增强复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种增强复合材料及其生产方法。所述复合材料包含具有增强材料的至少一种固化树脂。优选地，所述增强材料是多根玻璃纤维，所述多根玻璃纤维被处理使得基本上包围每一根纤维的中间相的性能基本上等于主体固化树脂的性能。所述纤维处理可以选自聚合物涂覆、疏水表面涂覆、自由基抑制剂的表面涂覆或降低所述纤维的总表面积。与常规的玻璃纤维增强材料相比，本发明专利技术的增强复合材料提供提高的长期机械性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及增强复合材料，并且具体地，涉及纤维增强聚合物复合材料。然而，应当理解本专利技术不限于这种具体应用领域。
技术介绍
在整个说明书中的现有技术的任何讨论决不应当被认为是承认这种现有技术是广泛已知的，或者构成在该领域中的普通常识的一部分。纤维增强聚合物复合材料在本领域中是已知的，并且通常通过使固化性树脂与反 应性稀释剂在自由基引发剂的存在下反应而制备。通常，固化性树脂是不饱和的聚酯树脂，并且反应性稀释剂是こ烯基单体。通常在配方中包含增强材料如玻璃纤维以提供尺寸稳定性和韧性。这种增强复合材料用于许多关键的エ业应用，包括建筑、汽车、航空航天、海运和耐腐蚀产品。对于常规的玻璃纤维增强聚合物复合材料，纤维长度通常在约12mm至在例如灯丝电源绕组的情况下达数十米的范围内。在这些玻璃纤维聚合物复合材料中，大部分纤维通过机械摩擦被固定在适当的位置，并且纤维与树脂基体只有较弱的结合。因此，这些聚合物复合材料的性能主要归结于所用的纤维的长度，并且在这些复合材料中，在纤维和树脂之间存在不连续/间隙。在树脂基体中引起的裂纹发现很难跳过间隙，因此，在这些复合材料中，在树脂中引起的裂纹通常停止在树脂边界，并且不到达玻璃表面。然而，常规的玻璃纤维复合材料具有许多缺点。例如，难以在固化之前用树脂“润湿”纤维，并且甚至长纤维在整个复合材料中的分散是困难的，特别是对于复杂部件而言。另外，这种常规的玻璃增强聚合物复合材料受到它们的通常需要手工成层的生产技术的限制，或者在模具的形状和复杂性方面非常受限制。为了克服这些缺点，可以使用很短的玻璃纤维。VSFPLC或者极短纤维可聚合液体复合材料可以制造拉伸强度大于80MPa、挠曲强度大于130MPa的层压体。VSFPLC是很短的表面处理的增强纤維和可聚合树脂/热固性如UP树脂、こ烯基官能树脂、环氧树脂或聚氨酯树脂的悬浮液。纤维的长度被保持得很短，使得它们不使液体粘度増加至树脂纤维混合物不再是可喷射或可泵送的程度。VSFPLC可以用于在开放式和封闭式模塑应用中代替标准的纤维玻璃布置(layout)，并且还可以在树脂注射模塑和旋转模塑应用中用作热塑性塑料的替代品。然而，通常需要纤维与基体的结合方面的改进，因为这些很短的玻璃纤维太短而不能被机械地“嵌”入基体中。使用偶联剂涂覆增强纤维可以提供纤维与基体结合方面的提高。例如，通常使用的ー种偶联剂是DowCorning Z-6030，它是含有甲基丙烯酸酯反应性有机基团和3个甲氧基甲硅烷基的双官能硅烷。Dow Corning Z-6030与有机热固性树脂以及无机材料如玻璃纤维反应。虽然这些偶联剂可以改善纤维与基体的结合，但是增强的聚合物复合材料的实用性受到限制，因为它们易于随时间而脆化。有时需要具有更大的挠性和韧性的产品。在PCT专利申请PCT/AU01/01484 (国际公布WO 02/40577)中已经进行尝试来解决ー些这样的缺点，其中在涂覆玻璃增强纤维之前，使偶联剂预聚以“塑化界面”。预聚的偶联剂的意图是在纤维和主体树脂之间提供橡胶状中间相，从而产生具有提高的抗冲击性和強度的产品。然而，在上述PCT的情况下，长期脆化仍然是问题。在极短纤维可聚合液体复合材料中，在纤维和树脂之间没有空气间隙。在VSFPLC中，树脂以化学方式结合到树脂基体上，并且在树脂和纤维之间没有间隙。在树脂基体中引起的裂纹直 接蔓延到纤维表面上。所有蔓延的裂纹的能量集中在玻璃纤维上的点，并且能量足以使纤维裂开。可以在硅烷处理的纤维的断裂面上看到大量的这种证据。对于具有大于IOOMPa的挠曲强度的层压体尤其是这样。本专利技术的ー个目的是克服或改善上述现有技术的缺点中的至少ー个或者提供一种有用的替代品。
技术实现思路
根据第一方面，本专利技术提供一种用于制备增强复合材料的方法，所述方法包括将至少ー种固化性树脂和多根增强纤维组合；以及使至少ー种固化性树脂固化，邻近增强纤维的固化树脂限定中间相，其中处理增强纤维使得中间相的性能基本上等于主体固化树脂的性能。在一个优选的实施方案中，增强纤维是具有偶联到上面的偶联剂的玻璃纤维。玻璃纤维可以选自E-、S-或C-级玻璃。玻璃纤维长度通常在约100和1000微米之间，并且纤维优选均匀分散在整个树脂中。偶联剂包含多种分子，每种分子具有适于结合到玻璃纤维上的第一末端以及在固化时适于结合到树脂上的第二末端。优选地，偶联剂是Dow CorningΖ-6030ο然而，可以使用其它偶联剂，如Dow Corning Z-6032和Z-6075。类似的偶联剂可状自 De Gussa and Crompton bpecialties。基本上等于主体树脂的性能的中间相的性能可以是选自强度、韧性和脆性的机械性能。作为选择或者另外，所述性能可以是选自密度、交联密度、分子量、耐化学性和结晶度的物理或化学性能。ー种或多种固化性树脂优选包括聚合物，并且被选择以具有预定的性能，包括提高的抗撕裂性、強度、韧性和抗脆化性中的ー种或多种。优选地，选择树脂使得在其固化状态下，按照尺寸约为IOOmm长、15mm宽并且5mm厚的试样的标准挠曲试验，它具有大于3焦耳的挠曲韧性。理想地，在制备之后长达5年内，具有该聚合物的固化树脂具有大于3焦耳的挠曲韧性。在优选的实施方案中，固化树脂对裂纹蔓延有抵抗力。优选的固化树脂能够足量供应细纤维并且具有足够的固有拉伸强度以稳定裂纹前的细裂纹区，从而限制或者防止裂纹的蔓延。理想地，在其可能达到玻璃纤维的表面之前，聚合物改性的固化性树脂阻止裂纹，或者如果在裂纹前面的细裂纹到达玻璃，则它具有的能量不足以使玻璃纤维表面破裂。这些韧化的树脂理想地适合极短纤维增强的复合材料。另外，这些树脂提供降低的随着老化出现的脆化。注意由于在玻璃纤维的表面和玻璃纤维体之间大大不同的冷却速率，玻璃纤维的真正表面远不及纤维本身的強度。该表面是很容易断裂的。为了说明这一点，只需查看用于制备“胶合碎片的(glue chipped) ”装饰玻璃面板的方法。用于纤维的处理优选是减少在中间相中的树脂聚合的催化的处理。在一个实施方案中，用于增强纤维的处理是聚合物涂层的涂覆。优选地，聚合物涂层的聚合物是单体不足(少于约33% w/w的単体)、仅具有相对中等的不饱和量的低活性不饱和聚酯树脂。适宜地，将不饱和的聚酯树脂配制成基本上是亲水的。在另ー个实施方案中，用于增强纤维的处理是亲水表面涂层的涂覆。使偶联剂(涂覆玻璃纤维)与亲水剂反应提供亲水性表面涂层。在一个优选方面中，通过使DowCorning Z-6030与三羟基化合物如三羟甲基丙烷或四羟基化合物如季戊四醇在催化剂如三丁基锡的存在下反应，提供亲水剂。使用亲水表面涂料充分涂覆玻璃增强纤维，使得改性的纤维基本上是亲水的。 在亲水表面涂层实施方案的又ー个方面中，使用乳液进ー步处理已经处理过的玻璃纤維。处理可以只是混合，然而，优选复合。乳液优选包含16. 6份水、100份丙酮以及200份聚合物。任选地，乳液包含自由基抑制剂，其通常包括氢醌(HQ)或受阻胺。聚合物可以是こ烯基酯树脂，然而，优选在上面提及的聚合物。特别是，该聚合物是单体不足(少于约33% w/w的単体)的仅具有相对中等的不饱和量的低活性不饱和聚酯树脂。适宜地，将不饱和的聚酯树脂配制成基本上是亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备增强复合材料的方法，所述方法包括：将至少一种固化性树脂和多根增强纤维组合；以及使所述至少一种固化性树脂固化，邻近所述增强纤维的固化树脂限定中间相，其中处理所述增强纤维使得所述中间相的性能基本上等于主体固化树脂的性能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·克利福德·霍奇森，
申请(专利权)人：高级复合材料国际有限公司，
类型：发明
国别省市：