[发明专利]复合结构用表面膜以及其制造方法

说明书

背景技术

本发明一般来说涉及复合表面膜。更具体地，本发明涉及纤维增强型聚合物基质复合结构用表面膜。

纤维增强型聚合物基质复合物(PMC)是常用于需要对侵蚀性环境具有抗性、高强度和/或低重量的应用中的高性能结构材料。这些应用的实例包括飞行器组件(例如尾、翼、机身和推进器)、高性能汽车、船体和自行车架。

航空航天工业中使用的常规复合结构通常包括表面膜以在上漆之前向复合结构提供所需性能特征。使用这些表面膜以提高结构零件的表面质量，同时减少劳动力、时间和成本。在制造结构零件期间，表面膜通常与聚合物基质复合材料共同固化。然而，常规表面膜并不怎么能抗用于脱漆目的的商业脱漆溶液，如苯甲醇基溶液。那些脱漆剂可导致表面膜膨胀和/或鼓泡并且可使重漆工艺更麻烦。因此，需要可耐受使用常规脱漆溶液进行重复脱漆以允许复合结构重漆和在使用寿命内持久的漆粘附性，并且还可以耐受对紫外线(UV)辐射的曝露的表面膜。

发明内容

本发明提供一种由可固化组合物形成的表面膜，所述可固化组合物包括：具有多于一个环氧官能团的环氧酚醛清漆树脂；三官能或四官能环氧树脂；陶瓷微球；潜伏性胺基固化剂；作为流动控制剂的微粒无机填料；以及至少一种选自由以下组成的群组的增韧剂：(a)通过环氧树脂、双酚和弹性体的反应形成的预反应加合物；(b)聚醚砜(PES)和聚醚醚砜(PEES)的共聚物；(c)核-壳橡胶(CSR)颗粒；以及其组合。在固化后，所得热固性表面膜的玻璃化转变温度(T_g)≥180℃，并且如根据ASTM D-3363测量，表面铅笔硬度大于7H。

本发明还提供一种具有在纤维增强型树脂基复合衬底上形成的表面膜的复合结构，以及一种制造所述复合结构的方法。表面膜可以与树脂基复合衬底在250℉-355℉(或120℃-180℃)范围内的温度下共同固化。

附图说明

根据以下对本发明的各个方面的详细描述，结合描绘本发明的各个实施例的所附附图，将更容易地理解本发明的特征。

图1示意性展示根据本发明的一个实施例在模制工具上形成具有表面膜的复合结构。

具体实施方式

典型的用于航空航天复合零件的环氧基表面膜当暴露于常规醇基脱漆剂(例如苯甲醇基溶液)以及紫外线(UV)辐射时经常受影响。已经设计了经改善的表面膜以克服这些问题。已调配经改善的表面膜组合物以得到高T_g和高交联密度。已发现高T_g和高交联密度的组合使得表面膜对醇基脱漆剂溶液(例如苯甲醇基溶液)具有高的抗性。为了实现这些性质，表面膜组合物是基于以下的组合：某些多官能树脂、用于树脂基质增韧的聚合增韧组分、潜伏性胺基固化剂、作为流体屏障组分的陶瓷微球，以及作为流变学改性组分的微粒无机填料。多官能树脂和陶瓷微球构成总组合物的50重量％以上，优选60重量％以上。现在，接下来将是对表面膜组合物的组分的详细描述。

多官能树脂

表面膜组合物含有至少两种多官能环氧树脂，一种是具有大于一个环氧官能团的环氧酚醛清漆树脂。第二种环氧树脂是非酚醛清漆多官能环氧树脂，优选为四官能或三官能环氧树脂(即，每个分子具有三个或四个环氧官能团的环氧树脂)。

合适的环氧酚醛清漆树脂包括具有以下化学结构(结构I)的苯酚-甲醛酚醛清漆或甲酚-甲醛酚醛清漆的多缩水甘油基衍生物：

其中n＝0至5，并且R＝H或CH₃。当R＝H时，树脂是苯酚醛清漆树脂。当R＝CH₃时，树脂是甲酚酚醛清漆树脂。前者可作为DEN428、DEN431、DEN438、DEN439和DEN485从陶氏化学公司(Dow Chemical Co.)商购获得。后者可作为ECN1235、ECN1273和ECN1299从汽巴-嘉基公司(Ciba-Geigy Corp.)商购获得。其它可以使用的合适的酚醛清漆包括来自塞拉尼斯聚合物特制品公司(Celanese Polymer Specialty Co.)的SU-8。在一个优选实施例中，环氧酚醛清漆树脂在25℃下的粘度为4000-10,000mPa·s并且环氧当量重量(EEW)为190-210克/当量。