[发明专利]用于使用环氧树脂组合物制备复合材料的方法

说明书

本申请要求于2007年6月15日提交的美国临时申请60/934,756的优先权。 

本发明涉及用于使用环氧树脂制剂制备复合材料的方法。 

环氧树脂制剂被用于许多形成增强复合材料的方法中。这些方法包括，例如，模塑方法，比如作为树脂传递模塑(RTM)、真空辅助树脂压铸(VARTM)、西曼复合材料树脂熔渗模塑法(SCRIMP)和反应注射模塑(RIM)已知的那些。这些方法的共有之处是将环氧树脂制剂施加于增强剂，并且在增强剂的存在下固化。形成具有其中分散有增强剂的连续聚合物相(由固化的环氧树脂形成)的复合材料。 

可以使用各种方法制备许多产品。模塑方法(比如RTM、VARTM、SCRIMP和RIM)被用于制备高强度部件，它们被用于例如座位设备(seating)、汽车车身面板(automobile body panel)和飞机组件中。在RTM、VARTM、FRI和SCRIMP方法中，将编织或并结的纤维预制体(perform)插入模具腔中。将模具闭合，并且将树脂注入模具中。树脂在模具中硬化以形成复合物材料，然后将其脱模。在RIM方法中，可以如刚刚描述的将增强材料预先插入模具中，或可以与环氧树脂组合物一起注入到模具中。 

如同使用许多其它制备方法的情况，这些复合材料制备方法的经济性严重依赖于操作速率(operating rate)。对于模塑方法，操作速率通常用“循环时间”表示。“循环时间”表示在模具上制备部件和预备模具制备下一个部件所需的时间。循环时间直接影响单位时间可以在模具上制备的部件的数量。更长的循环时间增加生产成本，因为单位部件的间接成本(设备和劳动力等)更大。如果需要更高的生产能力，则由于对更多模具和其它加工设备的需要，因此资本成本也增加。出于这些原因，在允许的条件下，相当经常地需要缩短循环时间。 

当将环氧树脂用在上述模塑方法中时，循环时间的主要组成是使树脂 固化所需的时间量。通常需要长固化时间，特别是在部件大且复杂的情况下。因此，如果用于树脂固化所需的时间可以缩短，则循环时间和生产成本可以减小。 

可以通过使用催化剂，并且一些情况下使用高反应性的硬化剂来促进更快的固化。与更快的固化体系相关的问题还有其它，比如下面的这些问题。一个问题就是成本，因为催化剂和特别的硬化剂相对于余下的原料趋于是昂贵的。此外，固化更快的体系趋于具有短的“固化进行时间(opentime)”。“固化进行时间”粗略地指在将组分混合之后，聚合物体系建立足够的分子量和交联密度使其不再能够以液体形式容易地流动所花费的时间，此时不能再使用合理的条件对聚合物体系进行加工。由于两个主要原因，固化进行时间在复合材料的生产加工中是重要的。首先，混合的组分必须被转移到模具或模头中。这种情况变得困难或不可能，因为粘度随着增长的聚合物分子量和交联密度增加。第二，混合的组分的粘度必须足够低，以使它们可以容易地在增强材料纤维或粒子周围和在增强材料纤维或粒子之间流动。如果聚合物体系的粘度过高，则它不能容易地在增强材料周围流动，并且所得到的复合材料将具有空隙或其它缺陷。 

当制备较大部件时，对足够的固化进行时间的需要变得愈加重要，因为在这些情况下，填充模具可能花费数分钟。 

由于这些问题，因此需要开发使用环氧树脂制备复合材料的方法，在这种方法中，在保持足够的固化进行时间的同时缩短固化时间，并且在这种方法中，形成良好质量的复合材料。 

本发明是一种用于制备模塑增强复合材料的方法，该方法包括：将环氧树脂组合物和增强材料引入模具中，并且使环氧树脂组合物在模具中在增强材料的存在下固化，其中环氧树脂组合物包括至少一种环氧树脂、至少一种硬化剂和至少一种促进剂化合物，其中硬化剂包括偕-二(环己胺)-取代烷烃，并且促进剂包括叔胺化合物、热活化催化剂或它们的混合物。 

本发明的优选方法是RTM、VARTM、RFI、SCRIMP和RIM方法。 

在本发明的优选方法中，环氧树脂含有按每个分子计平均至少0.1个羟基。