[发明专利]用于制备包含环氧树脂制剂的复合材料的方法

说明书

本申请要求于2007年2月16日提交的美国临时专利申请60/902,035 的权益。

本发明涉及一种用于使用环氧树脂制剂制备复合材料的方法。

环氧树脂制剂被用于许多形成增强复合材料的方法中。这些方法包括， 例如，模塑方法，比如那些已知为树脂压铸(RTM)、真空辅助树脂压铸 (VARTM)、树脂膜熔渗(RFI)和西曼复合材料树脂熔渗模塑法(SCRIMP)， 以及拉挤成型和其它方法。这些方法的共有之处是将环氧树脂制剂施加于 增强剂，并且在增强剂的存在下固化。形成具有其中分散有增强剂的连续 聚合物相(由固化的环氧树脂形成)的复合材料。

可以使用各种方法制备许多产品。模塑方法(比如RTM、VARTM、RFI 和SCRIMP)被用于制备高强度部件，它们被用于例如座位设备(seating)、 汽车车身面板(automobile body panel)和飞机组件中。在这些方法中，将编 织或并结的纤维预制体(perform)插入模具腔中。将模具闭合，并且将树脂 注入模具中。树脂在模具中硬化以形成复合物材料，然后将其脱模。

拉挤成型方法用于形成具有均一横截面的复合材料制品。这些包括增 强棒、梁、“C”形截面、“I”形截面、管和其它纵向空心制品、带、和其 它形状。拉挤成型方法与上述模塑成型方法不同，因为没有使用模具。而 是将连续增强纤维拉过树脂浴，在其中它们变得被树脂涂覆，然后经过一 个或多个模头，在其中树脂/纤维混合物连续地形成为具有恒定横截面的拉 长的制品。

如同使用许多其它制备方法的情况，这些复合材料制备方法的经济效 果严重依赖于运转率(operating rate)。对于模塑方法，运转率通常用“循环 时间”表示。“循环时间”表示在模具上制备部件和预备模具制备下一个 部件所需的时间。循环时间直接影响单位时间可以在模具上制备的部件的 数量。更长的循环时间增加生产成本，因为单位部件的间接成本(设备和劳 动力等)更大。如果需要更高的生产能力，则由于对更多模具和其它加工设 备的需要，因此资本成本也增加。出于这些原因，在允许的条件下，相当 经常地需要缩短循环时间。

当将环氧树脂用在上述模塑方法中时，循环时间的主要组成是使树脂 固化所需的时间量。通常需要15分钟以上的固化时间，特别是在部件大 且复杂的情况下。因此，如果用于树脂固化所需的时间可以缩短，则循环 时间和生产成本可以减小。在拉挤成型法中，更快的固化与更高的运转率 相关。

在许多情况下，固化时间由使树脂产生高玻璃化转变温度(T_g)所需的 时间量决定。对于许多应用而言，需要150℃以上的T_g。环氧树脂的T_g依赖于若干因素，包括使用的具体的环氧树脂和硬化剂，但是T_g的主要决 定因素是聚合物的交联密度。更高度交联的树脂趋于具有更高的玻璃化转 变温度。交联密度取决于原材料，以及那些原材料可以反应以产生高分子 量、高度交联的聚合物的程度。在环氧树脂中，聚合物T_g在固化过程中随 着聚合物分子量和交联密度增加而增加。

T_g可以发展的程度通常被称为“玻璃化”的经历(event)所限制。玻璃 化是指在固化完成之前形成坚硬的玻璃态聚合物物质。一旦形成坚硬的聚 合物物质，则游离的环氧基团(epoxide group)和硬化剂分子上的反应部位 难以“发现”彼此并且反应以完成固化。因此，当使用环氧树脂时，聚合 物T_g有时不会如预期那样多地发展。