[发明专利]快速固化的高玻璃化转变温度环氧树脂体系

说明书

一种双组分可固化环氧树脂体系，其具有环氧组分，所述环氧组分含有两种或两种以上环氧树脂与至少一种为环氧酚醛类型树脂的环氧树脂的独特组合。由此类树脂体系制备的复合材料显示高玻璃化转变温度。

技术领域

本发明涉及一种环氧基组合物以及用于制备纤维增强复合材料的方法。

背景技术

由于许多原因，在一些情况下，用增强有机聚合物替换金属结构部件可能是有利的。在增强有机聚合物提供的优点中包括更好的耐腐蚀性、产生具有复杂几何结构的部件的能力，并且在某些状况下，优良的强度重量比。正是这种最后一个属性已经引导，并继续引导，在交通运输行业中采用增强聚合物作为金属结构元件(如底盘构件及其它结构支撑件)的替代。

环氧树脂体系有时用作在此类复合材料中的聚合物相。固化的环氧树脂通常是非常坚固和刚性的，并且很好地粘附到增强物。与大多数热塑性体系相比，环氧树脂体系的优点是低分子量、低粘度前体用作起始材料。低粘度是重要属性，因为它使得树脂体系易于在纤维之间穿透并且浸湿纤维，所述纤维通常形成增强物。这对避免外观瑕疵如流线以及产生高强度复合材料是必需的。

尽管这些聚合物复合材料的潜在优点，它们已经实现还是仅较少渗透到汽车市场中。对此的主要原因是成本。可使用极便宜的冲压方法生产金属部件，此方法具有以高操作率生产部件的进一步的优点。另一方面，聚合物复合材料必须在一些种类的模具中生产，其中保持聚合物和增强纤维直至聚合物固化。对于这个固化步骤所需要的时间直接地影响生产率和设备利用率，并且因此影响成本。用于制备这些复合材料的环氧树脂体系需要长模具内停留时间，并且因此生产成本已经在最大程度上不可与金属部件竞争。因为这一点，使用环氧树脂复合材料替换金属部件已经很大程度上受限于低生产运行媒介。

认为对于环氧复合材料模具内固化时间需要被减小到约3分钟至5分钟的范围内，以变得可与高生产量媒介的冲压金属部件竞争。

选择用于制备这些纤维增强复合材料的制造方法是树脂-传递方法或其变型中的一个，其变型如真空-辅助树脂传递模塑(VARTM)、西曼复合材料树脂熔渗模塑法(SCRIMP)、间隙树脂传递模塑(也被称作压缩RTM)以及湿法压缩模塑。在中这些方法中，增强纤维形成预成型体，其被放置并且用环氧树脂组分和硬化剂的混合物浸渍，其围绕纤维并且在纤维之间流动，并且在模具中固化以形成复合材料。

这些方法中的模具填充步骤通常需要15秒至60秒或甚至更多，这取决于使用的部件和具体设备的尺寸。在整个模具填充过程中，树脂体系必须维持足够低的粘度以使其在增强纤维之间流动并且完全填充模具。经调配以快速固化的树脂体系还倾向于非常快速地建立粘度。如果纤维被预热，通常是树脂体系可在与加热的纤维接触点处极快速地反应的情况。伴随这种过早固化的粘度增加，使得环氧树脂体系难以在纤维之间穿透以及将其润湿。这将导致模塑具有外观(例如可见流线)至结构(出现空隙和/或固化的树脂对增强纤维的较差粘附力，其中的每个均导致物理特性的损耗)范围内的问题。

太快速粘度建立的问题通常无法通过增加操作压力(即，用来将树脂体系引入到模具中的力)来解决，因为这样做可以在模具内围绕增强纤维移动。这造成在整个部件中的不一致特性以及总体上普遍减弱复合材料。因此，在树脂传递模塑(以及相关的)方法中使用的环氧树脂体系应不仅具有低初始粘度和快速固化，但此外应在固化起始阶段期间缓慢建立粘度。

另一重要考虑是固化的树脂的玻璃化转变温度。对于固化的环氧树脂体系，玻璃化转变温度随着聚合反应进行而增大。对于树脂通常理想的是开发超过模具温度的玻璃化转变温度，因此可以在没有损害的情况下使部件脱模。在一些情况下，聚合物必须另外获得对于部件的足够高的玻璃化转变温度以在其预定用途中恰当地表现。因此，除已经描述的固化属性之外，环氧树脂体系必须是可在充分的固化时获得必需玻璃化转变温度的环氧树脂体系。