[发明专利]用于复合材料的共混物

说明书

发明描述

本发明主题涉及一种包含环氧树脂、环状碳酸酯和包含聚烷氧基多胺、另外的胺及催化剂的硬化剂的共混物，一种用于生产所述共混物的方法，本发明共混物在生产经固化的环氧树脂中的用途，以及一种利用本发明共混物固化得到的环氧树脂，特别是用于风力涡轮机的动叶片的纤维增强的固化环氧树脂。

已知由可固化的环氧组合物组成的共混物及这些在生产复合材料中的用途，并在很多专利和其他文献的出版物中，例如在“Handbook of Epoxy Resins”，McGraw-Hill 1967，H.Lee和K.Neville中描述。如EP-A 2307358中所述，如果在包含环氧树脂和固化剂(硬化剂)的共混物中适当选择组分及其彼此的数量比，则这些组分可反应而在共混物硬化后得到称为经固化的环氧树脂的材料，这种材料具有非常好的机械性能。

通常用于环氧树脂的硬化剂为胺。发现尤其是在称为浸渍技术的方法中，特别是在VARTM方法中，使用胺以固化环氧化物。在此，使二或聚环氧树脂与胺紧邻加料程序前混合而得到共混物，将该共混物在20-50℃的温度下吸入或泵入模具，随后使该共混物在55-90℃的模具温度下反应，以使共混物硬化。在此，整个过程的速度取决于加料步骤、实际浸渍的持续时间，以及硬化过程的持续时间。

经固化的环氧树脂的一个具体的主要应用领域是用于生产由纤维增强塑料组成的组件，其中由玻璃纤维或由碳纤维或其他纤维提供机械增强。纤维增强塑料作为用于汽车，用于飞行器，用于舰艇和船舶，用于运动产品和风力涡轮机的动叶片的材料使用。

近年来，风力涡轮机的动叶片的尺寸增加，这也导致特别是对于在完全固化后生产动叶片并必须符合更严格的技术要求的共混物的机械性能具有更严格的要求。工业生产风力涡轮机的动叶片通常使用真空浸渍方法或“真空辅助树脂传递成型”方法(VARTM)。共混物机械性能水平的增加可通过使用在“Technical BulletinCARBONATES IN EPOXY FORMULATIONS”，Huntsman，2005中所述的环状碳酸酯实现。

例如在轻质复合工件如风力涡轮机的动叶片的生产中，通常在具有增强纤维和可固化的环氧树脂组合物的层状结构中设置轻质结构材料如轻木，或特别是PVC泡沫。在固化环氧树脂组合物后，PVC泡沫此时可能反应并变色，这取决于所用环氧树脂组合物。已描述该种PVC变色(H.Wechsler，Journal of Polymer Science，11(1953)，233)。

WO2010/010045描述了树脂组分与硬化剂组分的共混物，所述硬化剂不仅包括含有聚醚多胺且以不足化学计量量使用的胺类硬化剂，还包括胍基催化硬化剂，尤其是用于大的复合组件中。

US 3,305,527中所述的环状碳酸酯是对于环氧树脂的良好反应性稀释剂。US 3,305,527中所述的包含在20-50℃的温度下作为硬化剂的液体胺的共混物提高了环氧树脂的反应性。然而，生产大的组件如风力涡轮机的要素是：共混物的粘度上升不够快，而成为未充分润湿纤维或在固化已通过共混物进行到阻止进一步加工的程度前未实现使共混物完全填充模具的原因。由于过度的反应性和由此过快硬化，因此US 3,305,527中所述的相关共混物不能用在借助VARTM技术生产大的组件中。

“Technical BulletinCARBONATES IN EPOXY FORMULATIONS”，Huntsman，2005同样说明已知环状碳酸酯降低共混物的热稳定性。借助热挠曲温度(HDT)描述热稳定性，Germanischer Lloyd要求对于经固化的共混物，热挠曲温度应在70℃以上。Germanischer Lloyd负责检测程序，该检测程序是对风力涡轮机结构的要求。US 3,305,527中所述的相关共混物的该热挠曲温度在65℃以下。

JP 2002-187936同样描述共混物，该共混物包含三个组分，即环氧化物、胺和叔胺，其中活性氢原子与环氧基的比例规定在0.3-0.8的范围内且叔胺与环氧树脂的重量比规定在0.001-0.1的范围内。JP 2002-187936未公开也包含环状碳酸酯与环氧化物的共混物。

WO-A12011/112405描述一种用于降低放热性的方法，其中环状碳酸酯，特别是碳酸亚丙酯，以及硬化剂与环氧化物一起使用。硬化剂优选选自环状脂族胺如IPDA和聚烷氧基多胺中的一种。在共混物中没有公开至少三种具有氮原子且可相对于全部环状碳酸酯和环氧基团以不足化学计量比例使用的化合物的组合，其中所述共混物在硬化后仍具有希望的机械性能。