本公开涉及透明复合材料组合物及使用其制备透明复合材料的方法。更具体地，本公开涉及透明复合材料组合物，其在实现重量减少的同时展现出优良的性能，如优良的透明度、抗冲击性、耐刮擦性和耐候性，并且涉及使用其制备透明复合材料的方法。
背景技术：
用于机动车遮阳篷顶(天窗，sunroof)的钢化玻璃是较重的，并且当其中包括杂质时，钢化玻璃可以容易地破碎。当机动车翻倒时，其碎片可以导致受伤。作为其的替代，在一些情况下使用双层层压玻璃。然而，双层层压玻璃的制造方法是复杂的，并且因此增加了生产成本。此外，双层层压玻璃还具有由于其较重的重量而导致的限制。在一些情况下使用作为塑料材料的聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。然而，当使用PC时，存在一些问题，例如刚性不足，厚度增加，以及耐刮擦性和耐候性不佳。此外，当使用PMMA时，抗冲击性不足，并且因此使用其替代现有的玻璃材料是受限的。
因此，存在对于新型透明塑料复合材料的急切需要，以通过使用其代替较重的玻璃材料来减少重量从而增加机动车燃料效率，提供优良的透明度、模塑性等，并且增加表面质量。
在该背景技术部分中公开的上述信息仅是为了加强对本发明背景的理解，并且因此其可包含并不形成在这个国家中对于本领域普通技术人员而言已经已知的现有技术的信息。
技术实现要素：
已经完成本公开致力于解决上述相关于现有技术的问题。在本公开的示例性实施方式中，将有机过氧化物引发剂加入热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂以替代现有的玻璃材料，并且确定了通过使用该透明复合材料组合物在实现重量减少的同时实现了优良的性能如优良的透明度、抗冲击性、耐刮擦性、耐候性等，提供用于机动车透明窗的增强的材料，并且可以增加机动车燃料效率等。
此外，根据本公开的示例性实施方式，包括有机过氧化物引发剂的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂可以应用于玻璃产品如全景遮阳篷顶的透明窗、后窗、三角玻璃(delta glass)(机动车的A柱和后视镜之间的窗)和侧后玻璃(quarter glass)(机动车的后门与C或D柱之间的窗)。
本公开的一个方面提供了具有优良性能，如优良的透明度、抗冲击性、耐刮擦性和耐候性的透明复合材料组合物。
本公开的另一方面提供了制备透明复合材料的方法。
本公开的又一方面提供了根据该方法制备的重量减少的透明复合材料。
本公开的又一方面提供了由重量减少的透明复合材料制成的用于机动车的模制透明窗产品。
根据本公开中的一个示例性实施方式，透明复合材料组合物基于透明复合材料组合物的总量包括：按重量计90至99％的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂；和按重量计1至10％的有机过氧化物引发剂。
根据本公开中的另一示例性实施方式，制备透明复合材料的方法包括制备热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂的步骤；通过向按重量计90至99％的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂添加按重量计1至10％的有机过氧化物引发剂来制备透明复合材料组合物的步骤；以及硬化和模制该透明复合材料组合物的步骤。
此外，通过根据本公开的方法制备重量减少的透明复合材料。
根据本公开中的又一实施方式，由重量减少的透明复合材料制造用于机动车的模制透明窗产品。
下文讨论了本发明的上述和其它特征。
具体实施方式
在下文中，将参考实施例来更详细地描述本公开。
根据本公开的透明复合材料组合物包括按重量计90％至99％的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂和按重量计1％至10％的有机过氧化物引发剂。
具体地，透明复合材料组合物的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂不包括单独的无机填料，从而展现出优良的透明度。此外，由于热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂包括有机过氧化物引发剂，因此通过控制硬化率和交联度而防止了由于根据硬化的收缩导致的表面质量下降，从而增强了性能如模塑性。
在本公开中，可以另外通过将丙烯酸酯化合物与多元醇和异氰酸酯的反应产物反应来制备热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂。这样的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂可以是选自由以下所组成的组中的至少一种树脂：芳香族聚氨酯丙烯酸酯、芳香族聚氨酯二丙烯酸酯、芳香族聚氨酯多丙烯酸酯、卤素取代的聚氨酯丙烯酸酯和含硫(S)聚氨酯丙烯酸酯。在特定的实施方式中，可以使用芳香族聚氨酯丙烯酸酯树脂或卤素取代的聚氨酯丙烯酸酯树脂，或可以使用氟取代的聚氨酯丙烯酸酯树脂。
此外，基于透明复合材料组合物的总量，可以以按重量计90至99％的量包括热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂。当热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂的含量小于按重量计90％时，可以降低透明度。当该含量大于按重量计99％时，可以降低模塑性。
根据本公开，有机过氧化物引发剂通过调整热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂的硬化率和交联度而显著地降低收缩率。这样的有机过氧化物引发剂可以是选自由以下所组成的组中的至少一种：过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基枯基、过氧化二枯基、过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)、过氧化二苯甲酰、二(2-叔丁基过氧基异丙基)苯、叔丁基过氧基苯甲酸酯(过氧化苯甲酸叔丁酯，t-butyl peroxybenzoate)、1,1-二(叔丁基过氧基)-3,3,5-三甲基环己烷和2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
此外，基于透明复合材料组合物的总量，可以以按重量计1至10％的量包括有机过氧化物引发剂。当有机过氧化物引发剂的含量小于按重量计1％时，反应不能平稳地进行，并且因此可以降低性能且不能确保模塑性。当有机过氧化物引发剂的含量大于按重量计10％时，发生多次交联，并且因此可以降低透明度且可以出现脆性。可以以按重量计1至5％的量使用有机过氧化物引发剂。在特定实施方式中，可以以按重量计2至3％的量使用有机过氧化物引发剂。
根据本公开的制备透明复合材料的方法包括：制备热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂的步骤；通过向按重量计90至99％的热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂加入按重量计1至10％的有机过氧化物引发剂来制备透明复合材料组合物的步骤；以及硬化和模制透明复合材料组合物的步骤。
在制备热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂的步骤中，将丙烯酸酯化合物与多元醇和异氰酸酯的反应产物反应，并且可以在其中另外加入阻聚剂、热固性试剂等。具体地，多元醇可以是具有250至2500g/mol的重均分子量的氟代聚四亚甲基二醇，具有300至3000g/mol的重均分子量的聚四亚甲基二醇等。当氟代聚四亚甲基二醇的重均分子量小于250g/mol时，模塑性不足。当氟代聚四亚甲基二醇的重均分子量大于2500g/mol时，性能如拉伸模量和拉伸强度下降。此外，当聚四亚甲基二醇的重均分子量小于300g/mol时，模塑性下降。当聚四亚甲基二醇的重均分子量大于3000g/mol时，可以降低拉伸模量。
此外，异氰酸酯可以是2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、4,4-二苯甲烷二异氰酸酯等。此外，丙烯酸酯可以是甲基丙烯酸羟甲基酯(hydroxy methyl methacrylate)、甲基丙烯酸羟乙基酯(hydroxy ethyl methacrylate)等。阻聚剂可以是对苯二酚，并且热固性试剂可以是双氰胺。
可以通过加热至45至95℃或通过UV照射进行硬化。具体地，在硬化和模制步骤中，当在小于45℃下进行硬化时，硬化不会令人满意地进行。当在大于95℃下进行硬化时，硬化迅速进行，并且因此降低了模塑性。因此，硬化可以在所述温度范围内进行。
此外，可以根据制备透明复合材料的方法制备重量减少的透明复合材料。
此外，可以由重量减少的透明复合材料制成用于机动车的模制透明窗产品。
通过将有机过氧化物引发剂加入热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂以替代现有的玻璃材料来制备根据本公开的透明复合材料组合物，并且因此可以在实现重量减少的同时实现优良的性能如优良的透明度、抗冲击性、耐刮擦性、耐候性等，可以提供用于机动车透明窗的增强材料，并且可以增加机动车燃料效率等。
本公开的透明复合材料可以应用于机动车的透明窗。具体地，透明复合材料可以应用于玻璃产品如全景遮阳篷顶的透明窗、后窗、三角玻璃(机动车的A柱和后视镜之间的窗)和侧后玻璃(机动车的后门和C或D柱之间的窗)。
在下文中，将参照以下实施例来更详细地描述本公开。本公开的范围不限于以下实施例并且覆盖与其基本上相同的技术精神的修改。
实施例1
以4:1的重量比准备具有1020g/mol的重均分子量的氟代聚四亚甲基二醇和2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)。随后，在60℃的反应温度下，向TDI中加入氟代聚四亚甲基二醇，同时进行搅拌，由此引起氟取代的聚氨酯的反应。随后，将8重量份的以1:1的重量比混合的甲基丙烯酸羟甲基酯与甲基丙烯酸羟乙基酯的混合物加入制备的聚氨酯。随后，将按重量计0.5％的作为阻聚剂的对苯二酚和按重量计5％的作为潜在的热固性试剂的双氰胺与其混合并进行搅拌，由此制备氟取代的聚氨酯丙烯酸酯树脂。将按重量计2.5％的作为有机过氧化物引发剂的二(2-叔丁基过氧基异丙基)苯加入按重量计97.5％的氟取代的聚氨酯丙烯酸酯树脂并通过加热进行交联，由此制备透明复合材料组合物。随后，将制备的透明复合材料组合物进料至用于全景遮阳篷顶的透明窗的铸模(cast)中并通过升高温度至80℃进行硬化。最后，制造具有4mm的厚度的用于全景遮阳篷顶的透明窗。
实施例2
以8:1:1的重量比准备具有1020g/mol的重均分子量的聚四亚甲基二醇、萘二异氰酸酯和4,4-二苯甲烷二异氰酸酯。随后，通过向萘二异氰酸酯和4,4-二苯甲烷二异氰酸酯的混合物中加入聚四亚甲基二醇并在60℃的反应温度下搅拌来反应生成聚氨酯。随后，将8重量份的以1:1的比例混合的甲基丙烯酸羟甲基酯与甲基丙烯酸羟乙基酯的混合物加入制备的聚氨酯并进行搅拌。随后，将按重量计0.5％的作为阻聚剂的对苯二酚和按重量计5％的作为潜在的热固性试剂的双氰胺与其混合并进行搅拌，由此制备芳香族聚氨酯丙烯酸酯树脂。将按重量计2.5％的作为有机过氧化物引发剂的二(2-叔丁基过氧基异丙基)苯加入芳香族聚氨酯丙烯酸酯树脂并通过加热进行交联，由此制备透明复合材料组合物。随后，将制备的透明复合材料组合物进料至用于全景遮阳篷顶的透明窗的铸模中并通过升高温度至80℃进行硬化。最后，制造具有4mm的厚度的用于全景遮阳篷顶的透明窗。
比较实施例1
将在高温下(约700℃)热处理的用于机动车的钢化玻璃注射模制为具有4mm厚度的用于全景遮阳篷顶的透明窗。
比较实施例2
将商业上广泛使用的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)注射模制为具有4mm厚度的用于全景遮阳篷顶的透明窗。
比较实施例3
将商业上广泛使用的双酚A型聚碳酸酯注射模制为具有4mm厚度的用于全景遮阳篷顶的透明窗。
比较实施例4
使用与实施例1中相同的方法制造用于全景遮阳篷顶的透明窗，区别在于不加入作为有机过氧化物引发剂的按重量计2.5％的二(2-叔丁基过氧基异丙基)苯。
比较实施例5
使用与实施例2中相同的方法制造用于全景遮阳篷顶的透明窗，区别在于不加入作为有机过氧化物引发剂的按重量计2.5％的二(2-叔丁基过氧基异丙基)苯。
实验性实施例
评估根据实施例1和2以及比较实施例1至5的用于全景遮阳篷顶的透明窗的性能如透光率、拉伸强度、拉伸模量、冲击强度、耐候性和耐刮擦性。结果在下表1中概括。
表1
如表2中所示，可以确定在其中使用现有遮阳篷顶的透明窗材料的比较实施例1和2的情况下，它们在特别是钢球冲击强度试验中被评估为“不支持”。因此，可以确定当施加外部冲击或机动车翻倒时需要较为安全的透明窗。
此外，在其中使用聚碳酸酯的比较实施例3的情况下，耐候性和耐刮擦性显著下降。为了对其补偿，需要后续加工如涂覆，但是存在如生产成本增加的负担。
此外，在比较实施例4和5的情况下，如拉伸强度和拉伸模量的性能是与实施例1和2的那些相似的，但是由于不含有机过氧化物引发剂，所以收缩率较高。因此，难以将透明窗制造为期望的形状并且表面质量下降。
另一方面，可以确定在实施例1和2的情况下，透光率为约85％或更大，相比比较实施例1(钢化玻璃)实现约50％的重量减少，展现出优良的性能如优良的拉伸强度、拉伸模量、冲击强度、耐候性、线性膨胀和收缩率，并且耐刮擦性大幅增加。
因此，确定可以使用通过将有机过氧化物引发剂加入热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂而制备的，根据实施例1和2制备的透明复合材料组合物来代替现有的玻璃材料，其可以提供优良的性能如优良的透明度、抗冲击性、耐刮擦性和耐候性同时实现重量减少，其可以用作机动车的增强的透明窗材料，并且可以增强机动车的燃料效率等。
如由上文显而易见的，可以使用通过向热固性聚氨酯丙烯酸酯树脂加入有机过氧化物引发剂来制备的，根据本公开制备的透明复合材料组合物来代替现有的玻璃材料，其可以提供优良的性能如优良的透明度、抗冲击性、耐刮擦性和耐候性同时实现重量减少，其可以用作机动车的增强的透明窗材料，并且可以增强机动车的燃料效率等。
根据本公开的透明复合材料可以提供为机动车的透明窗。具体地，透明复合材料可以应用于玻璃产品如全景遮阳篷顶的透明窗、后窗、三角玻璃(机动车的A柱和后视镜之间的窗)和侧后玻璃(机动车的后门和C或D柱之间的窗)。
已经参考了其示例性实施方式详细描述了本发明。然而，本领域的技术人员应理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，能够在这些实施方式中做出改变，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。