地说，本发明涉及利用聚氨酯树脂基体的复合部件。

在拉挤成型工艺中形成的纤维增强复合结构部件通常包括纤维增强材 料(例如：玻璃纤维、聚合物纤维或者碳纤维)嵌在树脂基体(例如聚合 物，如不饱和聚酯或者环氧乙烯基酯)中。该纤维增强材料通常既包括纱 线或纤维束(每种都包括大量纤维或者长丝)又包括一种或多种纤维毡或 者纤维网。

为了制备复合结构部件如用于门窗的线性部件(lineals)，通过牵引纤 维束通过液态树脂前体材料的常压槽(通常是开式槽或桶)而将其涂覆。 一旦涂覆，牵引纤维束通过固化模具以聚合和固化树脂。使用常压槽涂覆 纤维束的一个困难是纤维束内单根纤维或者长丝可能没有充分地涂覆上树 脂。例如，纤维束的外表面可能涂覆上树脂，而纤维束内的长丝或者纤维 可能只是部分地涂覆。

因为复合结构部件的强度很大程度上取决于树脂基体和纤维增强材料 之间的相互作用，因此期望尽可能多的单根长丝或者纤维被完全地涂覆。 未涂覆的长丝在结构上得不到支持，并且不能接承受任何大的压力负荷。 此外，混合长丝的空隙区在负荷下成为引发裂缝的位置，由此降低了复合 部件的硬度和强度。因此，减少存在于成品部件中部分涂覆的长丝、空隙 等的数量是有利的。

与常压槽相关的另一个困难是它们通常包含较大量的未固化树脂前体 化学品，以及这些化学品很大的表面积暴露在空气中。这些化学品蒸发进 入周围的空气是不好的，且设计用于减少蒸气排放的缓冲系统较昂贵并且 可能妨碍许多保持产品质量和生产率所需要做的工作。

用于制造拉挤复合部件的常规树脂(例如：聚酯、乙烯基酯、酚醛树 脂等)的极限强度为约8,000-15,000psi，弹性模量为约350,000-500,000。这 个弹性模量与增强纤维的弹性模量很好地匹配。当挤压或者弯曲负荷施加 于这样的复合部件时，以产生较平衡的负荷和较高的极限强度的方式在增 强纤维间分担负荷。然而，这些常规的树脂体系的破坏伸长率一般为约 1.5％-3％，超过了纤维的4％-6％的破坏伸长率。当超过它的破坏伸长率时 树脂将断裂，使这些纤维得不到支撑。这使得负荷集中在小百分比的有效 纤维中，超过它们的极限强度，导致在低于整个纤维增强装置(complete reinforcement package)的理论最大负荷下部件的破坏。

用于制造拉挤复合部件的常规树脂在横切纵向(也就是拉伸方向)的 方向上也具有相对小的强度。因此，拉挤复合部件可以利用横向定位的增 强纤维以提供该部件必需的横向强度。例如，增强材料可以同时包括在纵 向方向上贯穿拉挤部件的纤维束和给部件提供多方向强度的纤维毡。然而， 横向纤维或者纤维毡的存在不期望地增加了部件的重量和成本以及增加了 制造该部件的工艺难度。

因此，需要提供一种改进的树脂体系以为拉挤复合部件提供比常规树 脂体系所提供的增强的结构强度。还需要复合部件不利用横向增强纤维但 具有足够的横向强度以提供抗弯曲性和使该部件可以用螺钉、铁钉等固定。 还需要提供一种改进的体系和方法，用于在拉挤成型工艺中用聚合材料涂 覆增强材料。

发明内容

本发明的一个示例性实施方案涉及用于制造复合部件的树脂前体组合 物，其包括异氰酸酯组分，该异氰酸酯组分包含选自二苯甲烷二异氰酸酯、 二苯甲烷二异氰酸酯的聚合异构体及它们的混合物的材料。所述树脂前体 组合物还包括至少一种官能度为3的聚醚多元醇，其量使异氰酸酯组分对 至少一种多元醇的比率为化学计量的约80％-115％。该树脂前体组合物还包 括脱模材料和填料。

本发明的一个示例实施方案涉及用于拉挤成型工艺的聚氨酯树脂前体 组合物，其包括异氰酸酯材料，该异氰酸酯材料包含选自二苯甲烷二异氰 酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯的聚合异构体及它们的混合物的材料。所述聚 氨酯树脂前体还包括官能度为3且分子量为约600-800的第一聚醚多元醇、 官能度为至少3且分子量为约100-300的第二聚醚多元醇、脱模材料和填料。