[发明专利]快速固化环氧树脂组合物

说明书

在此披露了包含环氧组分和固化剂组分的环氧树脂组合物，其中该固化剂组分是至少一种氨基烷基咪唑固化剂，并且其中该环氧组分和该固化剂组分在约100℃至约130℃的温度下一起反应以在约10分钟或更短的时间内形成基本上固化的反应产物。进一步披露了由此类环氧树脂组合物形成的复合产物。

背景技术

本专利申请要求2015年6月2日提交的未决的英国专利申请序列号1509525.0的优先权，通过援引方式以其全文并入本申请。

本披露总体上涉及用于制造复合零件的环氧树脂组合物，并且更具体地涉及适用于高压树脂传递模制应用的快速固化环氧树脂组合物。

众所周知，环氧树脂组合物或体系在粘结或浸渍各种材料如玻璃纤维、碳纤维垫或编织物以及其他增强材料方面具有非常有价值的应用。用于复合结构的制造技术也是已知的并且可以变化。实际的模制条件是相当多样化的。事实上，存在不同的树脂体系用于高压或低压模制(例如在部分真空下)以改善到增强物的树脂渗入。

树脂传递模制(‘RTM’)是日益普遍的模制形式，其中在压力下将催化的低粘度树脂组合物泵送入模具中，在边缘处置换空气直到该模具被填充。在树脂注入之前，可以用纤维预制件或干纤维增强物装填该模具。一旦该模具被树脂填充，树脂固化周期开始，其中将该模具加热到约100℃或更高的温度，并且该树脂聚合成刚性状态。

在汽车行业，高压树脂传递模制(‘HP-RTM’)是OEM和其供应商使用的制造汽车结构的制造解决方案的一种。这种设备典型地采用具有闭环控制的智能或计算机化填充工艺以及具有用于监测内部模具压力的传感器设备的高压计量系统。采用闭环控制，可以管理并且控制树脂注入。在该模具闭合之后，施加高压缩力并且在约30巴至约100巴(atm)的高压下注入该树脂，从而完成浸渍并且固化该树脂。

为了满足制造需求，所使用的树脂体系需要具有在约100℃至约130℃的典型模塑温度下约10分钟或更少、优选约5分钟或更少的固化时间，并且产生基本完全固化的复合零件，这些复合零件具有大于130℃的树脂玻璃化转变温度而不使用后固化或多官能树脂。通过使用适当的固化剂和环氧树脂的交联反应制备的用于制造此类复合零件、特别是热固性聚合物复合零件的树脂体系令人希望地具有以下特性：(a)适用于HP-RTM的低粘度(例如，在约120℃的注入温度下约为120mPas或更低)；(b)快速固化反应速率(例如，在120℃下约5分钟或更少或在130℃下约3分钟或更少)；(c)在反应周期结束时基本完全固化(例如，固化约95-100％)，并且因此在模制后不需要后固化；以及(d)具有高树脂Tg(例如，大于约120℃)和高复合Tg(例如大于约130℃)。然而，本领域技术人员认识到配制具有制造复合结构所希望的所有特性的环氧树脂组合物是困难的。

不同的树脂体系或配制品是已知的并且可以使用很多年。这些体系典型地包含一种或多种环氧树脂如环氧酚醛清漆树脂和/或酚，尤其如基于双酚-A(‘BPA’)和双酚-F(‘BPF’)的那些。然而，所使用的环氧树脂会影响该树脂体系的不同性质，如该体系的机械特性和粘度。

该树脂配制品还包含硬化剂或固化剂如聚乙烯亚胺、环脂族酸酐、二氰胺(‘DICY’)、咪唑和胺如二亚乙基三胺(‘DETA’)和1,3-双(氨基甲基)环己烷(‘1,3-BAC’)。该树脂配制品还可以要求促进剂或催化剂以促进该固化剂与该环氧组分的反应性。然而，环氧树脂、硬化剂和催化剂的组合可能对需要在HP-RTM模制制造工艺中起作用的上述特性产生负面影响。因此，需要适用于HP-RTM制造工艺的快速固化环氧组合物，这些快速固化环氧组合物满足低粘度、快速固化和高树脂Tg的制造要求。这些需要通过如下所描述的并且由后面的权利要求书限定的本发明的实施例来解决。

发明内容