[发明专利]纤维增强的复合材料组件及其制备

说明书

本发明涉及例如通过将纤维用反应性树脂混合物浸渍可得的纤维复合材料组件和涉及其制备方法，所述反应性树脂混合物由多异氰酸酯、多环氧化物、多元醇、潜催化剂和任选的添加剂构成。

塑料基的纤维复合材料常用作建筑材料，因为它们具有与低的重量相结合的高的机械强度。所述基质材料一般由不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂和环氧树脂组成。

纤维复合材料可以用于例如航空器建造、汽车建造或风力发电厂的转子叶片。

DE-A 4416323描述了热可固化的反应性树脂混合物，其包含有机多异氰酸酯、具有环氧基团的有机化合物和特定叔胺的混合物(催化剂)。所述反应性树脂混合物在高达80℃的温度下部分固化和在100-200℃的温度下完全固化。这些反应性树脂混合物的缺点是它们仅在高温下固化和具有长的循环时间，这进而导致高的能量和生产成本。

WO 2008/147641描述了由封端的异氰酸酯、环氧树脂和催化剂制备的固化组合物的制备，其中形成至少一种噁唑烷酮和异氰脲酸酯环。所述组合物可以用作涂料或用于制备复合材料。此组合物的缺点在于在多级法中，首先必须制备所述聚氨酯预聚物和接着转化成可用作反应性树脂组分的封端的预聚物。

WO 2012/022683描述了通过用由多异氰酸酯、多环氧化物、多元醇和任选的添加剂的反应性树脂混合物浸渍纤维可得的扁平纤维复合材料组件，其中不形成任何噁唑烷酮环。所述反应性树脂在20-120℃的温度下固化。这些反应性树脂混合物的缺点是若干小时的长的热处理时间和混合后所述反应混合物的粘度上升。

迄今为止使用的反应性树脂具有的缺点在于它花费较长的时间所述反应性树脂混合物才能固化，这导致低的生产率。为了增加生产率，需要减小制备过程中的循环时间。这里重要的是所述反应性树脂混合物流动时间长得足以完全浸渍所述纤维，尤其是在大的模塑品的情况下。另一方面，所述固化时间应当非常短以便减小循环时间。为了经济原因，低的固化温度是所希望的，因为由此可以节约能量成本。为了安全原因，所述纤维复合材料组件高的阻燃性是所希望的性能，因为它增加了最终用途(例如转子叶片、车体零件)的安全性。

因此本发明的目的是提供基质材料，其能够使得纤维良好地浸渍和润湿，长时间为流动性的(具有长的贮存期)和同时保证了迅速固化和良好的机械性能。同时，成品模塑品应当具有良好的热稳定性。

此目的令人惊讶地通过使用相对于OH基团数大量过量的异氰酸酯基团由纤维和多异氰酸酯、多环氧化物、多元醇、潜催化剂和任选的常规添加剂的反应性树脂混合物可得的纤维复合材料组件得以实现。

本发明提供了基于聚异氰脲酸酯和聚氨酯的纤维复合材料组件，其包含一个或多个用聚氨酯和聚异氰脲酸酯浸渍的纤维层，其中所述聚氨酯和聚异氰脲酸酯由如下组成的反应混合物可得：

A) 一种或多种多异氰酸酯

B) 一种或多种多元醇

C) 一种或多种多环氧化物

D) 一种或多种潜催化剂，和

E) 任选的添加剂

F) 任选的纤维材料，

其中所述混合物在25℃具有的粘度为20-500 mPas，优选50-400 mPas，更优选60-350 mPas(根据DIN EN ISO 1342测量)，组分A)中的NCO基团数与组分B)中的OH基团数之比为10:1-16:1，优选为11:1-14:1，组分A)中的NCO基团数与组分C)中的环氧基团数之比为2:1-25:1，优选为7:1-15:1，最优选为10:1-14:1，和组分C)中的环氧基团数与组分D)中的潜催化剂摩尔数之比为1.1:1-12:1，优选3:1-10:1，最优选为5:1-7:1。

聚异氰脲酸酯(PIR)通过异氰酸酯基团三聚形成。所述异氰脲酸酯环是非常稳定的。开始时，所述异氰酸酯优选与多元醇反应得到聚氨酯。后来，当大多数OH基团已经反应时，形成聚异氰脲酸酯。本发明的纤维增强纤维复合材料组件是致密的、光学透明的并具有良好的热稳定性。

所述聚氨酯/聚异氰脲酸酯原则上不含任何噁唑烷酮基团。如果与期望的相反，由于少量副反应在聚氨酯/聚异氰脲酸酯中实际上出现了噁唑烷酮基团，则其含量基于聚氨酯/聚异氰脲酸酯在5重量%以下。当多异氰酸酯与环氧化物反应时形成噁唑烷酮基团。这些在纤维复合材料组件中是不影响的。

粘度根据DIN EN ISO 1342和根据实施例部分的说明进行测定。

所述纤维复合材料组件的聚氨酯/聚异氰脲酸酯基质含有的聚异氰脲酸酯含量为55重量%-85重量%，优选65重量%-75重量%。