[发明专利]热固性环氧树脂,复合材料,形成复合材料制品的方法,模具和制造模具的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热固性复合材料的领域。具体而言，本发明涉及热固性复合材料的微波固化领域。

背景技术

纤维/环氧树脂复合物在单面模具中的热固化是一项已建立的工业技术。通过施加热能，通常以烘箱或高压釜中的热空气对流进行热固化。这种方法进行缓慢而且使用了大量能量来加热空气和设备。随后必须将热空气排出并冷却热的设备。另外，因为设备要花费时间来达到相关的温度，所以工具面有更多时间由于热膨胀而延展。那样可以给最终制品的形状带来误差。

使用电磁能在较短时间中固化环氧树脂是已知的。使用电磁能例如无线电能或微波能固化环氧树脂的优点在于只对环氧树脂本身加热，因而可显著地节省能量。另外，因为模具本身不会变得过热，由于固化时间较短，由热膨胀引起的容许误差因而得到减小。

微波固化的一个实例为申请人为General Motors Corporation的美国专利第4626642号中所示的热固性聚合物。在该情况下，热固性聚合物用作将汽车塑料部件固定在一起的粘合剂。该热固性聚合物含有环氧树脂和附加的钢或铝纤维或粉末。石墨纤维被描述为替代性的添加剂。

日本专利第5-79208号公报中描述了含有环氧树脂和Kevlar纤维的增强塑料的微波固化方法。美国专利第6566414号描述了微波放热促进剂的添加。该文献本身关注的是将所述树脂组合物应用至沥青、混凝土和石板瓦中。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的热固性环氧树脂。

本发明的第一方面提供了一种热固性环氧树脂，所述热固性环氧树脂含有磁铁矿颗粒和导电性碳材料颗粒。

导电性碳材料如石墨粉末和磁铁矿的组合具有现有技术中的单一物质添加剂环氧树脂未显现出的有益效果和增效作用。具体而言，磁铁矿在高于临界温度时起到有效微波受体的作用，而碳受体则从较低温度开始起作用。通过将所述两种物质组合进入热固性环氧树脂，提供了从低温开始直至热固温度均对微波加热有良好的敏感性的树脂材料。

本发明的一个目的在于提供一种改进的复合材料。

本发明的第二方面提供了一种复合材料，所述复合材料包含含有磁铁矿颗粒的热固性环氧树脂基质和铺敷好的碳纤维增强体。

碳纤维增强材料提供了低温微波敏感性而热固性环氧树脂中包含磁铁矿颗粒则提供了较高温度下的微波敏感性。必要时可向环氧树脂中加入额外的导电性碳材料。

本发明的一个目的在于提供一种改进的形成复合材料制品的方法。

本发明的第三方面提供了一种形成复合材料制品的方法，所述方法包括以下步骤：提供包含至少一种含有磁铁矿颗粒的热固性环氧树脂的基质材料，提供基本为微波透射材料的模具，提供碳纤维增强材料，在模具中铺敷基质材料和增强材料，并对铺敷好的材料施加微波辐射，从而进行树脂的热固化。

以该方式，树脂的微波加热引起了热固化，而且磁铁矿颗粒的存在与碳纤维增强材料的存在一起提供了上述碳和磁铁矿的组合的增效微波受体作用。

本发明的第四方面提供了一种用于模制复合材料制品的模具，所述模具包含由基本上可被微波辐射透过的材料形成的模具主体和在其工作表面上或邻近其工作表面处具有微波受体的工具面。

以该方式，在将复合材料铺敷在模具上并施加微波能时，模具本身吸收了极少的微波能，而通过在模具表面上或邻近模具表面处提供微波受体，将局部地吸收微波能，并且将引发促使至少在复合材料外侧模线处进行热固化的局部加热。

本发明的第五方面提供了一种制造用于模制复合材料制品的模具的方法，所述方法包括以下步骤：提供基本为微波透射材料的模具主体，提供工具面和将微波辐射吸收材料纳入工具面中，或者将微波辐射吸收材料施加在工具面的工作表面上。

本发明的其它优点将在所附的权利要求书中加以阐述。

附图说明

现将通过实施例并参照附图具体描述本发明各方面的实施方式，其中：

图1a和图1b是纤维增强复合材料的基质相和增强相的示意图；

图2是复合材料的示意图；

图3是本发明的模具的示意性截面图；

图4是本发明的另一模具的示意性截面图；和

图5是图4所示的模具的示意性截面图，其中显示了在该模具上铺敷有复合材料。

具体实施方式

图1a和图1b分别示出了碳纤维复合材料的基质相和增强相。基质相10包含具有以1体积％～5体积％分散在其中的磁铁矿颗粒12的热固性环氧树脂。磁铁矿颗粒的尺寸优选为5纳米～100纳米。