预浸材料制造和干燥方法与流程

文档序号:12486557阅读:458来源:国知局

纤维加固复合物广泛用于制备大批产品。复合物包括提供机械强度和硬度的加固纤维,和将纤维结合在一起并且将其固持成所要构形的聚合相。

复合物通常由“预浸材料”制造。预浸材料通过用树脂浸漬加固纤维垫形成。这允许用树脂湿润纤维的步骤从用于形成最终部件的模制法或其它方法脱离。进行此举的能力通常对成品部件制造商具有重要价值,制造商从购买和囤货多种起始物质(纤维、树脂、固化剂等)、操作辅助设备以及需要处理化学物质解脱出来。从部件产物各别地制造预浸材料还可以帮助更一致地制造均匀浸渍材料。

因此,通常制造预浸材料并且作为对部件制造商的一项商务出售,部件制造商将其模制或将其成型成部件。其通常以卷材形式出售。树脂相通常是粘性的,在使用热固性树脂的大部分普遍情况下尤其如此。当将预浸材料“铺叠”形成部件时粘性具有某些优势,因为其允许预浸材料彼此暂时粘附直到铺叠处固化。为了防止储存和运输期间预浸材料本身提前粘住或粘到其它预浸材料,其通常制造和出售时一侧或两侧上覆盖有离型垫。

存在两种制备预浸材料的主要方式。一种方式是热熔融法,其中树脂为室温固体。在此方法中,树脂加热到软化,并且经软化树脂接着浸渍到纤维中。通常,树脂膜应用于纤维垫且组合件接着在压力下加热以将树脂压迫到纤维之间的间隙中。这一方法的缺点在于当经软化树脂为高粘性时浸渍不佳;因此通常需要高温。高温在一些情况下可降解聚合物。当树脂为热固型时,高温促进固化反应,使得难以控制固化程度和产生始终高品质产物。

第二主要方式为基于溶剂的方法。在此方法中,粘合剂树脂以适合溶剂中的溶液形式施加。此允许树脂作为相对低粘度流体施加,促使树脂在纤维之间和周围渗透。然而,必须接着去除溶剂,这需要大量能量和设备成本。因为粘合剂树脂从来不是水溶性的,所以溶剂总是挥发性有机化合物。这些溶剂存在显著可燃性风险以及由于暴露于工人引起的风险。

一些树脂可采用水性分散液形式。在预浸材料方法中使用水性分散液原则上提供避免有机溶剂的途径,因为溶剂将被水代替,而水并非纤维垫浸渍后将去除的溶剂。令人遗憾的是,去除水比去除大部分溶剂困难得多。水不仅沸腾温度比大部分常见有机溶剂高,而且汽化热极高。因此,所需能量非常大。另外,有效去除水所需的高温可导致提前固化伴随的问题。

本发明为一种用于形成预浸材料的方法,其包含;

a)用含有未固化热固性树脂的小液滴或粒子分散于连续水相中的水性分散液持续浸漬纤维垫形成湿润浸渍纤维垫,接着

b)将所述湿润浸渍纤维垫持续穿通热空气干燥器,其中一个或多个高温气流与所述湿润浸渍纤维垫接触以从所述湿润浸渍纤维垫去除水且形成经干燥预浸材料,所述经干燥预浸材料包括用包含所述未固化热固性树脂的可固化热固性树脂组合物浸渍的所述纤维垫,按所述经干燥预浸材料的总重量计,所述经干燥预浸材料含有0到2.5%水,且将所述经干燥预浸材料从所述干燥器持续排出。

这一干燥方法出乎意料地有效。快速去除水达到极低含量。出乎意料地,气流不会从纤维垫吹出沉积的热固性树脂。额外出人意料的优势在于尽管使用高温气流实现干燥,但热固性树脂在干燥加工期间不显著固化。因此,这一方法允许快速连续且有效制备树脂极佳渗透到纤维中且水含量低的预浸材料。另外,在优选实施例中,离开干燥器的预浸材料在可以卷绕或包装以供储存和/或运输之前几乎不需要冷却或不需要冷却。通常,在卷绕或包装之前不需要向预浸材料施加离型膜。

在某些方面,干燥器为空气漂浮干燥器,其中气流在垫穿过干燥器时支撑其重量,使垫“漂浮”通过干燥器而无需干燥器内有直接机械支撑。尽管空气漂浮干燥工业上用于制造例如纸和卡纸板的轻量材料,但这一方法根本很少用于干燥区域密度和湿润浸渍纤维垫或甚至干燥预浸材料一样大的材料。因此,使浸渍纤维垫漂浮通过干燥器的能力出人意料。

纤维垫由加固纤维组成,所述加固纤维可以缠结、编织、针织、针轧或以其它方式形成垫。加固纤维可以是例如碳、玻璃或其它陶瓷、有机聚合物、金属、天然纤维(例如羊毛、棉花、黄麻等)或其它纤维材料。可以使用纤维类型的混合物。纤维可以是单丝纤维或多丝粗纱。

尤其优选的纤维是3000到30,000长丝/纱束的多丝粗纱(有时称为“纤维束”)。此等多丝纤维最优选是碳纤维。此类碳纤维的实例是来自DowAksa Ileri Kompozit Malzemeler Sanayi Ltd,Sti,Itanbul,Turkey的Aksaca 3K A-38、6K A-38、12K A-42、24K A-42、12K A-49以及24K A-49碳纤维。这些产品牌号指示以千为单位的大致长丝/纱束数目(例如3K是3000长丝)以及以百兆帕为单位的大致纤维拉伸强度(A-38指示拉伸强度为3800MPa)。其它适合碳纤维包括12K和24K粗纱,获自Dost Kimya End Hamm Sen Ve Tic Ltd.Sti,Istanbul,Turkey。这些纤维的碳含量可以是80重量%或更高。

纤维直径可以是例如0.5到30微米,优选地2到15微米。就纤维重量来说,纤维可具有例如200到3000g/1000米、600到2000g/1000米或750到1750g/1000米的重量。

编织纤维垫可以编织成任何适合图案,例如平纹编织、斜纹编织或缎面编织。

纤维垫重量可具有例如250到1500g/m2、500到1000g/m2或500到750g/m2表面密度。

优选纤维垫是表面密度为500到1000g/m2,尤其500到750g/m2的编织碳纤维垫,其中碳纤维是3000到30,000长丝,尤其12,000到24,000长丝的多丝粗纱并且粗纱的重量是600到2000g/1000米,尤其750到1750g/1000米。

纤维垫的宽度可以是例如0.3米到10米或更大。优选宽度是0.3米到4米。

水性分散液包括分散有热固性树脂的小液滴(如果是液体)和/或粒子(如果是固体)的连续水相。水性分散液的分散相的数目平均小液滴或粒子尺寸优选地不超过10μm,更优选为0.05到5μm并且更优选为0.25到2μm。尤其优选的是95%分散小液滴或粒子的粒径不超过10μm。

水性分散液的布氏黏度在25℃下优选不超过1000mPa·s,更优选不超过250mPa·s。

连续相含有水。水性分散液的水含量至少为10重量%并且优选至少为25重量%。水性分散液的水含量优选不超过75重量%,更优选地不超过60重量%并且更优选不超过50重量%。

分散液优选几乎不含有或不含有挥发性有机化合物,其出于本发明的目的意思是沸腾温度(在一个大体压力下)为80℃或更低的有机化合物。水性分散液优选地含有不超过5%,尤其不超过1重量%挥发性有机化合物。

形成小液滴(如果液体)或粒子(如果固体)分散于水相中的热固性树脂的实例是环氧树脂、酚系树脂、氰酸酯树脂、双(顺丁烯二酰亚胺)树脂、不饱和聚酯以及乙烯基酯聚合物。环氧化物分散液优选基于成本、可用性和一般有益特性。

因为形成预浸材料后固化热固性聚合物可能必须或需要,所以水性分散液可含有一种或多种催化剂和/或固化剂。此类催化剂和/或固化剂可属于存在于连续水相中。其可存在于热固性树脂的分散小液滴或粒子表面中和/或上。举例来说,催化剂和/或固化剂可以溶解于热固性树脂中或可形成封留在热固性树脂分散小液滴或粒子中的各别相。催化剂和/或固化剂可形式分散于水相中的独立粒子和/或小液滴。

水性分散液可含有适用或合意的其它成分,包括例如使小液滴或粒子稳定而不从分散液聚结和/或沉降出来的一种或多种表面活性剂、流变改性剂,例如触变剂或增稠剂、着色剂、防腐剂、杀生物剂、填充剂等。水性分散液中可能不存在这些成分中的任一种或全部。

热固性树脂的选择以及催化剂和/或固化剂(如果存在)的选择和干燥条件(一般来说温度和滞留时间)一起进行,使得干燥步骤期间不会发生热固性树脂显著固化。

在环氧树脂的优选情况中,水性分散液优选地含有热活化催化剂、热活化固化剂或它们两种。热活化催化剂或固化剂可以是例如熔融的固体材料,并且因此可用于高温反应。或者,它可以是封装剂在高温下熔融或降解以释放活性材料的囊封材料。固化剂或催化剂可具有阻断反应性或催化位点,其在高温下热解阻断。这一高温可以是例如至少80℃、至少100℃或至少120℃并且优选地不超过200℃,更优选地不超过160℃。

优选地,所施加的分散液的组分使得热固性树脂在至少50℃,优选地至少80℃的高温下固化并且如果在低于50℃的温度下,那么缓慢固化。如下文所述去除水之后,当加热到50℃并且保持在所述温度下时,施加的涂层优选地需要至少5小时展现玻璃态转变温度提高10℃。当加热到80℃并且保持于所述温度下时,优选地需要至少2小时来展现玻璃态转变温度提高10℃。

向纤维垫施加水性分散液。施加方法并不特别关键,其限制条件为分散液湿润纤维和树脂小液滴。水性分散液可以例如通过喷洒、将纤维垫浸没到分散液中、刷拭、倒入或其它方式来施加。将分散液施加到垫之后,分散液可以使用例如机械方式强制性地浸渍到纤维垫中,所述机械方式例如刮刀、气刀、一组或多组轧辊、双带层压机或其它设备。此类设备可以从纤维垫去除过量分散液以向纤维垫提供预定载荷的分散液。

施加于纤维垫的水性分散液的量可以用不同方式表示。相对来说,施加的水性分散液的量可以例如在5重量%到500重量%,优选地20重量%到200重量%并且更优选地50重量%到100重量%未经涂覆的纤维垫。按绝对值计算,水性分散液的量可以是例如100到2000g/m2,优选地200到1000g/m2并且更优选地250到750g/m2

在干燥之前,湿润浸渍纤维垫的表面密度可以是例如350到3500g/m2、700到2000g/m2、800到1500g/m2或1000到1250g/m2。这表示湿润浸渍纤维垫进入干燥器时的表面密度。

在干燥之前,湿润浸渍纤维垫的水含量可以是例如5到30重量%、10到20重量%或13到20重量%。

通过使湿润浸渍纤维垫与一种或多种高温气流接触来持续进行干燥步骤。

高温气体在与湿润浸渍纤维垫接触点处的流动速率可以是例如1到1000m/s、5到100m/s或10到50m/s。

气体通常为空气,但也可使用其它气体,例如氮气、氦气、氩气、二氧化碳等。

气流引入到干燥器中的点处的温度可以是例如至少80℃、优选地80到200℃、更优选地100到175℃并且更优选100到140℃。

由于散热器作用、注射气体的扩展和/或其它原因,干燥器中的温度通常略低于气流的温度。通常,干燥器中的温度为至少60℃。优选温度为80到175℃并且更优选温度为100到140℃。

湿润浸渍纤维垫(和所形成的干燥预浸材料)穿过干燥器的温度一般显著低于干燥器气体温度,尤其浸渍纤维垫进入干燥器的入口附近的温度。浸渍纤维垫的温度相对于干燥器气体温度较低认为是至少部分由于蒸发干燥的作用。因为浸渍的纤维垫是水湿润的,所以其在干燥气流下的温度将趋向于湿球温度,这将显著低于气体引入到干燥器时的温度。湿球温度为如果通过向一团气体中蒸发水冷却到饱和度而在气体中产生的温度,潜热由气体供应。

因为此蒸发冷却,气体与湿润浸渍纤维垫接触时的温度可以显著高于热固性树脂固化时的温度。尽管气体温度较高,但认为湿润浸渍纤维垫的蒸发冷却保持垫和树脂处于至少直到已经去除了大部分水都足以防止发生显著固化的温度下。

从纤维垫去除大部分水之后,浸渍纤维垫(和所形成的干燥预浸材料)的温度趋向于升高到干燥器中的气体温度。

优选类型的干燥器为空气漂浮干燥器。空气漂浮干燥器为湿润浸渍纤维垫在拉出时支撑于加热气体垫上的设备且干燥形成预浸材料。空气漂浮干燥器包括朝上和朝下发射高速气体射流的多个喷嘴,其平衡垫的重量。气体射流形成支撑湿润浸渍纤维垫(和所形成的干燥预浸材料)的垫并且提供大部分(如果并非所有)用于去除水的热能。因为湿润浸渍纤维垫“漂浮”在气垫上,所以其通常穿过干燥器而不触及固体机械表面。空气漂浮干燥器例如Wimburger,“使用漂浮干燥器固化经涂布网状物(Curing Coated Webs with Flotation Dryers)”in《过程加热(Process Heating)》,1995年5月/6月所述。空气漂浮干燥器在造纸行业中众所周知,并且这种类型的适合干燥器购自多个来源,包括例如Litzler Inc.(Cleveland,Ohio)和MEGTEC Systems,Inc.(De Pere,Wisconsin)。

按经干燥预浸材料的总重量计,湿润浸渍纤维垫优选地在干燥器中干燥直到水含量减少到2.25重量%或更低,并且优选地减少到2重量%或更低。出乎意料地发现高达约2重量%或甚至略微更多的水含量对随后的成型预浸材料和固化热固性树脂的部件形成加工几乎不具有不良影响。因此,本发明的优势在于不必干燥到极低水分含量,例如1重量%或更低。在预浸材料中留下少量水分的能力具有另一重要益处,因为干燥条件(温度和滞留时间)可能相当适度,这减少干燥步骤期间发生提前固化的机会。尽管预浸材料可以干燥到任何任意低水含量,但通常足以将预浸材料干燥到1到2.25重量%,优选1.25到2重量%的水含量,由此避免需要较高干燥器温度和/或长滞留时间,这都增加提前固化的可能性。

因此,在本发明中,优选的是选择包括干燥器温度和滞留时间的操作条件,使得预浸材料的水分含量减少到2.25重量%或更低,优选地1到2.25重量%并且更优选地1.25到2重量%,同时维持湿润浸渍纤维垫和所得预浸材料的温度低于热固性树脂快速固化的温度。湿润浸渍纤维垫和后续形成的预浸材料的温度优选地不超过约120℃并且更优选地不超过100℃。在一些实施例中,操作所述方法使得湿润浸渍纤维垫和后续形成的预浸材料达到80到120℃范围内的温度(如果达到)不超过5分钟,优选地不超过3分钟并且甚至更优选地不超过2分钟。在其它实施例中,干燥器中湿润浸渍纤维垫和后续形成的预浸材料的温度不超过80℃持续超过5分钟并且不超过100℃持续超过2分钟(如果达到)。在其它实施例中,干燥器中湿润浸渍纤维垫和后续形成的预浸材料的温度在任何时间都不超过100℃并且不超过80℃持续超过3分钟(如果达到)。在另一实施例中,干燥器中湿润浸渍纤维垫和预浸材料的温度在任何时间都不超过80℃。

在其它实施例中,干燥器中经涂布垫的温度不超过涂层的梅特勒软化温度。出于本发明的目的,“涂层”为将水去除到上文所述范围内之后所施加水性分散液的残余物。涂层将至少包括热固性树脂,并且可含有其它成分,例如一种或多种硬化剂、一种或多种催化剂、一种或多种聚合或固化引发剂等。涂层优选具有至少40℃、至少50℃或至少75℃,高达150℃,优选地高达135℃的梅特勒软化温度(ASTM D6090-12)。

主要通过干燥器长度、线速度和穿过干燥器的数目来测定滞留时间。因此将这些参数选择在一起以降低如上文所述的湿润浸渍纤维垫的水含量,同时优选地维持如上文所述的湿润浸渍纤维垫和预浸材料的温度。干燥器中的滞留时间可以是例如2到30分钟,或3到15分钟或3到10分钟。干燥器长度可以是例如2到30米、3到10米或4到8米。可使用单程或多程干燥器。

线速度为湿润浸渍纤维垫和所得预浸材料移动通过干燥器的线性速率。线速度可以是例如每分钟0.1到5米、每分钟0.25到3米或每分钟1到2米。提供用于使湿润浸渍纤维网状物和所得预浸材料移动通过干燥器的方式。此类方式可以是例如不同类型的卷绕装置,其牵拉经涂布的垫通过干燥器并且将其卷绕成卷材;不同类型的驱动辊;拉幅机;或其它适合设备。

如果干燥步骤结束时预浸材料的温度处于或高于涂层的梅特勒软化温度,那么优选将预浸材料冷却到涂层的梅特勒软化温度以下,以允许涂层在堆叠、卷绕、包装、储存或运输之前硬化。

在进行例如堆叠、卷绕、包装、储存或传输的后续操作之前,经干燥预浸材料的温度可以例如降低到低于40℃或低于30℃或甚至低于25℃。可以例如通过使预浸材料穿过冷却区进行冷却。在优选方法中,预浸材料持续穿过冷却区。冷却区例如可包括一个或多个冷却辊(它还可以用作用于牵拉材料通过干燥器的全部或部分机制)。在此情况下,经干燥预浸材料穿过冷却辊中的一个或多个并且与其接触。冷却区可包括供经干燥预浸材料穿过的冷藏区,或经干燥预浸材料接触的冷却表面。在一些实施例中,冷却区可简单的是与经干燥预浸材料接触的一团环境空气或包括所述环境空气。

在一种尤其优选的方法中,在设备上根据本发明制造预浸材料,所述设备依序包括(1)解绕台,其中纤维垫卷材解绕并且接着馈入到后续加工步骤中;(2)施加水性分散液的涂布台;(3)干燥器,优选空气漂浮干燥器;(4)任选的冷却台以及(5)重绕台,其中将成品预浸材料卷绕成卷材。重绕台还可以用作牵拉纤维垫通过加工的设备。

这一方法的出人意料的优势在于在涂层的梅特勒软化温度为50℃或更高的优选实施例中,成品预浸材料通常实质上不具有粘性。因为这一点,预浸材料通常可以卷绕或堆叠以供储存或运输,而无需在相邻表面之间施加离型薄片。这是显著优势,因为可以不消耗离型薄片,并且消除施加薄片、使用预浸材料时去除薄片,接着处置所用离型薄片的成本。

预浸材料可具有例如300到3600g/m2、550到1850g/m2、650到1350g/m2或800到1200g/m2的表面密度。其可含有例如5到60重量%热固性树脂、40到92.75重量%纤维以及0到2.25重量%水。在其它实施例中,预浸材料可含有20到50重量%热固性树脂、50到77.75重量%纤维以及0到2.25重量%水。

在一种优选预浸材料中,热固性树脂组合物为至少一种环氧树脂、至少一种环氧硬化剂以及至少一种用于环氧树脂和硬化剂反应的催化剂的混合物。环氧硬化剂和催化剂优选地是在至少50℃的温度下活化的热活化类型。优选地,硬化剂和催化剂中的至少一个在至少80℃、至少100℃或至少120℃的温度下活化。如上文所述,活化硬化剂和/或催化剂的机制可以是例如熔融;通过熔融或其它方式减少囊封剂;热解阻断,或其它机制。

各种环氧树脂是适合的,包括以引用的方式并入本文中的美国专利4,734,332的第2列第66行到第4列第24行中所述的那些,优选的是环氧树脂中的一个或多个是梅特勒软化温度为至少50℃,优选地至少80℃的室温固体。环氧树脂应该平均每分子具有至少2.0个环氧基。环氧树脂优选地具有170到2000,更优选地170到1200并且更优选170到1000的平均环氧当量。

优选类型的环氧树脂为多羟基酚类化合物的二缩水甘油醚,所述多羟基酚类化合物例如间苯二酚、儿茶酚、氢醌、联苯酚、双酚A、双酚AP(1,1-双(4-羟基苯基)-1-苯基乙烷)、双酚F、双酚K以及四甲基联苯酚。这些可具有约170到600或更大,优选地225到400的平均环氧当量。这种类型的环氧树脂的实例包括例如陶氏化学公司(The Dow Chemical Company)以名称330、331、332、383、D.E.R.661以及662树脂出售的双酚A的二缩水甘油醚。

其它适用环氧树脂(其中任一个可以单独使用或与一种或多种其它环氧树脂混合使用)包括例如脂肪族二醇和聚醚二醇的二缩水甘油醚,例如C2-24烷二醇和聚(环氧乙烷)或聚(环氧丙烷)二醇的二缩水甘油醚(包括陶氏化学公司以732和736出售的那些);酚-醛酚醛清漆树脂的聚缩水甘油醚(环氧酚醛清漆树脂),包括陶氏化学公司以354、431、438以及439出售的那些;经烷基取代的酚-醛树脂;酚-羟基苯甲醛树脂;甲酚-羟基苯甲醛树脂;二环戊二烯-苯酚树脂;环脂肪族环氧化物,包括甲酸(3,4-环氧环己基-甲基)-3,4-环氧基-环己烷酯、双-(3,4-环氧环己基)己二酸酯、乙烯基环己烯一氧化物以及美国专利第3,686,359号中所述的其他物质;如美国专利第5,112,932号中所述的含有噁唑烷酮的化合物;经二环戊二烯取代的苯酚树脂;以及高级环氧基-异氰酸酯共聚物,例如作为D.E.R.592和D.E.R.6508(陶氏化学公司)市售的那些。

在全部前述情况中,热固性树脂组合物中所含的任何环氧树脂在22℃下可以是液体,其限制条件为热固性树脂组合物整体在所述温度下是固体并且优选地具有如上文所述的梅特勒软化温度。

环氧硬化剂优选地与任何催化剂一起选择使得当加热到至少50℃或更高,优选地至少80℃或更高,更优选地至少120℃或更高的温度时,粘着剂固化,但在室温(约22℃)和高达空气漂浮干燥器中实现的温度下固化得非常缓慢(如果固化)。适合硬化剂包括例如以下材料,三氯化硼/胺和三氟化硼/胺络合物、双氰胺、三聚氰胺、二烯丙基三聚氰胺、胍胺,例如乙酰胍胺和苯并胍胺、氨基三唑,例如3-氨基-1,2,4-三唑、酰肼,例如己二酰肼、硬脂二酰肼、间苯二甲酸二酰肼、氨基脲、氰基乙酰胺以及芳香族多元胺,例如二氨基二苯基砜。

硬化剂以足以固化环氧树脂的量存在。通常,提供足够固化剂来消耗组合物中存在的至少80%环氧基。一般不需要大大超过消耗全部环氧基所需的量。

催化剂优选是囊封或仅当暴露于高温时变得有活性的潜在型。潜在型包括整合到酚醛清漆树脂中的催化剂(包括例如US 4,701,378和WO 2012/000171中所述的那些)、整合到聚(对乙烯基苯酚)基质中的催化剂(如欧洲专利EP 0 197 892中所述)。

优选环氧化物催化剂是脲,例如对氯苯基-N,N-二甲基脲(灭草隆(Monuron))、3-苯基-1,1-二甲基脲(苯甲隆(Phenuron))、3,4-二氯苯基-N,N-二甲基脲(敌草隆(Diuron))、N-(3-氯-4-甲基苯基)-N',N'-二甲基脲(绿麦隆(Chlortoluron))、甲苯-2,4-二甲脲、甲苯-2,6-二甲脲、叔丙烯酰基-或烷二胺,如苯甲基二甲胺、2,4,6-三(二甲基氨基甲基)酚、哌啶或其衍生物、多种脂肪族脲化合物,诸如EP 1 916 272中所述;C1-C12亚烷基咪唑或N-芳基咪唑,例如2-乙基-2-甲基咪唑或N-丁基咪唑以及6-己内酰胺。优选催化剂是整合到聚(对乙烯基酚)基质中的2,4,6-三(二甲基-氨基甲基)酚(如欧洲专利EP 0 197 892中所述)或整合到酚醛清漆树脂中的2,4,6-三(二甲基氨基甲基)酚(包括例如US 4,701,378和WO 2012/000171中所述的那些)。

本发明的预浸材料可用于制备加固复合物。复合物制造工艺涉及使用任何适宜方法或方法的组合成形预浸材料,接着固化热固性树脂。成形和/或固化可以在模具、印刷机或其它适宜设备中进行。预浸材料可以在支撑件和/或可以适用于打算使用部件的具体应用的其它组件上形成。固化一般在足以用在经济上短时间(例如至多30分钟、至多15分钟、至多10分钟或至多5分钟)内固化热固性树脂的高温下进行。固化温度可以低至室温(22℃)或高达例如250℃或更高。对于优选潜在固化系统,优选固化温度是80到200℃,尤其120到160℃。

预浸材料可以“铺叠”到模板或衬底上以形成多个叠层,产生较厚部件。形成的部件可以用显示表面包覆模制或需要时涂布。

可以使用本发明的预浸材料制备的特定部件的实例包括用于汽车、卡车、火车和其它陆上运输车辆的框架构件、顶柱、车体面板等;机身、机翼、副翼、机尾和/或面板以及框架构件;体育和休闲设备,例如高尔夫球杆杆身、网球拍框、雪橇主体、船壳、曲棍球球棍、长曲棍球球棍等;个人保护性装具,例如头盔和人体铠甲;以及多种构造应用。

提供以下实例来说明本发明,但并不打算限制其范围。除非另外指明,否则所有份数和百分比都是按重量计。

实例1-4和比较样品A

实例1-4和比较样品A用以下通用方式制备。来自DowAksa Ileri Kompozit Malzemeler Sanayi Ltd,Sti的Aksaca 24K A-42碳纤维编织成宽度为0.3米的2×2斜纹织物。这一编织纤维垫的表面密度为约640g/m2。卷起30米长度的垫。一端连接一定长度的引导物。

纤维垫轧辊安放到试验性规模涂布/空气漂浮干燥设备的解绕台上。所述设备依序包括解绕台、涂布台、空气漂浮干燥器;一系列冷冻辊和重绕台。引导物穿透多个台并且连接到安装在重绕台上的轧辊。

涂布台包括将纤维网状物浸没于热固性树脂的水性分散液中的浴槽和J棒,后面是一对从经涂布的织物挤压过量流体并且将涂层负载控制于440g/m2的轧辊。空气漂浮干燥器由三个区段组成,所述区段各自长度为约1.5米。各区段中的空气漂浮干燥器的空气喷射速度为1500m/min。三个区段中空气射流的温度设定点分别为127℃、116℃和110℃。

热固性树脂为含有热活化催化剂和硬化剂的水性环氧化物分散液。系统设计成在暴露于100℃的温度时开始固化。分散液的水含量为约55重量%。

冷冻辊大致为环境温度(约20℃)。

为了进行实例1,设备在0.3m/min的速率下操作,在干燥器中产生约15分钟的滞留时间。

为了分别进行实例2-4和比较样品A,设备在0.6、0.9、1.2和1.5m/min的速率下操作,分别产生7.5、5、3.75和3min的滞留时间。

对于实例3和4以及比较样品A,所得预浸材料的水分含量通过称重切割预浸材料样品并且接着在烘箱(在试验期间实际上使用梅特勒水分平衡)中干燥到恒重来测量。实例3和4以及比较样品A的水含量如下:实例3:1.25重量%;实例4:1.58重量%;比较样品A:4.16重量%。这些值指示在干燥器的温度条件下,干燥器中的约4分钟滞留时间足以将水含量减少到约2.25重量%或更低。

离开干燥器的预浸材料中的热固性树脂显示无进展迹象,指示实例1-4和比较样品A中每一个的湿润浸渍纤维垫和预浸材料的温度保持低于100℃。当离开冷却台时,预浸材料是固体并且非粘性的,并且在没有离型层的情况下卷起。

从实例1-4和比较样品A中的每一个获取样品进行模制。样品切成0.3×0.3米的正方形并且堆叠成三个叠层。在各情况下,三个叠层的重复堆叠在150℃下挤压模制5分钟以及在相同温度下挤压模制3分钟。尽管未使用脱模剂,但全部模具都容易且准备好从模具脱模。根据ASTM D-3039评估由实例3和4以及比较样品A制备的成型物的拉伸强度、拉伸模数和抗压强度。结果指示于下表中。

表1

*不是本发明的实例。

如可以从表1中的数据看出,全部样品都具有良好机械特性,但预浸材料在各情况下含有大量残余水。比较样品A具有最大量的水,显示拉伸模数和抗压强度中存在一些损失。

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