[发明专利]纤维强化的聚异氰脲酸酯部件及其制造方法

说明书

本发明涉及耐热的、纤维强化的聚异氰脲酸酯部件，其能够通过使用反应性树脂混合物使纤维浸透而得到，所述反应性树脂混合物由多异氰酸酯、多元醇、三聚催化剂以及任选存在的添加剂构成，本发明还涉及这些部件的制造方法。

DE 10 2009 058 101 A1描述了在风力涡轮机中使用层结构，其中将聚氨酯用作塑料。异氰酸酯基团的数量与对异氰酸酯具有反应性的基团的数量之比优选为0.9-1.5。在实施例中，异氰酸酯基团的数量与对异氰酸酯具有反应性的基团的数量之比为约1.02。该方法的缺点在于该混合物的粘度相对较高，因此含该塑料的纤维层相对难以制造。

WO 2011/081622 A1描述了用于复合结构的聚氨酯组合物。该复合结构可用于风力涡轮机的转子叶片。OH/NCO之比为至少1，即存在与NCO基团至少同样多的OH基团。该方法的缺点在于其粘度相对较高，并且加工期非常短；对于大型部件而言，这使得实施加料过程困难得多。

纤维强化的塑料被用作构造材料，这是因为这些塑料具有高机械强度，并兼具低重量。在此，基体材料通常由不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂构成。

纤维复合材料可例如用于航空器构造、用于汽车构造或用于风力涡轮机的转子叶片中。

可利用用于制造纤维复合部件的已知方法，例如手动层压法、注塑法、树脂注塑法（树脂传递模塑法）或真空辅助灌注法(例如VARTM(真空辅助树脂传递模塑法))或预浸渍技术。特别优选真空辅助灌注法，这是由于其可制造大型部件。

但是，迄今为止已知的方法的缺点在于反应性树脂混合物的硬化耗费非常长的时间，这导致生产率低。为了提高生产率，必需减少制造周期时间。因此，重要的是反应性树脂混合物具有非常低的粘度，并经过长时间保持低粘度，使得其快速且完全地浸透纤维。另一方面，应使固化时间尽可能短，以此减少周期时间。由此可显著缩短纤维复合部件的制造时间。出于经济性的原因，希望低的硬化温度以节约能量成本。同时，应使纤维复合部件具有高耐热性，这是因为它们可能例如通过太阳光而被强烈加热，并必须防止机械稳定性损失。

因此，本发明的目的是提供能够使纤维良好的浸透和润湿，同时确保快速的硬化和良好的耐热性的基体材料。

出人意料地，所述目的通过能够从纤维层和从反应性树脂混合物得到的纤维复合部件而实现，所述反应性树脂混合物由多异氰酸酯、多元醇、三聚催化剂以及任选存在的常规添加剂构成，其中选择异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比以形成聚异氰脲酸酯物质。

聚异氰脲酸酯(PIR)通过异氰酸酯基团的三聚化而形成。异氰脲酸酯环是非常稳定的。PIR结构通过强碱，特别是通过碱金属乙酸盐和碱金属甲酸盐的催化而形成。该反应已知用于PIR硬质泡沫物质的制造。在此，异氰酸酯初始优选与多元醇反应而得到聚氨酯，在进一步的反应过程中，当大多数OH基团已被反应消耗时，形成聚异氰脲酸酯。出人意料地，还可将该反应用于紧密的、光学透明的、纤维强化的PIR片的制造，所述PIR片具有良好的耐热性。

本发明提供包含用聚异氰脲酸酯浸透的纤维层的纤维复合部件，其中聚异氰脲酸酯能够从包含以下的反应混合物得到：

A) 一种或多种多异氰酸酯，

B) 一种或多种多元醇，以及

C) 一种或多种三聚催化剂，

其中异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.6-6.0。

优选地，异氰酸酯基团的数量与OH基团的数量之比为1.8-4.0，特别为2.1-3.5。

三聚催化剂引发并加速异氰酸酯基团的三聚化而得到异氰脲酸酯基团。

优选地，所述反应混合物不包含环氧树脂。

优选地，本发明复合部件在含聚异氰脲酸酯的纤维层的两面之一上具有所谓的间隔材料层，并任选具有紧接间隔层之后的含聚异氰脲酸酯的附加的第二纤维层，该第二纤维层优选包含与首先提及的纤维层相同的聚异氰脲酸酯。

优选的纤维复合部件在首先提及的含聚异氰脲酸酯的纤维层的两面中的另一面上具有一个或多个保护层和/或装饰层。所述保护层优选是指一个或多个凝胶涂层，其优选由聚氨酯(PUR)树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂或乙烯基酯树脂构成。

优选的纤维复合部件在含聚异氰脲酸酯的纤维层的与凝胶涂层相反的一面上具有所谓的间隔层，接着是另一含聚异氰脲酸酯的纤维层，其优选包含与首先提及的纤维层相同的聚异氰脲酸酯。例如，所述间隔层由轻木（Balsaholz）、PVC泡沫、PET泡沫或PUR泡沫构成。所述间隔层可存在于纤维层的整个区域上或在该区域的部分上。其厚度可进一步在所述区域上变化。