环氧复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制造环氧复合材料的方法。在该方法中，将环氧预聚物、固化剂和微粒填料组合而形成一种可固化混合物。然后将该混合物在非空气的气氛中搅拌以使之基本上均匀，并且对该混合物施加压力以减少或消除该混合物中的气泡并维持压力直到该可固化混合物被固化而形成该环氧复合材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制造环氧复合材料的方法。
技术介绍
本专利技术人要求一种用于漂浮并且用作深海应用中的结构元件的、强度格外高且均匀的合成泡沫。已测试了各种商业泡沫并且全都不能满足适当的FofS (安全系数)。认为这些材料的失效部分是由于这些材料的不均匀性，从而导致该材料的不同部分中强度特征是变化的。这些商业泡沫趋向于首先在一侧失效和/或形成严重裂缝。在需要相当大块的泡沫以便提供漂浮和这种应用的结构整体性时，本专利技术人认为商业泡沫的低FofS和不均匀的强度是主要的缺点。通过将一种环氧预聚物、一种固化剂和一种填料进行组合并允许所得混合物进行固化，可以制备环氧复合材料。该填料起到了多种作用中的一种或多种，包括增大刚度、增大强度、改进抗裂性并且减小固化后复合材料的密度，如果使用低的填料水平，则对特性的改进可能达不到要求。而且未固化的混合物可能具有较低的粘度。这可以允许填料的局部分离(是由于填料与环氧预聚物的不同密度)，从而产生具有不均匀特性的固化后复合材料。通过提高该混合物中的填料水平可以解决这些问题。但是这弓I起了新的问题。提高填料水平导致该固化后混合物的粘度升高。为实现均匀的产物而搅拌该混合物可能导致夹带大量空气，这可能在固化后的复合材料中产生空隙。这些空隙会不利地影响固化后的复合材料的物理性质(强度等等)。在混合时施加真空可以部分解决这个问题，然而，具有高填料负荷的未固化复合材料的高粘度可能导致难以去除所有气泡。因此需要一种在允许较高填料负荷的同时减少或消除空隙的、制备环氧复合材料的方法。专利技术目的本专利技术的一个目的是基本上克服或至少改善以上一项或多项缺点。本专利技术的另一个目的是至少部分地满足以上需求。专利技术概述在本专利技术的第一方面，提供了一种用于制备环氧复合材料的方法，该方法包括将一种环氧预聚物、一种固化剂和一种微粒填料进行组合而形成一种可固化混合物；搅拌该混合物以使之是基本上均匀的；并且对该混合物施加压力以减少或消除该混合物中的气穴(gas pockets)。在本专利技术的背景下，术语“减少”是指气穴尺寸(例如，体积)的减少。应该将压力维持到该可固化混合物被固化而形成该环氧复合材料。这个搅拌步骤、以及任选地还有组合步骤，可以在非空气的气氛中进行。可以将以下选择与该第一方面联合使用，单独地或以任何适当的组合方式。对混合物施加的压力 可以是至少约7000kPa，或者可以是约7000至约15000kPa。替代地可以是约2000至约7000kPa。与使用较高压力而制备的复合材料相比，可以使用较低的压力来制备在较低压力下使用的复合材料。这个压力可以等压地施加。它可以按流体静力学方式施加。该预聚物和固化剂可以是使得该可固化混合物在20° C下的工作时间为至少约I小时、或至少约6小时、或至少约I天。它们可以是使得该可固化混合物在约20° C下不固化，或是使得它在约20° C下在至少约I天或至少约I周的时间内不固化。这种组合可以伴随着该可固化混合物的一种或多种组分的冷却、或在该冷却之后进行。例如这种组合可以包括冷却该预聚物然后添加该固化剂和微粒填料。这种冷却可以是在约O至约10° C、例如至约3° C的温度下。进行搅拌并且任选地还有进行组合时的这种非空气的气氛可以是其在该可固化混合物中的溶解度高于在相同温度下空气在该可固化混合物中溶解度的一种气氛。该非空气的气氛可以包含按摩尔计至少约50%的氩气。它可以是一种焊接气体。它可以包含约93%的氩气和约5%的二氧化碳。它可以包含约2%的氧气。它可以包含约93%的氩气和约7%的二氧化碳。这个施加压力的步骤可以如下进行:使得该混合物不暴露于空气中。它可以在如以上说明的非空气的气氛中进行。它可以在被保护层或阻挡材料环绕的情况下进行，该保护层或阻挡材料抑制或防止空气和/或该非空气的气氛进入该混合物。它可以通过环绕的流体(液体或空气)来等压地施加，并且该保护层或阻挡材料可以抑制或防止该环绕的流体进入该混合物。该微粒填料可以具有比该预聚物更低的密度或真密度。它可以具有比该可固化混合物更低的密度或真密度。它可以具有小于约0.5g/cc的真密度。该微粒填料可以是或可以包括空心微球。这些空心微球可以是空心玻璃微球(玻璃微气泡)。这些空心微球可以是使得(例如，可以具有一个壁厚而使得)不超过约10%的微球在这个对混合物施加压力的步骤中破裂。该微粒填料在某些情况下可以包含多于一个等级的空心微球。一个等级可以是高强度等级。另一个等级可以是低密度等级。这个组合步骤可以包括将该环氧预聚物、固化剂、微粒填料与第二填料进行组合而形成该可固化混合物。该第二填料可以是按重量计或按体积计占该可固化混合物的约0.1% 至约 1%。该方法可以包括加热该可固化混合物以便引发或加速固化而形成该环氧复合材料。在该可固化混合物在约20° C下具有长于约6小时的工作时间的情况下，这个步骤可能是有用的。如果使用加热步骤来引发或加速固化，则这种加热可以到小于90° C的温度、或到约40° C与约90° C之间的温度。它可以是该工作时间小于约I小时的时候的温度。这种加热(如果使用的话)可以在进行了对混合物施加压力之后的一个时间(在此称为延迟时间)进行。这个延迟时间可以为至少约I小时。如果使用加热步骤来引发或加速固化，则可以在释放压力之前将该环氧复合材料冷却。在本文中，术语“加热到”一个特定温度是指将该混合物置于一种处于这个特定温度下的环境中并且不一定与该可固化混合物在这个环境中所达到的实际温度有关。由于固化的放热，至少在该混合物的多个部分中的实际温度可以超过这个特定温度。该方法可以用来制备根据第二方面(以下)的环氧复合材料。在一个实施方案 中提供了一种用于制备环氧复合材料的方法，该方法包括:将环氧预聚物、固化剂和由玻璃微球构成的微粒填料进行组合而形成一种可固化混合物，所述预聚物和固化剂是使得该可固化混合物在约20° C下具有长于约6小时的工作时间，在一种包含氩气和二氧化碳的气氛中充分搅拌该混合物以使该混合物是基本上均匀的，对该混合物施加约7000至约15000kPa的等静压力以便减小或消除该混合物中的气穴，在该压力下将该混合物加热到最大90° C的温度，所述温度足以致使该混合物固化，允许该混合物在升高的压力下固化以形成该环氧复合材料，允许该环氧复合材料冷却至大约环境温度，并且将该环氧复合材料返回至约环境压力下。在另一个实施方案中提供了一种用于制备环氧复合材料的方法，该方法包括:将环氧预聚物、固化剂、由玻璃微球构成的微粒填料以及纤维状填料进行组合而形成一种可固化混合物，所述预聚物和固化剂是使得该可固化混合物在约20° C下具有长于约6小时的工作时间，在一种包含氩气和二氧化碳的气氛中充分搅拌该混合物以使该混合物是基本上均匀的， 将该混合物包裹在一种柔性阻挡材料中，对该混合物施加约7000至约15000kPa的等静压力以便减小或消除该混合物中的气穴，在该压力下将该混合物加热到最大90° C的温度，所述温度足以致使该混合物固化，允许该混合物在升高的压力下固化以形成该环氧复合材料，允许该环氧复合材料冷却至约60° C，将该环氧复合材料返回至约环境压力下；并且允许该环氧复合材料在环境压力下经至少I天的时间冷却到环境温度。在本专利技术的第二方面，提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.24 AU 20109027881.一种用于制备环氧复合材料的方法，包括: 将环氧预聚物、固化剂和微粒填料组合而形成一种可固化混合物； 将该混合物在一种非空气的气氛中搅拌以使之是基本上均匀的； 对该混合物施加压力以减小或消除该混合物中的气穴；并且 维持该压力直到该可固化混合物被固化而形成该环氧复合材料。2.如权利要求1所述的方法,其中对该混合物施加的压力为至少约7000kPa。3.如权利要求1所述的方法，其中对该混合物施加的压力为约2000kPa至约7000kPa。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中该预聚物和该固化剂是使得该可固化混合物在20° C的工作时间为至少约I小时。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中该组合步骤伴随着该可固化混合物的一种或多种组分的冷却、或在该冷却之后进行。6.如权利要求5所述的方法，其中该冷却是冷却到约O至约10°C的温度。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中该组合步骤是在该非空气的气氛中进行的。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中该非空气的气氛在该可固化混合物中的溶解度高于空气在该可固化混合物的溶解度。9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中该非空气的气氛包含按摩尔计至少约50%的氩气。10.如权利要求 9所述的方法，其中该非空气的气氛包含约5%的二氧化碳和约93%的IS气。11.如权利要求1至 ο中任一项所述的方法，其中该施加压力的步骤是如下进行的:使得该混合物不暴露于空气或该非空气的气氛。12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中该微粒填料具有比该预聚物低的密度。13.如权利要求12所述的方法，其中该微粒填料的密度是小于约0.5g/cc。14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中该微粒填料是空心微球。15.如权利要求14所述的方法，其中这些空心微球是空心玻璃微球。16.如权利要求14或权利要求15所述的方法，其中这些空心微球是使得不多于约10%的这些微球在对该混合物施加压力的该步骤中发生断裂。17.如权利要求1至16中任一项所述的方法，其中该组合步骤包括将该环氧预聚物、该固化剂、该微粒填料与第二填料进行组合而形成该可固化混合物。18.如权利要求17所述的方法，其中该组合步骤是使得该第二填料占该可固化混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳尔德·查尔斯·阿鲁姆，菲利普·迈克尔·德宾，
申请(专利权)人：阿克荣产品私人有限公司，
类型：
国别省市：