[发明专利]树脂组合物及树脂灌注方法

说明书

披露了适合用于液体树脂灌注方法的可固化环氧树脂组合物。在一个实施例中，该树脂组合物含有(a)至少两种聚环氧化物，其中一种是三(羟苯基)甲烷的三缩水甘油醚，(b)芳香族胺固化剂，以及(c)核‑壳橡胶颗粒。在另一个实施例中，该树脂组合物含有(a)至少两种聚环氧化物，其中一种是双(羟苯基)芴的二缩水甘油醚，(b)芳香族胺固化剂，以及(c)核‑壳橡胶颗粒。

本披露总体上涉及通过树脂灌注方法(如树脂传递模制(RTM))制造纤维增强复合结构，以及适合用于此种树脂灌注方法的树脂组合物。

具体实施方式

可以使用不同的方法制造三维纤维增强复合零件，这些方法之一是液体树脂灌注。树脂传递模制(RTM)和真空辅助RTM(VARTM)是涉及将液体树脂注入纤维预成型件中的制造方法的实例。在RTM方法期间，将预成型件置于封闭模具腔体中，并且将树脂在压力下注入该腔体中。经常将具有预成型件的模具置于真空下，使得真空去除该预成型件中的所有截留空气并且加速RTM方法。一旦液体树脂充满模具腔体，则将该树脂固化，导致形成复合零件。VARTM类似于RTM，除了单面机床通常与真空装袋一起使用，并且压力梯度将液体树脂推进预成型件中。该纤维预成型件是干增强纤维的组件，通常呈以堆叠布置的形式铺放的织物层形式。这些技术非常适合用于在许多情况下以合理的生产速率制造非常复杂形状的零件。

热固性树脂，特别是环氧树脂，由于其令人希望的特性如耐热性和耐化学性、粘附性和耐磨性，已经被广泛用作此类纤维增强复合零件的基质树脂。对于RTM加工，固化剂溶解到树脂相中促进简单的“加热、注射/浸湿和固化”工艺方法，其中理解和权衡的是由于树脂和固化剂的紧密混合，树脂组合物即使在环境温度下也显示出少许自反应性。与环氧树脂广泛使用以生产纤维增强复合材料的固化剂尤其包括脂肪族胺和芳香族胺。固化剂的结构及其官能团的反应性经常被用于控制树脂组合物的反应速率和可加工性。

当设计用于结构应用(如航空航天应用)的纤维增强聚合物复合材料时，希望增加固化的聚合物基质的玻璃化转变温度(T_g)、特别是湿T_g并且降低固化速率同时维持聚合物基质中的高水平的韧性和固化的复合材料中的高水平的抗损伤性。此类特性对于制造其中要求高韧性或高速撞击耐受性的航空航天结构(如风扇叶片、发动机舱和包容机匣(containment casing))将是特别令人希望的。来源于纤维增强聚合物的航空航天复合零件可以被环境侵蚀(如水分扩散)所降解。湿T_g是指固化的材料在其中材料(以测试试样的形式)被水分所饱和的条件下的玻璃化转变温度，此类条件被认为是在使用环境中的指示。还希望来源于纤维增强聚合物的航空航天复合零件在其使用时间内对材料特性的变化示出抗性。用于表征这种行为的一种方法是将固化的树脂体系保持在升高的温度下，并追踪在升高的温度下玻璃化转变温度随时间变化的演变。

本披露提供了可固化树脂组合物，其适合用于液体树脂灌注方法、特别是RTM和VARTM。

根据一个实施例，该可固化树脂组合物含有以下组分：

(A)至少两种聚环氧化物，其中一种是双官能环氧化物并且另一种是由式I表示的三(羟苯基)甲烷的三缩水甘油醚：

(B)至少一种由式II表示的芳香族胺固化剂：

其中A是由-NHR表示的胺基，R独立地选自氢、具有1至6个碳原子(C₁-C₆)的直链和支链烷基，优选A是NH₂；

B选自：

C选自C₁-C₆烷基和异丙基；并且X是选自Cl、Br、F和I的卤素或氢(H)；以及

(C)核-壳橡胶颗粒。