用于复合结构的树脂制造技术

本发明专利技术涉及用于制备复合部件的树脂前体组合物，所述组合物包含异氰酸酯组分，该异氰酸酯组分包含选自二苯基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯的聚合异构体、及它们的混合物的材料。所述树脂前体组合物还包含至少一种官能度为３的聚醚多元醇，其量使异氰酸酯组分对该至少一种聚醚多元醇的比率为约８０％－１１５％化学计量。该树脂前体组合物还包含脱模材料和填料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于复合结构的树脂相关申请的交叉引用本申请要求2005年11月23日提交的美国专利申请11/287， 141的权利， 其全部公开内容引入本文作为参考。本申请还涉及于2005年11月23日提交的美国专利申请11/287,140; 美国专利申请11/287,143的；和美国专利申请11/287，142。
技术介绍
本专利技术一般涉及使用拉挤成型工艺制备纤维增强复合部件的方法和体 系。具体地说，本专利技术涉及利用聚氨酯树脂基体的复合部件。在拉挤成型工艺中形成的纤维增强复合结构部件通常包括纤维增强材料(例如玻璃纤维、聚合物纤维或者碳纤维)嵌在树脂基体(例如聚合物，如不饱和聚酯或者环氧乙烯基酯)中。该纤维增强材料通常既包括纱 线或纤维束(每种都包括大量纤维或者长丝)又包括一种或多种纤维毡或 者纤维网。为了制备复合结构部件如用于门窗的线性部件(lineals)，通过牵引纤 维束通过液态树脂前体材料的常压槽(通常是开式槽或桶)而将其涂覆。 一旦涂覆，牵引纤维束通过固化模具以聚合和固化树脂。使用常压槽涂覆 纤维束的一个困难是纤维束内单根纤维或者长丝可能没有充分地涂覆上树 脂。例如，纤维束的外表面可能涂覆上树脂，而纤维束内的长丝或者纤维 可能只是部分地涂覆。因为复合结构部件的强度很大程度上取决于树脂基体和纤维增强材料 之间的相互作用，因此期望尽可能多的单根长丝或者纤维被完全地涂覆。 未涂覆的长丝在结构上得不到支持，并且不能接承受任何大的压力负荷。 此外，混合长丝的空隙区在负荷下成为引发裂缝的位置，由此降低了复合 部件的硬度和强度。因此，减少存在于成品部件中部分涂覆的长丝、空隙 等的数量是有利的。与常压槽相关的另一个困难是它们通常包含较大量的未固化树脂前体 化学品，以及这些化学品很大的表面积暴露在空气中。这些化学品蒸发进 入周围的空气是不好的，且设计用于减少蒸气排放的缓冲系统较昂贵并且 可能妨碍许多保持产品质量和生产率所需要做的工作。用于制造拉挤复合部件的常规树脂(例如聚酯、乙烯基酯、酚醛树脂等)的极限强度为约8，000-15，000psi，弹性模量为约350，000-500，000。这个弹性模量与增强纤维的弹性模量很好地匹配。当挤压或者弯曲负荷施加 于这样的复合部件时，以产生较平衡的负荷和较高的极限强度的方式在增 强纤维间分担负荷。然而，这些常规的树脂体系的破坏伸长率一般为约 1.5%-3%，超过了纤维的4%-6%的破坏伸长率。当超过它的破坏伸长率时 树脂将断裂，使这些纤维得不到支撑。这使得负荷集中在小百分比的有效 纤维中，超过它们的极限强度，导致在低于整个纤维增强装置(complete reinforcement package)的理论最大负荷下部件的破坏。用于制造拉挤复合部件的常规树脂在横切纵向(也就是拉伸方向)的 方向上也具有相对小的强度。因此，拉挤复合部件可以利用横向定位的增 强纤维以提供该部件必需的横向强度。例如，增强材料可以同时包括在纵 向方向上贯穿拉挤部件的纤维束和给部件提供多方向强度的纤维毡。然而， 横向纤维或者纤维毡的存在不期望地增加了部件的重量和成本以及增加了 制造该部件的工艺难度。因此，需要提供一种改进的树脂体系以为拉挤复合部件提供比常规树 脂体系所提供的增强的结构强度。还需要复合部件不利用横向增强纤维但 具有足够的横向强度以提供抗弯曲性和使该部件可以用螺钉、铁钉等固定。 还需要提供一种改进的体系和方法，用于在拉挤成型工艺中用聚合材料涂 覆增强材料。
技术实现思路
本专利技术的一个示例性实施方案涉及用于制造复合部件的树脂前体组合 物，其包括异氰酸酯组分，该异氰酸酯组分包含选自二苯甲垸二异氰酸酯、 二苯甲烷二异氰酸酯的聚合异构体及它们的混合物的材料。所述树脂前体 组合物还包括至少一种官能度为3的聚醚多元醇，其量使异氰酸酯组分对至少一种多元醇的比率为化学计量的约80%-115%。该树脂前体组合物还包 括脱模材料和填料。本专利技术的一个示例实施方案涉及用于拉挤成型工艺的聚氨酯树脂前体 组合物，其包括异氰酸酯材料，该异氰酸酯材料包含选自二苯甲垸二异氰 酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯的聚合异构体及它们的混合物的材料。所述聚 氨酯树脂前体还包括官能度为3且分子量为约600-800的第一聚醚多元醇、 官能度为至少3且分子量为约100-300的第二聚醚多元醇、脱模材料和填料。本专利技术的一个示例实施方案涉及用于制备树脂前体组合物的方法，其 包括将至少一种官能度为3的聚醚多元醇与脱模材料和填料混合以形成第 一树脂前体组分。所述方法也包括将第二组分与第一组分混合以形成树脂 前体组合物，所述第二组分包含异氰酸酯，该异氰酸酯包含选自二苯甲烷 二异氰酸酯、二苯甲垸二异氰酸酯的聚合异构体及它们的混合物的材料。 在将该树脂前体组合物提供给拉挤成型工艺的浸渍模具之前不到约5分钟 时实施第二组分与第一组分混合的步骤。附图说明图1是现有拉挤成型方法制备的普通复合部件的透视图。图2是在根据一个示例性实施方案的拉挤成型方法中制备的普通复合部件的透视图，该示例性实施方案利用改进的树脂以避免需要横向纤维增强材料。图3是根据一个示例性实施方案的拉挤成型生产线的部件的示意图。 图4是根据一个示例性实施方案用于制备复合部件的浸渍模具的透视图。图5是图4所示浸渍模具的分解透视图。 图6是图4所示浸渍模具的剖面图。图7是根据一个示例性实施方案制备复合部件的方法中的步骤的流程 示意图。具体实施例方式根据一个示例性实施方案，提供使用改进的树脂体系制备拉挤复合部件的方法和装置。复合部件以线性部件或者其它部件的形式提供用于门、 窗等的生产。根据另一个示例性实施方案，使用这里所描述的树脂、体系 和方法可以制备任何其它各种复合部件，包括用于扫帚、铲及其它手用工具的手柄；用于防护侵蚀的板桩；用于卡车和汽车的构件和门加固物；用 于水冷却塔的结构部件和RF透明结构件如移动电话塔；混凝土用钢筋；公 路反光灯、扶手和柱子；用于石油钻探平台和化工厂的非传导性和抗腐蚀 性的栅栏；以及任何其它各种产品。改进的树脂体系是为了提供复合部件以较高的弯曲和抗压强度，使得 制备该部件时不需要提供横向(即垂直于纵向或者"拉伸"的方向)纤维增强。 相比使用传统树脂体系的常规复合部件，这样的部件可以在低重量、低材 料成本和资本成本下有利地制备。与常规的利用横向纤维(例如加入部 件中的纤维束或纤维毡)的拉挤成型方法相比，根据这里所描述的示例性 实施方案复合部件的生产速度没有因横向纤维的加入而减慢，从而在给定 的时间期限内需要较少的机器提供所要求的量。图1举例说明了一个常规的普通拉挤复合部件10，其同时利用纵向定 向(如"X"方向定向的纤维束24所示)的纤维和横向定向(如"Y"方向定向 的纤维束18所示)的纤维。横向纤维18可以提供为例如层12、 14和16， 其包括浸渍有树脂前体26的纤维毡。如图1所示，纵向定向纤维层20和 22 (其也浸渍有树脂前体26)提供在中间层或者在毡12、 14和16之间。 因为图1所示的复合部件10利用常规的树脂体系(例如聚酯、乙烯基酯或 者酚醛树脂等等)，纤维层12、 14和16对于提供部件10的横向强度是必 要的。图2是根据一个示例性实施方案，使用提供增强的结构刚度的树脂体 系而制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于制备复合部件的树脂前体组合物，其包含：异氰酸酯组分，该组分包含选自二苯甲烷二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯的聚合异构体、及它们的混合物的材料；至少一种官能度为３的聚醚多元醇，其量使得所述异氰酸酯组分对所述至少一种多元醇的比率为约８０％－１１５％化学计量；脱模材料；和填料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ布朗，S哈尔琴科，HD科菲，I黄，
申请(专利权)人：米尔加德制造有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]