[发明专利]环氧复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造环氧复合材料的方法。

发明背景

本发明人要求一种用于漂浮并且用作深海应用中的结构元件的、强度格外高且均匀的合成泡沫。已测试了各种商业泡沫并且全都不能满足适当的FofS（安全系数）。认为这些材料的失效部分是由于这些材料的不均匀性，从而导致该材料的不同部分中强度特征是变化的。这些商业泡沫趋向于首先在一侧失效和/或形成严重裂缝。在需要相当大块的泡沫以便提供漂浮和这种应用的结构整体性时，本发明人认为商业泡沫的低FofS和不均匀的强度是主要的缺点。

通过将一种环氧预聚物、一种固化剂和一种填料进行组合并允许所得混合物进行固化，可以制备环氧复合材料。该填料起到了多种作用中的一种或多种，包括增大刚度、增大强度、改进抗裂性并且减小固化后复合材料的密度，如果使用低的填料水平，则对特性的改进可能达不到要求。而且未固化的混合物可能具有较低的粘度。这可以允许填料的局部分离（是由于填料与环氧预聚物的不同密度），从而产生具有不均匀特性的固化后复合材料。

通过提高该混合物中的填料水平可以解决这些问题。但是这引起了新的问题。提高填料水平导致该固化后混合物的粘度升高。为实现均匀的产物而搅拌该混合物可能导致夹带大量空气，这可能在固化后的复合材料中产生空隙。这些空隙会不利地影响固化后的复合材料的物理性质（强度等等）。在混合时施加真空可以部分解决这个问题，然而，具有高填料负荷的未固化复合材料的高粘度可能导致难以去除所有气泡。

因此需要一种在允许较高填料负荷的同时减少或消除空隙的、制备环氧复合材料的方法。

发明目的

本发明的一个目的是基本上克服或至少改善以上一项或多项缺点。本发明的另一个目的是至少部分地满足以上需求。

发明概述

在本发明的第一方面，提供了一种用于制备环氧复合材料的方法，该方法包括将一种环氧预聚物、一种固化剂和一种微粒填料进行组合而形成一种可固化混合物；搅拌该混合物以使之是基本上均匀的；并且对该混合物施加压力以减少或消除该混合物中的气穴（gas pockets）。在本发明的背景下，术语“减少”是指气穴尺寸（例如，体积）的减少。应该将压力维持到该可固化混合物被固化而形成该环氧复合材料。这个搅拌步骤、以及任选地还有组合步骤，可以在非空气的气氛中进行。

可以将以下选择与该第一方面联合使用，单独地或以任何适当的组合方式。

对混合物施加的压力可以是至少约7000kPa，或者可以是约7000至约15000kPa。替代地可以是约2000至约7000kPa。与使用较高压力而制备的复合材料相比，可以使用较低的压力来制备在较低压力下使用的复合材料。这个压力可以等压地施加。它可以按流体静力学方式施加。该预聚物和固化剂可以是使得该可固化混合物在20°C下的工作时间为至少约1小时、或至少约6小时、或至少约1天。它们可以是使得该可固化混合物在约20°C下不固化，或是使得它在约20°C下在至少约1天或至少约1周的时间内不固化。

这种组合可以伴随着该可固化混合物的一种或多种组分的冷却、或在该冷却之后进行。例如这种组合可以包括冷却该预聚物然后添加该固化剂和微粒填料。这种冷却可以是在约0至约10°C、例如至约3°C的温度下。

进行搅拌并且任选地还有进行组合时的这种非空气的气氛可以是其在该可固化混合物中的溶解度高于在相同温度下空气在该可固化混合物中溶解度的一种气氛。该非空气的气氛可以包含按摩尔计至少约50%的氩气。它可以是一种焊接气体。它可以包含约93%的氩气和约5%的二氧化碳。它可以包含约2%的氧气。它可以包含约93%的氩气和约7%的二氧化碳。

这个施加压力的步骤可以如下进行：使得该混合物不暴露于空气中。它可以在如以上说明的非空气的气氛中进行。它可以在被保护层或阻挡材料环绕的情况下进行，该保护层或阻挡材料抑制或防止空气和/或该非空气的气氛进入该混合物。它可以通过环绕的流体（液体或空气）来等压地施加，并且该保护层或阻挡材料可以抑制或防止该环绕的流体进入该混合物。