自粘预浸渍体制造技术

揭示了由纤维和预浸渍体树脂组成的可用来制备复合材料的预浸渍体组合物，所述预浸渍体树脂包含热固性树脂、固化剂和大量热塑性聚合物，其中大于１０％的各种热塑性聚合物可溶于该预浸渍体树脂中。在优选的实施方式中，所述预浸渍体组合物用作自粘预浸渍体，用来制备可用于各种高性能用途的蜂窝体结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用来制备复合材料的组合物，在优选的实施方式中，本专利技术涉及可作为制备蜂窝状夹层结构之类的夹层结构所用的自粘预浸渍体的材料。
技术介绍
复合材料被广泛地用于需要具有高强度-重量比的结构的用途中。这些材料通常包含嵌入聚合物基质材料(通常是环氧聚合物之类的热固性聚合物)中的增强纤维(例如碳或玻璃)。复合材料通常是通过用基质前体(例如环氧化物和固化剂)浸渍纤维，形成“预浸渍体”而制成的。然后将预浸渍体模制成所需的形状，并进行固化，将基质前体转化为聚合物基质材料。可以根据所需用途将复合材料制成或结合入具有各种尺寸、形状和构型的结构。例如，夹层结构通常由结合在芯板相对面上的面板形成。常规的芯板材料包括硬质泡沫、纸张、木材和蜂窝体。蜂窝体是通常包含Nomex牌纤维(购自DuPont)和/或铝之类的各种材料的多孔结构。面板通常是由包括复合材料在内的各种材料制成的薄而轻的板材。由于包括复合面板的蜂窝状夹层结构通常具有优良的强度-重量比和抗疲劳强度，因此被广泛应用于航空航天工业。由于蜂窝状芯板的孔壁通常与面板呈某一角度，因此孔壁边缘与面板之间的接触面积较小。通过使用能够形成沿孔壁延伸到接触区域以外的“心皮粘合(fillet)”的粘合剂，可以增大面板和蜂窝体之间的结合强度。用来将蜂窝状芯板与面板相结合的技术在很多年以前就已开发出来。例如，美国专利第3,530,087号(于1970年授权)揭示了可用来使面板与蜂窝状芯板相结合的粘合剂组合物。这些粘合剂组合物是通过以下步骤制备的对环氧树脂和聚砜聚合物一起进行加热，使聚砜溶解，加入固化剂，然后将制得的混合物制成膜。文中提到了在粘合剂中加入纤维和金属粉末填料。美国专利第3,530,087号揭示了使用粘合剂膜将铝面板与多孔铝芯板相粘合。据称在粘合剂中加入聚砜提高了面板和芯板之间的结合的剥离强度。在后来的年份中开发出了大量包含未溶解的热塑性增韧剂的复合材料。如美国专利第4945154号(于1990年授权)所述，人们认为热塑性材料之所以处于未溶解状态，是由于能够结合在树脂基质中的热塑性材料的量，受到热塑性材料对所得热固性树脂的加工特性，特别是粘度和粘着性的影响的限制。根据美国专利第4,945,154号所述，粘着性和流动性的保持(或可接受的粘度)经常意味着不能在人们认为达到最佳机械性质所必需的高负载水平下使用热塑性材料。因此，美国专利第4,945,154号揭示了将聚醚砜(PES)热塑性材料溶解在树脂中，可以在PES含量远低于人们认为固化树脂的机械性质达到最优化所必需的含量的情况下，极大地增加树脂的粘度并降低树脂的粘着性。其它的将未溶解的热塑性材料用于复合材料的例子包括美国专利第4,604,319号(于1986年授权)；第4,957,801号(于1990年授权)；和第5,057,353号(于1991年授权)，在这些专利中，热塑性材料在复合材料中形成不连续的层。类似地，美国专利第5,169,710号(于1992年授权)揭示了通过加入聚酰胺颗粒而韧化的复合材料；同样参见美国专利第6,045,898号(于2000年授权)和第6,429,157号(于2002年授权)。常识是，用来形成复合材料的预浸渍体中的热塑性增韧剂也应该是不溶的。近年来已开发出了可以在不使用独立的粘合剂的情况下使预浸渍体与芯板相粘合的自粘预浸渍体。对于蜂窝状结构，美国专利第6,440,257号(于2002年授权)揭示了可以将负载于预浸渍体树脂中时不发生任何显著程度的溶解的热塑性颗粒作为心皮粘合形成颗粒，以形成预浸渍体自粘合，同时不会对预浸渍体树脂的粘度或其它性质造成负面影响。在此固化过程中，美国专利第6,440,257号揭示了心皮粘合形成颗粒的逐渐溶解使得树脂粘度逐渐增大，这促进了心皮粘合的形成。因此，常识仍然认为预浸渍体中的热塑性增韧剂不应发生任何显著的溶解。
技术实现思路
与常识相反，我们吃惊地发现了包含热塑性增韧剂的预浸渍体组合物，其中热塑性增韧剂在室温下充分地或完全地溶解在预浸渍体树脂当中。可以通过包括手工铺叠和自动化铺带之类的许多种制造技术对优选的预浸渍体组合物进行处理，使其形成复合材料。可将制得的复合材料结合入各种复合结构中，包括飞行器的主要和次要结构。在优选的实施方式中，所述预浸渍体组合物适合作为制备蜂窝状夹层结构所用的自粘预浸渍体。优选的实施方式提供了预浸渍体组合物，该组合物包含至少一个浸渍有预浸渍体树脂的纤维层；所述预浸渍体树脂包含热固性树脂、固化剂、热塑性粘度调节剂、和热塑性增韧剂，以预浸渍体树脂的总重量为基准计，所述热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂的总量约为25-40重量％；分别以热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂各自的总重量为基准计，在大约25℃测得，各有10重量％以上的热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂可溶于预浸渍体树脂中；在加热速率为2℃/分钟的条件下，对净相预浸渍体树脂样品测得，预浸渍体树脂的最小粘度约为25-1500泊。另一优选的实施方式提供了一种复合结构，该复合结构包含通过固化上述预浸渍体组合物制得的复合材料。较佳的是，所述复合结构为蜂窝状夹层结构的形式。另一优选的实施方式提供了一种制备预浸渍体组合物的方法，该方法包括形成包含热固性树脂、任选的固化剂、热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂的预浸渍体树脂；以净相预浸渍体树脂样品的总重量为基准计，热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂的总含量约为25-40重量％；分别以热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂各自的总重量为基准计，在大约25℃测得，各有10重量％以上的热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂可溶于预浸渍体树脂中；在加热速率为2℃/分钟的条件下，对净相预浸渍体树脂样品测得，预浸渍体树脂的最小粘度约为25-1500泊；并使大量纤维与预浸渍体树脂接触。本专利技术还提供具有受控的极小粘度的均相树脂。该树脂适用于充分浸渍预浸渍体，还适用于切膜条应用以及树脂浸渍技术。在下文中更详细地描述了这些实施方式和其他实施方式。附图说明通过以下描述和附图，本专利技术的各个方面是显而易见的，这些描述和附图仅仅是用来说明本专利技术的，不对本专利技术构成限制。图1是本专利技术预浸渍体树脂的优选实施方式中，在1℃/分钟的升温速率下，粘度随温度变化关系的流变研究曲线。图2是本专利技术预浸渍体树脂的优选实施方式中，在2℃/分钟的升温速率下，粘度随温度变化关系的流变研究曲线。图3是本专利技术预浸渍体树脂的优选实施方式中，在5℃/分钟的升温速率下，粘度随温度变化关系的流变研究曲线。图4是本专利技术预浸渍体树脂的优选实施方式中，在10℃/分钟的升温速率下，粘度随温度变化关系的流变研究曲线。具体实施例方式优选的实施方式提供了预浸渍体组合物(包含至少一个浸渍了预浸渍体树脂的纤维层)，制备预浸渍体组合物的方法(包括使纤维与预浸渍体树脂接触)，由所述预浸渍体组合物形成的复合材料，以及包含所述复合材料的复合结构。优选的预浸渍体组合物适合用来通过各种制造方法制造许多种复合结构(包括飞行器的主要和次要结构以及运动器材)，所述制造方法包括手工铺叠和自动化铺带(ATL)。特别优选适合用来制造蜂窝状夹层结构的自粘预浸渍体组合物。优选的预浸渍体组合物包含至少一个用预浸渍体树脂浸渍的纤维层。适用于预浸渍体中的纤维包括玻璃纤维、合成聚合物纤维(例如购自D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预浸渍体组合物，该组合物包含至少一个用预浸渍体树脂浸渍的纤维层；所述预浸渍体树脂包含热固性树脂、固化剂、热塑性粘度调节剂、以及热塑性增韧剂，以预浸渍体树脂的总重量为基准计，所述热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂的总量约为２５－４０重 量％；其中，分别以热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂各自的总重量为基准计，在约２５℃测得，各有超过１０重量％的热塑性粘度调节剂和热塑性增韧剂可溶于预浸渍体树脂中；并且在加热速率为２℃／分钟的条件下，对净相预浸渍体树脂样品测得，预 浸渍体树脂的最小粘度约为２５－１５００泊。

【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：S卢卡斯，
申请(专利权)人：CYTEC技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]