[发明专利]具有改善的挠曲性质的环氧树脂

说明书

技术领域

本发明一般地涉及在航空航天工业中使用的高性能环氧树脂。更具体地，本发明涉及改善这种环氧树脂的挠曲强度(flexural strength)和断裂应变。

背景技术

用纤维材料如玻璃或碳纤维加强的环氧树脂在很多需要高结构强度和低重量的场合中使用。使用高性能环氧树脂基质的复合材料在航空航天工业中尤其流行，其中重量和结构强度是重要的工程和设计考虑因素。高性能环氧树脂可包括一种或多种提供环氧树脂的“增韧(toughening)”的热塑性材料。另外，使用各种固化剂的组合来提供最佳的固化和树脂强度。尽管这种高性能环氧树脂复合材料因为具有相对高的强度对重量比率所以是理想的，但是它们在挠性(flexibility)和挠曲性质(flexural properties)方面存在一些特殊问题。环氧树脂的挠曲性质对于设计考虑而言是重要的，因为使用这种环氧树脂制造的复合材料部件的总体强度、损伤容限和耐冲击性取决于这些性质。

挠曲强度、挠曲模量和断裂应变是在航空航天工业中常规测量的固化环氧树脂的挠曲性质。将固化环氧树脂的挠曲强度定义为在载荷下耐变形的能力。挠曲强度通过以下方法测定：测量使固化环氧树脂试样断裂需要的力或载荷的量。对于显著变形而不破裂的材料，断裂载荷是试样的抗弯能力急剧降低的点。挠曲模量是在固化环氧树脂变形期间应力(载荷)对应变(挠曲)的比率。挠曲模量通过以下方法测定：使用在挠曲强度测试期间得到的值计算挠曲模量。断裂应变是试样在断裂之前弯曲(应变)程度的量度。

ASTM D790和ISO 178是用于测定固化环氧树脂挠曲性质的两种标准试验程序。这两种程序基本相同。将试样支撑在支撑跨度(support span)上并将载荷(应力)通过加载头(loading nose)施用至中心，从而以规定速率产生三点弯曲(应变)。试验程序的各种参数包括试验的支撑跨度尺寸、加载速度和最大偏转。这些参数取决于试样尺寸，其在ASTM D970和ISO 178规程之间不同。试样的常用尺寸为3.2mmx12.7mmx125mm(用于ASTM D790试验)和10mmx4mmx80mm(用于ISO178试验)。

在航空航天复合材料工业中，发展高性能环氧树脂(其中使挠曲强度和断裂应变尽可能高，而未有害地影响挠曲模量)已经是并且继续是主要目标。

环氧树脂制剂通常包含一种或多种固化剂。一种该固化剂为4，4’-二氨基苯甲酰苯胺(4，4’-diaminobenzanilide)(DABA)。DABA通常作为粉末提供，其与环氧树脂直接混和。理想的是提供用DABA固化的环氧树脂并且其呈现出改善的挠曲强度和断裂应变，而不有害地影响DABA-固化环氧树脂的挠曲模量。

发明内容

根据本发明，意料不到地发现，如果使用含特定尺寸4，4′-二氨基苯甲酰苯胺(DABA)粒子的粉末作为固化剂，那么可提高高性能环氧树脂的挠曲强度和断裂应变。还发现，可实现挠曲强度和断裂应变的这些预料不到的提高，同时与使用常规固化剂固化的现有高性能环氧树脂相比，挠曲模量相当或较高。另外，本发明的固化树脂呈现出相对高的玻璃化转变温度(T_g)。

本发明涵盖未固化环氧树脂组合物，所述组合物包含环氧树脂组分和由4，4′-二氨基苯甲酰苯胺(DABA)粒子组成的固化剂粉末，所述4，4′-二氨基苯甲酰苯胺(DABA)粒子具有小于100微米的粒度以及其中所述中值粒度低于20微米。与对用含较大粒度的可商购DABA粉末固化的环氧树脂观察到的挠曲强度和断裂应变水平相比，用这种特定尺寸的(specially sized)DABA固化剂粉末固化的环氧树脂的挠曲强度和断裂应变水平显著较高。还发现所述固化树脂具有预料不到的高玻璃化转变温度。

除了未固化环氧树脂组合物之外，本发明还涵盖所述环氧树脂组合物作为预浸渍体基质树脂以及所述未固化环氧组合物与纤维材料的其它组合的用途。另外，本发明涵盖固化环氧树脂组合物和纤维增强复合材料部件，其中树脂基质为根据本发明的固化环氧树脂组合物。本发明还涵盖制备未固化环氧树脂组合物的方法和制备结合所述环氧树脂组合物的固化部件的方法。

参照下列详细描述和附图，将更好地理解本发明的上述和许多其它特征和伴随优点。

附图说明

图1为显示从供应商收到的原样DABA固化剂粉末的粒度分布的图。

图2为显示根据本发明的DABA固化剂粉末的粒度分布的图。

具体实施方式