[发明专利]具有化学可调节流变学的聚合物配制品用于预浸料和由复合材料制成的物品的制造

说明书

技术领域

本发明涉及预浸料半成品与包含嵌入聚合物基体中的纤维类型的复合材料外壳的制造。更具体地，本发明涉及聚合物配制品，更加具体地涉及基于环氧树脂的配制品，其可以用作聚合物基体以制造预浸料（例如基于碳纤维、玻璃纤维、碳化硅等）。

此外，本发明涉及所述聚合物配制品的生产方法以及所述聚合物配制品与所述预浸料用于制造由复合材料制成的物品的用途。

背景技术

各部件如发动机外壳和其它容器用来在压力下使用并且由复合材料（其具有用纤维增强的聚合物基体）制成是已知的，尤其是在航空领域中。典型地，已知基于纤维或纤维长丝（其使用合适的聚合物配制品预浸）的缠绕的制造方法用于所述目的。类似的技术已经成功地用于具有降低的重量的箱体、管道元件等的制造。

历史上，玻璃纤维是已经被最广泛使用的纤维，但是近年来其它纤维，如碳丝（carbon filaments）、硼丝（boron filaments）、和高模量聚合物长丝，尤其是芳纶纤维（aramidic），已经越来越多地应用在复合结构中，因此有利地利用了它们的特殊的物理-化学性能。

最频繁使用的树脂通常是环氧基树脂，并且包含双酚A二缩水甘油醚（BADGE）、具有低分子量的环氧稀释剂与交联剂，如羧酸的脂肪族胺与芳香族胺和酸酐。

类似的聚合物组合物是已知的，例如来自WO2009/055666和US5340946，它们公开了包含环氧树脂、嵌段的异氰酸酯、包含羟基官能团的聚合物与潜性交联剂的配制品，尤其是用于印刷电路板的生产。

更为详细地，WO2009/055666尤其涉及提供聚合物组合物，该聚合物组合物表现出良好的性能平衡，并且尤其在加热时（即具有足够高的玻璃转化温度）满足了尺寸稳定性，以便与焊料相互作用以用于电路板的制造，在垂直于电路应该位于其中的主平面方向上并不引起聚合物层压板的热膨胀。

类似地，US5340946涉及提供用于印刷电路板的制造的聚合物配制品，这些印刷电路板具有改善的耐热性。更加具体地，提供配制品，其尝试去除在完成树脂的固化之前放置在树脂中的导线-导体（wire-conductor）的所谓“游动（swimming）”。

然而，使用的印刷电路板没有经受明显的机械负载。

因此，当制造包含嵌入聚合物基体中的纤维的该类型的复合部件时，WO2009/055666和US5340946没有提供对于其它通常遇到的问题的洞悉力，并且当操作该类型时，其需要承受大得多的负荷与应力，例如发动机外壳、箱体和其它用来在压力下使用的容器。

在本领域中不同的制造方法是已知的，其使长丝（单纤维，filament）绕旋转轴（rotating spindle）缠绕，旋转轴的形状决定了生产的物品（其由复合材料制成）的最终几何形状。

根据第一工序，称为“湿法缠绕（wet winding）”，纤维长丝用聚合物配制品涂覆，该聚合物配制品通过浸入含有配制品的槽中而被容纳。在浸渍之后立即将长丝绕轴缠绕以形成所期望的结构。通过缠绕由此获得的结构随后进行交联。

可替代地，在称为“干法缠绕（dry winding）”的第二工序中，将之前浸入在聚合物配制品中的预浸料、或由纤维长丝组成的半成品绕轴缠绕。同样在这种情况下，借助于缠绕所获得的结构随后进行交联。然而，为了实施该第二工序，预浸料需要具有给定的稳定性，即在制造与随后的缠绕之间以产生由复合材料制成的物品，必须能够容易地将预浸料存储在仓库中持续合理长的时间。换言之，同样当将预浸料保存在室温下时，该预浸料必须具有足够长的贮存寿命（所谓的“外置寿命（out-life）”）。

尤其是，在本领域中需要了解用于预浸料和由复合材料制成的物品制造的聚合物配制品具有至少5-6个月的贮存寿命。

同时，用于预浸料和由复合材料制成的物品制造的聚合物配制品具有的流变特性与制造方法的不同阶段和相对操作条件（温度、交联过程的活性等）完全兼容是高度令人期望的。

事实上，必须考虑到，在该方法的不同阶段中，用于聚合物配制品的流变特性可被逐渐调节是令人期望的。尤其是，在第一阶段中，该配制品应当充分流动以润湿该纤维长丝，而且对于预浸料应当足够粘性以在缠绕之前被稳定地贮存很长时间。

在这个意义上，在本领域中需要了解用于预浸料和由复合材料制成的物品制造的聚合物配制品比已知的配制品具有更高的玻璃转化温度。

此外，在缠绕阶段中为了确保可操作性，在缠绕期间针对将配制品的粘度提高至足够程度以允许中断轴旋转是令人期望的。最后，在缠绕阶段的结束必须能够交联该配制品。