[发明专利]包含可调节固化速度的树脂组合物的预浸料坯

说明书

包含经含浸的增强纤维的层的预浸料坯，其包含至少一层经树脂组合物含浸的增强纤维的层，树脂组合物至少包含热固性树脂、固化剂和促进剂，促进剂具有与远离增强纤维的部位相比在增强纤维附近的树脂组合物中更为浓缩的浓度梯度。含第一树脂组合物的树脂组合物含浸增强纤维以提供经含浸的增强纤维的层，在经含浸的增强纤维的层上形成包含第二树脂组合物的表面层，其中所述第一树脂组合物具有至少一个在早于第二树脂组合物的任意放热峰的时间及/或在低于第二树脂组合物的任意放热峰的温度处出现的放热峰。第一树脂组合物产生的热量调节为引发或加速第二树脂组合物的固化，从而实质性缩短所述预浸料坯的固化周期时间。未固化预浸料坯实现了优异的操作性及加工性，且经固化的预浸料坯实现了优异的物理特性、热特性及机械特性。

相关申请的交叉引用

本申请基于2015年9月28日提出的美国临时申请No.62/233,717、及2016年8月23日提出的美国临时申请No.62/378,418主张优先权。出于所有目的，上述申请各自全部的公开内容以参考方式整体并入本文。

技术领域

本发明提供新型的预浸料坯，其包含经含浸的增强纤维的层，所述经含浸的增强纤维的层包含至少一层经树脂组合物含浸的增强纤维的层，所述树脂组合物至少包含热固性树脂、固化剂和促进剂，其中，所述促进剂具有下述这样的浓度梯度，所述浓度梯度为：与远离所述增强纤维的部位相比，在所述增强纤维附近的树脂组合物中更为浓缩。在一个实施方式中，所述树脂组合物包含含浸所述增强纤维的第一树脂组合物、和在所述经含浸的增强纤维的层上形成的包含第二树脂组合物的表面层。此外，所述第一树脂组合物具有至少一个在早于所述第二树脂组合物的任意放热峰的时间、及/或在低于所述第二树脂组合物的任意放热峰的温度处出现的放热峰，并且，所述第一树脂组合物在放热期间产生的热量大于等于所述第二树脂组合物在放热期间产生的热量。向所述预浸料坯施加外部加热手段时，第一树脂组合物产生的热量可提供额外的热量来固化第二树脂组合物，由此缩短固化周期时间。该未固化预浸料坯具有优异的操作性和加工性，经固化后还具有优异的热特性和机械特性。

预浸料坯可在高压釜中进行成型，或者，在无法利用高压釜压力的情况下，预浸料坯可通过单独使用真空袋(vaccum bag only)、或使用“Quickstep”、液压加压(hydraulicpress)或增压加压(pressure-press)(也称为压力釜(press-clave)、)等非高压釜方法、或利用任何具有高加热速度的派生成型方法(例如感应加热、电磁加热或电阻加热)进行成型，从而在尽可能短的固化周期时间内得到无孔隙的复合制品。

背景技术

为航空器而开发的现有复合技术仅允许低产量的高压釜固化加工，其耗时长且成本高昂。高压釜常用于成型预浸料坯，所谓预浸料坯是指多根增强纤维的片材，所述多根增强纤维的一侧或两侧上经树脂组合物含浸。这样的预浸料坯可以提供优于其他形态的纤维增强树脂的机械性能。以下两种情况导致较长的固化周期时间：高压釜的加热(升温)速率缓慢；以及预浸料坯的材料需要经过长时间的等温固化来得到高固化度(DoC)，以获得需要的热性能和机械性能。尤其对于厚尺寸的复合制品而言，由于放热(产生于固化过程、但无法有效控制的热量)的原因，高压釜中有时不期望高升温速度。

树脂组合物可包含彼此发生化学作用的热固性树脂和固化剂。但是，相互作用可能会在环境条件下发生，从而对预浸料坯的操作性和加工性(例如粘着性(tack)、悬垂性、保存时间和外置时间(out time)(特定加工条件下)等)造成不期望的影响。已有数种用于改善预浸料坯的操作性和加工性的方法获得了专利，这些方法中，在预浸料坯的一侧或两侧上采用反应性显著低于用来含浸增强纤维的树脂组合物的表面层。例如，US20140057515A1(Suzuki等人，Toho)中公开了包含预浸料坯和表面层的复合物，所述预浸料坯包含经第一环氧树脂组合物含浸的增强纤维，所述表面层包含第二环氧树脂组合物，其中，第一树脂组合物及第二树脂组合物中仅一者包含固化剂。EP1072634A1(Steele，Hexcel)中隐含公开了使预浸料坯的树脂组合物中的任一者含有主要量的固化剂。