用于粘接模制纤维制品的双组分聚氨酯粘合剂制造技术

本发明专利技术涉及基于聚氨酯的双组分粘合剂，其具有高粘合强度、高玻璃化转变温度、短固化时间和足够长的加工时间，其还可以粘接具有不平坦表面的基材。本发明专利技术还涉及所述双组分粘合剂用于粘接模制纤维制品，例如风力发电厂的转子叶片的翼片半壳。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于粘接模制纤维制品的双组分聚氨酯粘合剂本专利技术涉及具有高粘合强度以及高玻璃化转变温度的双组分聚氨酯粘合剂(双组分PU粘合剂)。此外，该粘合剂还应该具有足够长的加工时间(即使在高环境温度下也如此)，应该能够粘接具有不平坦表面的平坦基材，并且应该固定地桥接间隙或中间空间(intermediatespaces)。基于多元醇和多异氰酸酯的双组分聚氨酯粘合剂已经久为人知。在将各组分混合之后，双组分PU粘合剂即使在室温下也可以有利地固化(“冷固化”)，因此可以在短固化时间之后快速地承受较大的力。然而，作为结构粘合剂的用途导致了在强度和粘合强度方面对这种粘合剂的要求高，原因是这种粘合剂代表了承重结构的元件。高强度通常通过高交联密度实现。这经常通过增加官能团的浓度和使用更高官能的多元醇或多元胺以及更高官能的多异氰酸酯来实现，这可能导致在过高的交联密度下粘接头的脆化。WO2002/066572A1描述了用于木材的双组分PU粘合剂，其包含10-98重量％的至少一种油脂化学多元醇(oleochemicalpolyol)；1-7.5重量％的羟值为400-2,000的至少一种二醇和1-7.5重量％的羟值为200-2,000的三官能、四官能或五官能多元醇；以及其他助剂和树脂，其中所述粘合剂可通过多异氰酸酯交联。WO2009/080740A1公开了一种双组分PU粘合剂，其由多元醇组分和交联组分构成，所述多元醇组分包含2-30重量％的分子量大于1,000g/mol的至少一种聚酯二醇、5-35重量％的至少一种3-14官能的多元醇、5-35重量％的疏水多元醇和2-65重量％的其它添加剂或助剂，其中这些物质的总和应当为100重量％，所述交联组分由聚异氰酸酯制成，其中NCO/OH比为0.9:1-1.5:1，其中所述交联的粘合剂的玻璃化转变温度(Tg)大于50℃。EP2468789A1公开了一种双组分PU组合物，其包含蓖麻油、至少一种烷氧基化芳族二醇、至少一种具有5-8个羟基的多元醇和至少一种多异氰酸酯。该文献指出，这些组合物应当具有长的“开放时间(opentime)”并且应当在较长时间暴露于高湿度(例如相对湿度70％)的气候之后，特别是甚至在40分钟之后、甚至在60分钟之后仍然能够胶合，能够固化形成具有高机械强度的聚合物，从而产生结构连接。这些双组分聚氨酯组合物适合用作结构粘合剂，特别是适合用于胶合风力涡轮机的转子叶片的翼片半壳。用于风力涡轮机的转子叶片的翼片半壳通常由玻璃纤维增强的塑料基材和任选的金属结构元件构成。这些部件必须具有高机械稳定性。因此，期望相应的粘合剂也能够承受相应的力。除了为了制备用于风力涡轮机翼片的纤维增强部件的上述粘接之外，还有大量的其他使用领域对部件的粘接具有相似的要求。其实例包括用于机翼或飞机的其他附件的纤维增强部件的粘接，或者在船舶构造中纤维增强部件的粘接。对粘接部件的机械要求高。需要承受高张力。此外，粘接的部件必须承受具有永久性振动的负载，这可能导致材料疲劳。此外，环境影响大，必须确保即使在高温度波动下也具有高稳定性以及在不同湿度水平下保持恒定的性能。或者，用双组分环氧粘接这样的部件是已知的。它们表现出足够的强度，但在加工中具有各种缺点。因此，为了获得足够的强度，需要高固化温度。此外，基材表面必须特别准备以便粘接。特别需要这样的粘合剂，其具有长开放时间(opentime)并因此特别适用于粘接大表面，并且当在不同的气候和温度条件下处于固化状态时表现出足够的机械稳定性。因此，本专利技术解决了提供具有改进的性能的粘合剂的问题。当处于固化状态时，所述粘合剂应当表现出非常有利的物理和机械性质。固化时间应当被缩短。然而，所述粘合剂应当具有足够长的开放时间，即使在升高的环境温度和高相对湿度下，例如发生在亚热带和热带地区(在那里，温度可能为15℃-50℃，相对湿度(RH)可能为0％-85％)也如此。还应当可以确保在这些条件下不均匀表面的稳定粘合。此外，交联的粘合剂层应当不受水分和不同的环境温度的影响，并且在机械性质方面保持稳定。因此，即使在潮湿的气候下，固化的粘合剂也应当具有高的耐老化性。最后，在固化之后粘合剂应当具有高玻璃化转变温度。通常，具有高玻璃化转变温度的聚氨酯由短链脂族多元醇和芳族多异氰酸酯制备，但这些物质具有较短的适用时间(potlives)。所述问题由一种双组分聚氨酯粘合剂解决，所述双组分聚氨酯粘合剂包含：I)多元醇组分，其包含至少一种催化剂和以下组分：(a)2-30重量％的至少一种数均分子量Mn为至少500g/mol的油脂化学多元醇；(b)5-35重量％的至少一种不同于(a)并具有3-14个羟基的多元醇；(c)5-35重量％的至少一种不同于(a)和(b)并选自乙氧基化和/或丙氧基化多元酚的多元醇；(d)1-65重量％的玻璃纤维或不同玻璃纤维的混合物；(e)0-65重量％的至少一种不同于(a)至(d)的添加剂或助剂；其中组分(a)至(e)的质量分数相对于所述多元醇组分的总重量计算；和II)异氰酸酯组分，其包含芳族和/或脂族多异氰酸酯，NCO/OH比为0.9:1至1.5:1；其中交联的双组分聚氨酯粘合剂的玻璃化转变温度Tg为至少65℃。本专利技术的另一个主题是用于粘接两个基材的方法，所述基材优选选自金属、塑料和泡沫基材、纤维复合材料和含纤维的成形体，特别优选选自包埋在粘合剂基质中的基于玻璃纤维、碳纤维、天然纤维或(由合成聚合物制成的)合成纤维的纤维复合材料和含纤维成形体，所述方法包括：首先将根据本专利技术的双组分聚氨酯粘合剂施用于第一基材的粘附表面，然后将第二基材的粘附表面放置在第一基材上。优选的实施方案可从从属权利要求中找到。由高强度纤维复合材料制成的已知的成形体适用于根据本专利技术的粘接。这些可以包含例如金属纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、天然纤维或(由合成聚合物制成的)合成纤维及它们的组合。玻璃纤维、碳纤维、天然纤维或合成纤维是特别优选的。这些类别的相应例子可以在A.R.Bunsell，J.Realard“FundamentalsofFiberReinforcedCompositeMaterials(纤维增强复合材料基础)”，CRCPress2005，ISBN0750306890中找到。合适的合成纤维的实例包括聚酯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚亚胺纤维、聚(甲基)丙烯酸酯纤维或聚酰胺纤维，例如由聚酰胺-6、聚酰胺-6.6或聚芳酰胺(聚对苯二甲酰对苯二胺)制成的纤维。陶瓷纤维包括氧化物和非氧化物陶瓷纤维，例如氧化铝纤维、二氧化硅纤维、玄武岩纤维或硅化碳纤维。合适的金属纤维的实例包括由钢、不锈钢和铝制成的纤维。合适的天然纤维的实例包括木纤维、剑麻纤维、亚麻纤维、大麻纤维、椰子纤维、香蕉纤维和黄麻纤维。优选以垫、织造织物、分层织物、非织造织物或粗纱的形式，将这些纤维结合到塑料基质中。塑料基质可以例如由聚酯；聚环氧化物；聚氨酯；聚乙烯基酯；基于聚乙烯基酯、聚苯乙烯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合树脂；或基于不饱和聚酯、聚苯乙烯和二苯基甲烷二异氰酸酯的混合树脂构成，它们反应形成热固性聚合物。这样的纤维增强基材是本领域技术人员已知的。例如，它们用于飞机构造、造船或遭受高机械应力的其他部件。这样的粘附基材的特殊使用领域是用本文档来自技高网...

【技术保护点】
双组分聚氨酯粘合剂，其包含：I)多元醇组分，其包含至少一种催化剂和以下组分：(a)2‑30重量％的至少一种数均分子量Mn为至少500g/mol的油脂化学多元醇；(b)5‑35重量％的至少一种不同于(a)并具有3‑14个羟基的多元醇；(c)5‑35重量％的至少一种不同于(a)和(b)并选自乙氧基化和/或丙氧基化多元酚的多元醇；(d)1‑65重量％的玻璃纤维或不同玻璃纤维的混合物；(e)0‑65重量％的至少一种不同于(a)至(d)的添加剂或助剂；其中组分(a)至(e)的质量分数相对于所述多元醇组分的总重量计算；和II)异氰酸酯组分，其包含芳族和/或脂族多异氰酸酯，NCO/OH比为0.9:1至1.5:1；其中交联的双组分聚氨酯粘合剂的玻璃化转变温度Tg为至少65℃。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 DE 102014226277.11.双组分聚氨酯粘合剂，其包含：I)多元醇组分，其包含至少一种催化剂和以下组分：(a)2-30重量％的至少一种数均分子量Mn为至少500g/mol的油脂化学多元醇；(b)5-35重量％的至少一种不同于(a)并具有3-14个羟基的多元醇；(c)5-35重量％的至少一种不同于(a)和(b)并选自乙氧基化和/或丙氧基化多元酚的多元醇；(d)1-65重量％的玻璃纤维或不同玻璃纤维的混合物；(e)0-65重量％的至少一种不同于(a)至(d)的添加剂或助剂；其中组分(a)至(e)的质量分数相对于所述多元醇组分的总重量计算；和II)异氰酸酯组分，其包含芳族和/或脂族多异氰酸酯，NCO/OH比为0.9:1至1.5:1；其中交联的双组分聚氨酯粘合剂的玻璃化转变温度Tg为至少65℃。2.根据权利要求1所述的双组分聚氨酯粘合剂，其特征在于所述玻璃纤维的纤维厚度为5-30μm且纤维长度为50-350μm。3.根据权利要求1或2所述的双组分聚氨酯粘合剂，其特征在于所述玻璃纤维涂有基于氨基硅烷的施胶剂，相对于经涂布纤维的总重量，干玻璃纤维的施胶剂含量为0.2-2.0重量％。4.根据权利要求1、2或3所述的双组分聚氨酯粘合剂，其特征在于所述至少一种催化剂是锡化合物。5.根据权利要求4所述的双组分聚氨酯粘合剂，其特征在于所述锡化合物不具有锡-碳键。6.根据权利要求5所述的双组分聚氨酯粘合剂，其特征在于使用式I至式IV的环状锡化合物作为所述锡化合物，其中，E＝-N(R3)-、-O-、-S-或-C(R3)2-；R1，R2＝H、烷基或芳基；R3＝H、烷基、芳基或-(CH2)nX，其中n＝1-12，且X＝-N(R1)2、-OR1、-SR1、-P(R1)2或-P(＝O)(R4)2；R4＝烷基、芳基、-O(C2H5)或-O-异(C3H7)；且Y＝卤素，优选Cl、Br、I；-OR1；-OC(＝O)R1；-SR1或-OP(＝O)(R4)2；其中所述芳基部分优选包含6-12个碳原子，并且所述烷基部分优选包含1-12个碳原子。7.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·蒂勒，S·波利茨，K·尤尔克沙特，T·策勒，
申请(专利权)人：汉高股份有限及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE