用于制备复合组件的方法
【专利说明】用于制备复合组件的方法
[0001] 本发明涉及用于制备复合组件的方法，包括下面的步骤：提供型芯和使所述型芯 的至少一部分与聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物接触，其中在接触过程中向至少所述型 芯外部施加负压pi至少一段时间。
[0002] 用于制备复合组件，例如用于风能工业的转子叶片的聚氨酯（PUR)树脂或聚异氰 脲酸酯（PIR)树脂在加工技术和工具技术中可以提供一些优点。其中有所述树脂更低的粘 度和更好的流动性能，以及所得复合材料提高的疲劳性能。
[0003]DE10 2009 058 101A1描述了层结构在风力涡轮机中的用途，其中使用聚氨酯 作为塑料。异氰酸酯基团数与对异氰酸酯反应性的基团数之比优选为0.9-1. 5。进行的实 施例中异氰酸酯基团数与对异氰酸酯反应性的基团数之比为大约1. 02。所述方法具有的缺 点在于混合物的粘度相对高，和因此包含塑料的纤维层相对难以生产。
[0004]W0 2011/081622A1描述了用于复合结构的聚氨酯组合物。所述复合结构可用于 风力涡轮机的转子叶片。0H/NC0比率至少为1，即：存在至少与NC0基团一样多的0H基团。 所述方法具有的缺点是粘度相对较高和加工时间非常短；这使得对于大的组件而言装料过 程更加困难。
[0005] 然而，PUR/PIR在具有与水接触发泡的性能上不像常规树脂如EP或UP。这首先是 缺点，因为用于复合芯的材料如轻木（Balsaholz)等必定包含水和因此将会要求干燥。这要 求相对大量的物流消耗招致和干燥成本等。当进行树脂注射法如RTM(树脂传递模塑）时 这种现象通过在注入过程中使用真空额外扩大。然而，真空是必需的以便在注入之前除去 包括的气体，或为了实现铺设网布理想的定位。
[0006] 本发明的目的是提供旨在制备复合组件的方法，其可以一起使用聚氨酯树脂与包 含水分的材料。
[0007] 根据本发明，所述目的通过用于制备复合组件的方法实现，包括下面的步骤： _提供型芯； -使所述型芯的至少一部分与聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物接触，其中在接触过 程中向至少所述型芯外部施加负压pi至少一段时间； 其中在型芯开始与聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物接触之后时间tl期满和/或在 与型芯接触的聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物中达到温度T1时，向至少所述型芯外部施 加正压p2。
[0008] 本发明的方法可以用于制备复合组件，其中型芯与树脂之间紧密粘合。这里所述 树脂是聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物。同样可以由纤维和树脂生产纤维复合材料和型 芯仅仅用于成型，而不参与与树脂的任何粘合。最后，如下面详细解释说明，也可想到的是 纤维或织物片材元件设置在型芯上和树脂参与与所述芯和纤维或织物片材元件的粘合。所 述型芯也可以充当用于维持复合组件中特定分离的工具。
[0009] 优选制备的所述复合组件是用于风力涡轮机的转子叶片。
[0010] 用于型芯的合适的材料例如是轻木、聚氯乙烯（PVC)、聚酯（PET)或聚氨酯（PUR)。 发泡型芯的粗密度可以为20kg/m3 -600kg/m3,优选30kg/m3-400kg/m3和更优选50kg/ m3_200 kg/m3〇
[0011] 所述方法的一个步骤包括使所述型芯的至少一部分与聚氨酯/聚异氰脲酸酯反 应混合物接触，其中在接触过程中向至少所述型芯外部施加负压Pi至少一段时间。表述 "负压"这里是指小于l〇13mbar的绝对压力。此步骤除去有问题的气体，固定所述芯和最终 固定位于芯上的纤维和方便反应混合物铺展或注入到所述芯的所有部分中。
[0012] 负压通过可排气的模具或型芯周围的其它结构有利地施加。
[0013] 然而，一旦聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物的反应进行到一定程度，负压就不 再是希望的。聚氨酯泡沫的形成可以结合位于型芯中或由其它源存在的残余水分发生。这 明显地导致结构缺陷和因此导致不能使用的复合组件。
[0014] 因此在所述方法中在一定的时机施加正压p2。表述"正压"这里是指1013mbar或 以上的绝对压力。此正压抑制了发泡，使得例如形成的co2再次可以溶解。取决于监测反 应过程的可能性在施加正压之前有预定的等待时间tl或在达到或超过预定的温度T1 (来 自放热的聚氨酯反应）时启动所述步骤。选择的时间tl和/或选择的温度T1取决于待制 备的复合组件的形状和尺寸，以及取决于聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物的性能，特别 是交联时间或凝胶时间。
[0015] 对于本发明，表述"聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物"是指导致聚氨酯和/或聚 异氰脲酸酯的反应混合物。这里NC0指数（NC0基团与对NC0反应性的基团的摩尔比）优 选彡0.95,更优选彡1.00至< 6. 00,更优选彡1.10至< 6.00。
[0016] 所述聚氨酯/聚异氰脲酸酯反应混合物包含： A) -种或多种多异氰酸酯 B) -种或多种多元醇，和 D) -种或多种交联催化剂。
[0017] 使用的多异氰酸酯组分A)可以是常规的脂族、环脂族和特别是芳族二-和/或多 异氰酸酯。这些合适的多异氰酸酯的实例是1，4-亚丁基二异氰酸酯、1，5-戊烷二异氰酸 酯、1，6-六亚甲基二异氰酸酯（HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯（iroi)、2, 2, 4-和/或2, 4, 4-三 甲基六亚甲基二异氰酸酯、双（4, 4'-异氰酸根合环己基）甲烷的异构体及其具有任何需要 的异构体含量的混合物、1，4-亚环己基二异氰酸酯、1，4-亚苯基二异氰酸酯、2, 4-和/或 2, 6-甲代亚苯基二异氰酸酯（TDI)、1，5-亚萘基二异氰酸酯、2, 2' -和/或2, 4' -和/或 4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯（1?1)和/或高级同系物化1?1)、1，3-和/或1，4-双（2-异 氰酸根合丙-2-基）苯（TMXDI)、1，3-双（异氰酸根合甲基）苯（XDI)。除了上面提及的 多异氰酸酯，也可以使用一定比例的具有脲二酮、异氰脲酸酯、氨基甲酸酯、碳二亚胺、脲酮 亚胺、脲基甲酸酯或双脲结构的改性多异氰酸酯。优选使用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI) 和特别是二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯（PMDI)的混合物作为异 氰酸酯。二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯（PMDI)的混合物的优选 的单体含量是60-100重量％，优选70-95重量％，特别优选80-90重量％。使用的多异氰酸 酯的NC0含量应当优选在25重量％以上，更优选在30重量％以上，特别优选在32重量％ 以上。NC0含量可以根据DIN53185测定。所述异氰酸酯的粘度应当优选< 150mPas(在 25°C)，更优选彡50mPas(在25°C)和特别优选彡30mPas(在25°C)。
[0018] 当加入单一多元醇时，其0H值给出的是组分B)的0H值。在混合物的情况下，报告 数均OH值。此值可根据DIN53240-2测定。所述多元醇制剂中优选地存在的多元醇是具 有 100-1000mgKOH/g，优选 300-600mgKOH/g和特别优选 350-500mgKOH/g的数均 0H 值的那些。所述多元醇的粘度优选为< 800mPas(在25°C)。优选的是所述多元醇具有至 少60%的仲0H基，优选至少80%的仲0H基和特别优选至少90%的仲0H基。特别优选基于 环氧丙烷的聚醚多元醇。优选使用的多元醇的平均官能度为2. 0-5. 0,特别是2. 5-3. 5。
[0019] 根据本发明，可以使用聚醚多元醇、聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇，优选聚醚多元 醇。根据本发明可使用的聚醚多元醇的实例是可通过四氢呋喃经由阳离子开环聚合获得的 聚丁二醇聚醚。同样合适的聚醚多元醇是氧化苯乙烯、环氧乙烷、环氧丙烷和/或环氧丁烷 在二-或多官能起始剂分子上的加成物。合适的起始物分子是例如水、乙二醇、二乙二醇、 丁基二乙二醇、甘油、二乙二醇、三羟甲基丙烷、丙二醇、季戊四醇、山梨糖醇、蔗糖、乙二胺、 甲苯二胺、三乙醇胺、1，4-丁二醇、1，6-己二醇以及所述多元醇与二羧酸的低分子量的酯， 其中这些酯具有羟基；其它合适的起始剂分子是具有羟基的油。优选甘油作为起始剂。所 述多元醇的粘度优选为< 800mPas(在25°C)。优选的是所述多元醇具有至少60%的仲 0H基，优选至少80%的仲0H基和特别优选90%的仲0H基。特别优选基于环氧丙烷的聚醚 多元醇。
[0020] 所述多元醇B)也可以包含纤维、填料和聚合物。
[0021] 使用的交联催化剂C)可以是本领域技术人员已知的交联催化剂，例如叔胺和有 机金属化合物如二月桂酸二丁基锡。
[0022] 特别优选也催化三聚反应的催化剂。这里同样，这些可以是碱（叔胺、弱酸的盐， 例如乙酸钾）和/或有机金属化合物。三聚催化剂引发和加速异氰酸酯基团的三聚生成异 氰脲酸酯基团。
[0023] 可以任选地加入添加剂D)。这些的实例是脱气剂、消泡剂、填料、阻燃剂和增强材 料。如果需要的话可以使用其它已知的添加剂和添加物质。
[0024] 可以向可发泡的制剂中进一步加入阻燃剂以提高耐火性，实例是含磷化合物，尤 其是磷酸酯和膦酸酯以及卤化的聚酯和多元醇或氯化石蜡。另外也可以加入非挥发性的阻 燃剂如蜜胺或可膨胀石