纤维强化的聚异氰脲酸酯部件及其制造方法技术

本发明专利技术涉及纤维复合部件及其制造方法，该纤维复合部件通过用由多异氰酸酯、多元醇、三聚催化剂以及任选添加剂组成的反应性树脂混合物浸透的纤维而得到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纤维强化的聚异氰脲酸酯部件及其制造方法本专利技术涉及耐热的、纤维强化的聚异氰脲酸酯部件，其能够通过使用反应性树脂混合物使纤维浸透而得到，所述反应性树脂混合物由多异氰酸酯、多元醇、三聚催化剂以及任选存在的添加剂构成，本专利技术还涉及这些部件的制造方法。DE102009058101A1描述了在风力涡轮机中使用层结构，其中将聚氨酯用作塑料。异氰酸酯基团的数量与对异氰酸酯具有反应性的基团的数量之比优选为0.9-1.5。在实施例中，异氰酸酯基团的数量与对异氰酸酯具有反应性的基团的数量之比为约1.02。该方法的缺点在于该混合物的粘度相对较高，因此含该塑料的纤维层相对难以制造。WO2011/081622A1描述了用于复合结构的聚氨酯组合物。该复合结构可用于风力涡轮机的转子叶片。OH/NCO之比为至少1，即存在与NCO基团至少同样多的OH基团。该方法的缺点在于其粘度相对较高，并且加工期非常短；对于大型部件而言，这使得实施加料过程困难得多。纤维强化的塑料被用作构造材料，这是因为这些塑料具有高机械强度，并兼具低重量。在此，基体材料通常由不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂构成。纤维复合材料可例如用于航空器构造、用于汽车构造或用于风力涡轮机的转子叶片中。可利用用于制造纤维复合部件的已知方法，例如手动层压法、注塑法、树脂注塑法（树脂传递模塑法）或真空辅助灌注法(例如VARTM(真空辅助树脂传递模塑法))或预浸渍技术。特别优选真空辅助灌注法，这是由于其可制造大型部件。但是，迄今为止已知的方法的缺点在于反应性树脂混合物的硬化耗费非常长的时间，这导致生产率低。为了提高生产率，必需减少制造周期时间。因此，重要的是反应性树脂混合物具有非常低的粘度，并经过长时间保持低粘度，使得其快速且完全地浸透纤维。另一方面，应使固化时间尽可能短，以此减少周期时间。由此可显著缩短纤维复合部件的制造时间。出于经济性的原因，希望低的硬化温度以节约能量成本。同时，应使纤维复合部件具有高耐热性，这是因为它们可能例如通过太阳光而被强烈加热，并必须防止机械稳定性损失。因此，本专利技术的目的是提供能够使纤维良好的浸透和润湿，同时确保快速的硬化和良好的耐热性的基体材料。出人意料地，所述目的通过能够从纤维层和从反应性树脂混合物得到的纤维复合部件而实现，所述反应性树脂混合物由多异氰酸酯、多元醇、三聚催化剂以及任选存在的常规添加剂构成，其中选择异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比以形成聚异氰脲酸酯物质。聚异氰脲酸酯(PIR)通过异氰酸酯基团的三聚化而形成。异氰脲酸酯环是非常稳定的。PIR结构通过强碱，特别是通过碱金属乙酸盐和碱金属甲酸盐的催化而形成。该反应已知用于PIR硬质泡沫物质的制造。在此，异氰酸酯初始优选与多元醇反应而得到聚氨酯，在进一步的反应过程中，当大多数OH基团已被反应消耗时，形成聚异氰脲酸酯。出人意料地，还可将该反应用于紧密的、光学透明的、纤维强化的PIR片的制造，所述PIR片具有良好的耐热性。本专利技术提供包含用聚异氰脲酸酯浸透的纤维层的纤维复合部件，其中聚异氰脲酸酯能够从包含以下的反应混合物得到：A)一种或多种多异氰酸酯，B)一种或多种多元醇，以及C)一种或多种三聚催化剂，其中异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.6-6.0。优选地，异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.8-4.0，特别为2.1-3.5。三聚催化剂引发并加速异氰酸酯基团的三聚化而得到异氰脲酸酯基团。优选地，所述反应混合物不包含环氧树脂。优选地，本专利技术复合部件在含聚异氰脲酸酯的纤维层的两面之一上具有所谓的间隔材料层，并任选具有紧接间隔层之后的含聚异氰脲酸酯的附加的第二纤维层，该第二纤维层优选包含与首先提及的纤维层相同的聚异氰脲酸酯。优选的纤维复合部件在首先提及的含聚异氰脲酸酯的纤维层的两面中的另一面上具有一个或多个保护层和/或装饰层。所述保护层优选是指一个或多个凝胶涂层，其优选由聚氨酯(PUR)树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂构成。优选的纤维复合部件在含聚异氰脲酸酯的纤维层的与凝胶涂层相反的一面上具有所谓的间隔层，接着是另一含聚异氰脲酸酯的纤维层，其优选包含与首先提及的纤维层相同的聚异氰脲酸酯。例如，所述间隔层由轻木（Balsaholz）、PVC泡沫、PET泡沫或PUR泡沫构成。所述间隔层可存在于纤维层的整个区域上或在该区域的部分上。其厚度可进一步在所述区域上变化。特别优选的是在纤维层中包含由以下构成的聚异氰脲酸酯的纤维复合部件：60-90重量%，优选为65-85重量%的多异氰酸酯(A)、10-40重量%，优选为15-35重量%的多元醇(B)和0.01-2重量%，优选为0.1-1重量%的三聚催化剂(C)，其中所述组分的重量比例的总和为100重量%。所述纤维复合部件的纤维含量基于所述纤维复合部件的总重量，优选为大于50重量%，特别优选为大于65重量%。在例如玻璃纤维的情况下，可随后使用灰化来测定纤维含量，并可控制称重。所述纤维复合部件，优选玻璃纤维复合部件是光学透明的，因此可以光学测试所述部件的缺陷(例如空气嵌入)。根据ISO13468-2的所述玻璃纤维复合部件的光学透明度优选为大于20%，特别优选为大于60%，非常特别优选为大于80%。本专利技术还提供用于制造本专利技术纤维复合部件的方法，其中a)制备包含以下的混合物：A)一种或多种多异氰酸酯，B)一种或多种多元醇，以及C)一种或多种三聚催化剂，其中异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.6-6.0，b)在半模中预先放入纤维材料，c)将在a)中制备的混合物加入b)的纤维材料中以制备浸透的纤维材料，d)使所述浸透的纤维材料在20-120℃，优选70-100℃的温度下硬化。优选地，异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.8-4.0，并且特别为2.1-3.5。优选地，在a)中制备的混合物不包含环氧树脂。优选地，在加入纤维材料之前向半模提供脱模剂。在加入纤维材料之前，可将其它保护层或装饰层，例如一个或多个凝胶涂层加入半模。在一个优选实施方案中，将所谓的间隔层施加至已位于半模中的纤维材料上，并将例如由纤维垫、纤维织物或纤维网格布形成的其它纤维材料层施加至所述间隔层上。然后将聚异氰脲酸酯混合物倒入这些层中。所述间隔层例如由轻木、聚氯乙烯(PVC)泡沫、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫或聚氨酯(PUR)泡沫构成。优选地，在将纤维材料放入半模之后，将箔放置在纤维材料上，在箔和半模之间产生真空，并通过该箔加入反应混合物(真空辅助树脂转移模塑(VARTM))。该方法还可制造大型部件，例如风力涡轮机的转子叶片。如有必要，还可在箔和纤维材料之间加入所谓的流动助剂(例如以耐压但可树脂渗透的垫的形式)，这些可进而在硬化过程之后被去除。在同样优选的RTM(树脂转移模塑)方法中，通过相对的半模闭合模具，而非通过真空密封的箔，并且任选在压力下将树脂混合物加入模具。本专利技术中使用的反应性树脂混合物具有低粘度和长加工时间，并在低硬化温度下具有短硬化时间，由此允许纤维复合部件的快速制造。本专利技术中使用的反应性树脂混合物的另一优点是改进的加工性能。所述反应性树脂混合物可在低温下制备和加工。这使得组分的硬化缓慢。所述反应性树脂混合物的组分可在20-50℃，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
纤维复合部件，其包括含聚异氰脲酸酯的纤维层，其中所述聚异氰脲酸酯能够从包含以下的反应混合物得到：A) 一种或多种多异氰酸酯，B) 一种或多种多元醇，以及C) 一种或多种三聚催化剂，其中异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.6‑6.0。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.21 EP 11186132.41.纤维复合部件，其包括含聚异氰脲酸酯的纤维层，其中所述聚异氰脲酸酯能够从包含以下的反应混合物得到：A)一种或多种多异氰酸酯，B)一种或多种多元醇，以及C)一种或多种三聚催化剂，其中异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.6-6.0，其中所述三聚催化剂是叔胺的盐。2.权利要求1的纤维复合部件，其中将潜在反应性三聚催化剂用作催化剂C)。3.权利要求1或2的纤维复合部件，其中所述叔胺选自：三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、二甲基环己基胺、二甲基苯甲基胺、二丁基环己基胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺、二乙基乙醇胺、乙基二乙醇胺、二甲基异丙醇胺、三异丙醇胺、三亚乙基二胺、四甲基-1,3-丁烷二胺、N,N,N',N'-四甲基乙二胺、N,N,N',N'-四甲基己烷二胺-1,6、N,N,N',N',N"-五甲基二亚乙基三胺、双(2-二甲基氨基乙氧基)甲烷、N,N,N'-三甲基-N'-(2-羟乙基)乙二胺、N,N-二甲基-N',N'-(2-羟乙基)乙二胺、四甲基胍、N-甲基哌啶、N-乙基哌啶、N-甲基吗啉、N-乙基吗啉、1,4-二甲基哌啶、1,2,4-三甲基哌啶、N-(2-二甲基氨基乙基)吗啉、1-甲基-4-(2-二甲基氨基)哌啶、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯和1,5-二氮杂双环[4.3.0]-5-壬烷。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：S林德纳，K弗兰肯，D帕斯曼，P诺德曼，
申请(专利权)人：拜耳知识产权有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE