用于复合零件的抗UV性表面材料制造技术

一种表面材料，其可以提供改进的抗UV性，同时提供良好的表面特性。该表面材料包括由可固化树脂组合物形成的树脂层，该可固化树脂组合物含有：(A)一种或多种脂环族环氧树脂，其每分子各自具有两个或更多个环氧基团；(B)环氧胺加合物，其每分子具有两个或更多个环氧基团并且通过(i)每分子具有两个或更多个脂环族环氧基团的环氧化合物与(ii)每分子具有两个或更多个氨基的胺化合物的反应获得；(C)固化剂和/或催化剂；(D)陶瓷微球；以及(E)流动控制剂，其呈不是陶瓷微球的无机颗粒的形式。其呈不是陶瓷微球的无机颗粒的形式。其呈不是陶瓷微球的无机颗粒的形式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于复合零件的抗UV性表面材料
具体实施方式
[0001]纤维增强的聚合物基质复合材料(PMC)是高性能结构材料，其通常用于需要对腐蚀性环境的抗性、高强度、和/或低重量的应用中。此类应用的实例包括飞行器部件(例如，机尾、机翼、机身和螺旋桨)、高性能汽车、船壳和自行车车架。用于航空航天应用的复合结构零件典型地包括通常称为“表面膜”的保护性外膜，以在涂漆之前为复合结构提供所需的性能特征。此种表面膜用于改进结构零件的表面质量，同时减少劳动力、时间和成本。在结构零件的制造期间，通常使表面膜与纤维增强的聚合物基质复合材料共固化。
[0002]由于芳香族环氧树脂的优异的机械特性，常规的基于环氧树脂的表面膜主要基于芳香族环氧树脂。芳香族环氧树脂的特征在于在环氧树脂中具有芳香族苯环结构。基于双酚的环氧树脂是最常见的基于表氯醇(ECH)与双酚A反应的环氧树脂，称为双酚A二缩水甘油醚(BADGE、或DGEBA)。酚醛清漆环氧树脂是衍生自表氯醇与酚醛清漆(novolak)的反应的另一种常见的芳香族环氧树脂，诸如环氧苯酚酚醛清漆(EPN)或环氧甲酚酚醛清漆(ECN)。
[0003]已发现，此类常规表面膜缺乏抗紫外光(UV)性，使得在暴露于UV辐射之后，它们显示出颜色改变和/或表面降解，即，粉化和涂漆粘着力的损失。据信，基于芳香族环氧树脂的表面材料由于芳香族环氧树脂是良好的发色团的事实而易受来自紫外光(UV)暴露的降解的影响。由于环氧树脂分子中芳香族结构的固有UV敏感性，先前通过包含UV吸收剂和稳定剂以改进这些基于芳香族环氧树脂的膜的抗UV性的努力尚未非常成功。脂肪族环氧树脂也已被用于改进对UV暴露的抗性，但是已经发现，对于航空航天应用，使用此类脂肪族环氧树脂导致在更低的玻璃化转变温度(Tg)、更低的强度和韧性方面更差的机械性能以及更差的长期耐久性。
[0004]防止UV暴露和损害的已知解决方案是在最终零件组装或涂漆之前用含有UV保护添加剂的涂料底漆(paint primer)覆盖复合结构的所有暴露表面。典型地，在从模制工具中使复合零件脱模之后不久就施加此种底漆。使用涂料底漆的缺点包括高劳动力成本和维护成本、增加的重量以及由于涂料底漆中典型使用的有机溶剂而导致的不利环境影响。
[0005]使用凝胶涂层(gel coat)或其他保护涂层，诸如具有UV保护特性的涂料(paint)，是保护表面膜免受UV暴露的更有效的方法。然而，凝胶涂层和涂料两者都需要定期重新施加并且不被认为是永久固定的。着色的热塑性膜(诸如PTFE膜)可以提供UV保护以及易于使用性，但在结构零件的轮廓区域上缺乏悬垂性(drape
‑
ability)。
[0006]本文披露了一种多功能表面材料，其可以提供改进的抗UV性，同时提供良好的表面特性，诸如光滑度和无孔隙度。此外，在固化后，该多功能表面材料无缺陷并且是“准备好涂漆的”，即，在涂漆之前不需要另外的表面处理。当将导电材料掺入表面材料中时，可以实现雷击保护(LSP)。该多功能表面材料重量轻(面积重量小于300gsm(g/m2))，并且与常规表面材料相比其制造成本降低。在一些应用中，表面材料的面积重量在50
‑
200gsm、或0.05
‑
0.04psf的范围内。
[0007]在一个实施例中，多功能表面材料由由可固化树脂组合物形成的单一树脂膜组成，该可固化树脂组合物含有：
[0008](A)一种或多种脂环族环氧树脂，其每分子各自具有至少一个脂环族骨架和两个或更多个环氧基团；
[0009](B)环氧胺加合物，其每分子具有两个或更多个环氧基团并且通过(i)每分子具有两个或更多个脂环族环氧基团的环氧化合物与(ii)每分子具有两个或更多个氨基的胺化合物的反应获得；
[0010](C)固化剂和/或催化剂；
[0011](D)陶瓷微球；以及
[0012](E)流动控制剂，其呈不同于组分(D)的无机颗粒的形式。
[0013]环氧胺加合物含有末端环氧官能团，由于其化学结构上的反应性环氧基团，其可以与固化剂或催化剂反应。
[0014]基于可固化树脂组合物的总重量，组合的组分A和B构成大于40％的重量百分比(wt％)。基于可固化树脂组合物的总重量，组分A和B的相对量可以如下：5至30wt％的组分(A)，以及15
‑
55wt％的组分(B)。可替代地，组分(A)和(B)的相对量可以描述如下：每100重量份的组合的A和B(或A+B)，5至80重量份、或10至75重量份、或20至65重量份的A。
[0015]可固化树脂组合物中固化剂和/或催化剂的量根据所选定的选择而变化。固化剂和催化剂将与组合物中的环氧树脂反应以提供交联的热固性基质。固化剂通常与可用的环氧树脂反应并且掺入固化的热固性网络中。催化剂引发环氧基团的聚合并形成固化的热固性网络。
[0016]基于可固化树脂组合物的总重量，可固化树脂组合物中陶瓷微球(D)的量可以在10
‑
30wt％的范围内，并且流动控制剂的量可以在2
‑
8wt％的范围内。
[0017]在优选实施例中，可固化树脂组合物含有以上所讨论的组分A
‑
E以及选自金属氧化物和炭黑的无机颜料(F)。优选的金属氧化物包括白色氧化钛(TiO2)和红色氧化铁。基于可固化树脂组合物的总重量，组分F的量可以在5
‑
30wt％的范围内。
[0018]在另一个优选实施例中，可固化树脂组合物含有以上所讨论的组分A至E或A至F加上增韧剂(G)，该增韧剂不是环氧胺加合物，即，其不同于组分B。增韧剂(G)可以选自热塑性聚合物、弹性聚合物、以及核
‑
壳橡胶(CSR)颗粒。优选的增韧剂选自：(i)聚乙烯醇缩醛树脂(PVB)；(ii)聚乙烯醇缩甲醛树脂；(iii)聚醚砜(PES)和聚醚醚砜(PEES)的共聚物；(iv)核
‑
壳橡胶(CSR)颗粒，及其组合。基于可固化树脂组合物的总重量，组分G的量可以在1
‑
15wt％的范围内。
[0019]根据本文所披露的实施例中的任一个，可固化树脂组合物可以进一步含有除了先前所提及的那些之外的另外的组分，以便进一步改进表面材料的特性。
[0020]在优选实施例中，可固化树脂组合物不含有任何芳香族环氧树脂，因为它们易于由于UV暴露而降解。此类芳香族环氧树脂包括基于双酚的环氧树脂、酚醛清漆环氧树脂、以及其他多官能芳香族环氧树脂，诸如EPON
TM 828(双酚
‑
A二缩水甘油醚)、DER
TM 331(表氯醇与双酚A的液体反应产物)、PY 306(双酚
‑
F二缩水甘油醚)、DEN
TM 439(环氧酚醛清漆树脂
‑
表氯醇与苯酚
‑
甲醛酚醛清漆的反应产物)、DEN
TM 431(环氧酚醛清漆树脂
‑
表氯醇与苯酚
‑
甲醛酚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种表面材料，其包含至少一个由可固化树脂组合物形成的树脂层，该可固化树脂组合物包含：(A)一种或多种脂环族环氧树脂，其每分子各自具有两个或更多个环氧基团；(B)环氧胺加合物，其每分子具有两个或更多个环氧基团并且通过(i)每分子具有两个或更多个脂环族环氧基团的环氧化合物与(ii)每分子具有两个或更多个氨基的胺化合物的反应获得；(C)固化剂和/或催化剂；(D)陶瓷微球；以及(E)流动控制剂，其呈不是陶瓷微球的无机颗粒的形式。2.如权利要求1所述的表面材料，其中，该可固化树脂组合物进一步包含：(F)无机颜料，其选自金属氧化物和炭黑、优选地白色氧化钛(TiO2)。3.如权利要求1或2所述的表面材料，其中，该可固化树脂组合物进一步包含：(G)增韧剂，其不是环氧胺加合物并且选自：热塑性聚合物、弹性聚合物、以及核
‑
壳橡胶(CSR)颗粒。4.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该一种或多种脂环族环氧树脂由以下通式I表示：其中X表示单键或连接基团；该连接基团选自：二价烃基团、羰基(
‑
CO
‑
)、醚键(
‑
O
‑
)、酯键(
‑
COO
‑
)、酰胺键(
‑
CONH
‑
)、碳酸酯键(
‑
OCOO
‑
)、以及含有两个或更多个彼此连接的所述基团的基团。5.根据权利要求4所述的表面材料，其中，该二价烃基团选自：具有1至18个碳原子的直链或支链亚烷基，包括亚甲基、甲基亚甲基、二甲基亚甲基、亚乙基、亚丙基、以及三亚甲基；以及二价脂环族烃基团，包括1,2
‑
亚环戊基、1,3
‑
亚环戊基、亚环戊基、1,2
‑
亚环己基、1,3
‑
亚环己基、1,4
‑
亚环己基、以及亚环己基。6.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该一种或多种脂环族环氧树脂选自具有以下化学结构的聚环氧化物：
其中n是从1至30的整数；
其中a、b、c、d、e、f独立地表示0至30的整数。7.根据权利要求1至5中任一项所述的表面材料，其中，该一种或多种脂环族环氧树脂选自具有以下化学结构的聚环氧化物：其中R表示对应于q
‑
价(q
‑
氢)醇R
‑
(OH)q的基团，不同之处在于从其除去数目为q的
‑
OH；p是从1至50的整数；并且q是从1至10的整数。8.根据权利要求1至5中任一项所述的表面材料，其中，该一种或多种脂环族环氧树脂选自具有如通过布氏粘度计所确定的在25℃下2500mPa
·
s或更小、优选地在25℃下500mPa
·
s或更小的粘度的一种或多种亚环烷基二醇二缩水甘油醚。9.根据权利要求1至5中任一项所述的表面材料，其中，该一种或多种脂环族环氧树脂
选自：环己烷二甲醇二缩水甘油醚；环己二醇二缩水甘油醚；聚[(2
‑
环氧乙烷基)
‑
1,2
‑
环己二醇]2
‑
乙基
‑
2(羟甲基)
‑
1,3
‑
丙二醇醚；3',4'
‑
环氧环己烷)3,4
‑
环氧
‑
环己基甲酸甲酯；3,4
‑
环氧环己基
‑
3',4'
‑
环氧环己烷甲酸甲酯；3',4'
‑
环氧环己基)
‑
3,4
‑
环氧环己烷；以及六氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯。10.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该环氧胺加合物每分子具有从2至10、或2至4个环氧基团，并且这些环氧基团位于该环氧胺加合物的分子链末端处。11.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该环氧胺加合物由式II表示：其中X在每次出现时独立地选自单键和具有至少一个原子的二价基团；R2是在每个键合位点处具有碳原子的二价有机基团；并且n是1或更大的整数。12.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该环氧胺加合物是脂环族环氧化合物与选自以下的胺的反应产物：聚丙二醇130双(2
‑
氨基丙基醚；三甘醇二胺；三羟甲基丙烷聚氧丙烯三胺；以及聚(氧基
‑
1,4
‑
丁二基),α
‑
(4
‑
氨基
‑
丁基)
‑
ω
‑
(4
‑
氨基丁氧基)。13.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该固化剂和/或催化剂(C)选自：(i)含胺化合物；(ii)路易斯酸
‑
胺络合物；(iii)酸酐；以及(iv)阳离子催化剂(或阳离子聚合引发剂)。14.根据权利要求13所述的表面材料，其中，该含胺化合物选自：双氰胺(DICY)、胍胺、胍、氨基胍、及其衍生物。15.根据前述权利要求中任一项所述的表面材料，其中，该可固化树脂组合物进一步包含选自以下的固化促进剂：咪唑、二酰肼、脂肪族多胺、烷基和芳基取代的脲(包括芳香族或脂环族二甲基脲)、以及双脲。16.根据权利要求13至15中任一项所述的表面材料，其中，该路易斯酸
‑
胺络合物选自：BF3·
正己胺、BF3·
单乙胺、BF3·
苄胺、BF3·
二乙胺、BF3·
哌啶、BF3·
三乙胺、BF3·
苯胺、BF4·
正己胺、BF4·
单乙胺、BF4·
苄胺、BF4·
二乙胺、BF4·
哌啶、BF4·
三乙胺、BF4·
苯胺、PF5·
乙胺、PF5·
异丙胺、PF5·
丁胺、PF5·
月桂胺、PF5·
苄胺、以及AsPF5·
月桂胺。17.根据权利要求13至16中任一项所述的表面材料，其中，该酸酐选自：甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢邻苯二甲酸酐、十二碳烯基琥珀酸酐、甲基
‑
内亚甲基
‑
四氢邻苯二甲酸酐、邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、六氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐、降冰片烯二酸酐、甲基环己烯二甲酸酐、及其混合物。18.根据权利要求17所述的表面材料，其中，该酸酐与选自二氮杂双环十一碳烯、磷化
合物、叔胺和季胺的固化促进剂组合使用。19.根据权利要求13至18中任一项所述的表面材料，其中，该阳离子催化剂(或阳离子聚合引发剂)选自：芳基重氮鎓盐、芳基碘鎓盐、芳基锍盐、以及封闭型酸。20.根据权利要求19所述的表面材料，其中，该阳离子催化剂(阳离子聚合引发剂)选自：三芳基锍六氟锑酸盐；4
‑
羟基...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：塞特工业公司，
类型：发明
国别省市：