[发明专利]用于粘合纤维材料的液体粘合剂组合物

说明书

背景技术

已将纤维增强聚合物复合材料用于建造通常在海洋、汽车、航天以及建筑工业中的负荷承载物品。这些复合材料通常含有纤维增强材料，例如嵌入固化基质树脂中的玻璃纤维以及碳纤维。

传统上，纤维增强聚合物复合材料由树脂浸渍纤维的预浸体薄片层合、模塑以及固化而制成。预浸体中的树脂含量很高，通常为20重量％-50重量％。控制预浸体的性质和质量以控制韧度、强度、柔性等。可将预浸体薄片切成较小尺寸，以层合在给定物品的结构中。

近年来，已使用树脂灌注技术制造原本难以使用常规预浸渍技术制造的复杂形状结构。树脂灌注技术包括树脂转移成形(RTM)、液体树脂灌注(LRI)、真空辅助树脂转移成形(VARTM)、用柔性工具进行树脂灌注(RIFT)、真空辅助树脂灌注(VARI)、树脂膜灌注(RFI)、大气压控制树脂灌注(CAPRI)、VAP(真空辅助工艺)以及单行注射(SLI)。树脂灌注与常规预浸渍技术的不同在于，干燥的结构增强纤维作为预形体配置于模具中，然后以树脂基质直接原位注射或灌注所述预形体。树脂灌注后，树脂灌注预形体经固化形成坚固的复合材料部件。预形体通常由多层纤维材料(例如单向纤维或织造物)组成，所述材料经由层合工艺组装形成预定形状并通过缝合、钉接或使用粘合剂粘合固定住。预形体制造通常需将干燥织物或纤维切割(或分割)成特定尺寸和/或形状。这些常规纤维产品的局限在于无法在不使边缘变形以及磨损的情况下分割并且经由自动化铺迭工艺施加这些产品。

已出于各种目的将粘合剂用于制造干燥预形体，例如为增强纤维提供内聚力、粘合增强纤维层以及提供粘性，以便纤维材料在层合工艺期间留在固定位置。虽然存在市售粘合剂(例如溶剂型粘合剂以及呈粉末形式的粘合剂)，但各类粘合剂均有缺点。正因如此，仍需要可以环境友好方式施加并且可改良用于制造干燥预形体的纤维材料的处理、分割以及成形的粘合剂组合物。

发明内容

本文揭示一种适用于粘合欲用于制造干燥预形体的纤维材料的液体粘合剂组合物。所述液体粘合剂组合物是一种含有(a)一或多种多官能环氧树脂、(b)至少一种热塑性聚合物、(c)一或多种选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及其组合的表面活性剂以及(d)水并且基本上不含有机溶剂的水性分散液。此外，所述粘合剂组合物经调配以具有可在环境温度(20℃-25℃)下通过浸涂或喷涂来施加的固体含量以及粘度水平。已发现，纤维材料中存在所述粘合剂组合物可改良纤维材料的处理、分割以及成形。此外，所述粘合剂组合物尤其适于处理欲用于自动化铺迭工艺中的纤维材料。本文还揭示制备所述粘合剂组合物的方法。

附图说明

图1为显示根据一个实例制备的经粘合剂涂覆的碳面纱的显微照片。

具体实施方式

本发明提供一种待引入构成预形体的纤维材料中的液体粘合剂组合物。所述粘合剂组合物可以环境友好方式施加，并且可改良用于制造干燥预形体的纤维材料的处理、分割以及成形。就具有复杂形状的预形体而言，纤维材料中的粘合剂组合物可使预形体在以液体基质树脂注射所述预形体期间保持其形状。希望所述粘合剂组合物不阻碍层合操作或复合材料制造，且特定来说，树脂注射过程。此外，所述粘合剂组合物通常不应影响衍生自所述预形体的所得复合材料的机械性能，也不应显著降低所述复合材料的玻璃转化温度(T_g)。为此，本发明液体粘合剂组合物经调配以便与待注入预形体中的树脂基质(尤其环氧基树脂)在化学上相容。

本发明粘合剂组合物是一种含有(a)一或多种多官能环氧树脂、(b)至少一种热塑性聚合物、(c)一或多种选自阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及其组合的表面活性剂、(d)水，并且基本上不含有机溶剂的水性分散液。所述粘合剂组合物中也可包括任选地添加剂，例如有机或无机填料以及消泡剂。

所述液体粘合剂组合物优选通过高剪切乳化工艺生产，并且具有以下性质：固体含量在以所述组合物的总重量计45％-70％的范围内，并且粒度分布在50nm-10000nm的范围内。

已展示出，由乳化工艺生产的粘合剂乳液在上述固体含量下可稳定若干周，并且可在经去离子水稀释后得到较低固体含量(例如0.1％-10％)的稳定乳液。因此，当所述乳液已充分稀释到达到适于制造预形体的低固体含量时，可将所述粘合剂乳液施加到用于制造预形体的纤维材料上。