[发明专利]聚合物复合材料制品

说明书

技术领域

本公开涉及一元(unitary)聚合物复合材料制品以及用垫和颗粒(例如，碳化硅颗粒和玻璃纤维垫)经由树脂灌注(resin infusion)生产聚合物/树脂复合材料的方法和/或系统。某些实施方式涉及用于泵、泵组件和其它机械部件的制品。某些实施方式涉及制造用于泵、泵组件和其它机械部件的复合材料的方法和/或系统。这些复合材料用于采矿工业、化学工业、烟道气脱硫(例如在发电厂中)、脱盐和/或其它应用领域。

相关申请的交叉引用

本申请要求Humphries等人于2012年1月26日提交的名为“Polymer Composites”的美国临时申请第61/591,126号以及Humphries等人于2012年5月4日提交的名为“Polymer Composites”的澳大利亚临时申请第2012901819号的优先权，这些申请的每个通过引用以其整体并入本文。本申请还与Humphries等人于2012年1月26日提交的名为“Polymer Composite”的国际PCT申请相关。该PCT申请也通过引用以其整体并入本文。

背景技术

从模铸矿物组合物制备用于耐腐蚀和/或耐磨损环境的机械部件的方法在本领域是已知的。诸如泵和泵组件的机械部件在若干工业领域有所应用。通常，制造此类模铸矿物部件的方法包括预混合树脂组合物与耐磨填料，然后将所得浆料添加至浇铸工具，随后用热使浆料固化，生成矿物模制部件。

一种已知的制造矿物模铸部件的方法包括在高于20℃的温度和80mbar的压力下在可加热式抽真空快速混合机中预混合树脂/填料体系的浆料。然后在预热的铸型中进行浇铸。在第一固化步骤中，将铸件在退火炉中在高于60℃的温度下轻微固化。在第一固化步骤之后，在去铸模操作台中将铸件从铸模中移出，并且可根据需要对铸件进行机械再加工和清洗。随后，将铸件转移回退火炉中并在高于120℃的温度完全固化。

另一制备工艺包括浇铸如下的矿物复合材料制品：其由多壳结构层组成，而且如果需要，其可以是预压制的增强件。然而，由于要连续浇铸各层壳，这些方法具有很高的生产成本。

然而，用于浇铸聚合物/树脂复合材料的现有方法存在若干缺点。例如，混合用于传统浆料浇铸的树脂/填料的量需要在批量工艺中混合过量的材料以确保模具被完全填充。这经常导致浪费并给制造商造成额外成本。现有体系需要处理可能有害的树脂和溶剂并将这些化学品暴露于大气。这对工作人员的安全和空气质量控制问题产生影响。混合和泵送树脂/填料浆料所需的设备随时间经历严重磨损。这又增加了制造商的成本。此外，由于浆料混合物的粘度较高，浆料浇铸(slurry casting)对于用具有复杂形状、在铸模形状中具有锐角、转角和/或转弯的铸模制备复合材料而言用途较小。浆料浇铸还要求在混合与填充步骤中使用过量树脂，该过量树脂随后在固化后被去除，或者当固体填料沉降在工具中时以液体形式被撇去。在环境固化系统情况中，这种过量树脂不能被再循环。在热固化系统情况中，这种树脂可再使用，但这并非是理想的解决方案，原因在于浆料必须被连续混合，并且如果放置太久则可能会受到不利影响。浆料浇铸还往往将过量且不需要的气眼引入到固化成品中。使用浆料浇铸，在工业上不可能将浆料大量灌注到模制工艺中常用的玻璃纤维垫或碳纤维垫中。

本公开涉及克服和/或减轻现有技术中的至少一种或多种缺点，根据本文的描述这将是显而易见的。本公开还提供如本文所讨论的其它优势和/或改进。

发明内容

某些实施方式涉及可用于制造垫/聚合物/填料复合材料的方法和系统，所述方法和系统使用被灌注到颗粒基质和垫中随后固化的树脂来生产制品(elements)。这些一元聚合物复合材料制品可用于高耐腐蚀和/或耐磨损环境中。

某些实施方式涉及一种制造模制复合材料制品的方法，包括以下步骤：a)将至少一层垫提供给模具；b)用颗粒将模具填充至预定的水平；和c)将树脂组合物灌注到填充有颗粒和所述至少一层垫的模具中，以形成复合材料。

某些实施方式涉及一种制造模制复合材料的方法，包括以下步骤：a)将至少一层垫提供给模具；b)用颗粒将模具填充至预定的水平；c)将树脂组合物灌注到填充有颗粒和所述至少一层垫的模具中，以形成复合材料；其中所述复合材料包括20wt%～80wt%的树脂组合物和80wt%～20wt%的颗粒；d)将该复合材料固化以形成模制的复合材料制品，其中所述制品基本不含气眼。