[发明专利]基于液体单苯并噁嗪的树脂体系

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求享有于2009年5月14日提交的美国专利申请序列号61/178,188的优先权，将其在此引入作为参考。

联邦政府资助研究或开发的声明

本发明以由在美国能源部授与合同号DE-FG36-07G017012下美国政府支持作出。因此，美国政府具有本发明的一定的权利。

发明领域

本发明涉及高度稳定的低粘度树脂体系，其包含液体单苯并噁嗪(monobenzoxazine)树脂以及至少一种非缩水甘油基环氧化合物。该树脂体系当单独使用或与其他组分结合使用时可用作树脂传递模塑树脂、真空辅助树脂传递模塑树脂、拉挤成型树脂、粘合剂、半固化片树脂或用于其他复合材料制造类型应用。

发明背景

纤维增强的聚合物基体复合材料用于许多结构应用如飞行器、航天、汽车和体育用品应用。通常，这些高性能复合材料包含在基质树脂中固化的取向连续的碳纤维。Glass或纤维也可用于这些应用。尽管存在着在复合材料应用方面获得应用的许多类型的基质，环氧树脂由于易于使用、优异的性质和相对低的成本而在市场中已经占优势。

近年来，由于其极好的物理机械性质和高热稳定性，聚苯并噁嗪树脂已经用于生产高性能复合材料。如US 4,607,091、US 5,152,993、US 5,266,695和US 5,543,516所述，这样的聚苯并噁嗪树脂能由多元酚、甲醛和胺的反应获得。这样的聚苯并噁嗪树脂的一个缺点是它们在室温下是固体，以及当用于制造复合材料例如在树脂传递模塑(RTM)和真空辅助树脂传递模塑(VaRTM)中时，必须将它们熔融。

在RTM和VaRTM中，纤维初加工制品以完成的复合制品的形状制造然后放在密闭的空腔模具中。然后将树脂注入该模具以起初湿润以及最终浸渍该初加工制品。在RTM中，将树脂在压力下注入模具然后固化以生产复合材料。在VaRTM中，初加工制品由夹在模具上的柔性片材或衬料覆盖以将初加工制品密封在包层中。然后将树脂引入薄层中以湿润初加工制品以及将真空通过真空管道施加到包层内部以收缩柔性片材靠近初加工制品并通过初加工制品牵引该树脂。在同时受到真空下，将树脂固化。

因此，在RTM和VaRTM体系中，所用的树脂必须具有极低注入粘度以容许初加工制品的完全润湿和浸渍。此外，该树脂必须保持这样的低粘度足以完全充满该模具和浸渍该纤维初加工制品的时间。最后，树脂在固化前必须是均匀的。这些要求限制了聚苯并噁嗪树脂在RTM和VaTRM体系中的利用，因为在熔化下，它们赋予高于要求的粘度，包含颗粒形式的固体并很快在低于约100℃的温度下快速恢复固态。

WO 2000/61650描述了由一元酚、醛和胺制备液体苯并噁嗪树脂，以及在其中必需在室温下作为液体施加苯并噁嗪树脂的应用中的用途。然而，该液体苯并噁嗪树脂仍显示出使得其在RTM和VaRTM体系中应用有困难的在室温下高于要求的粘度以及短的贮放时间。

发明概述

本发明提供了液体树脂体系，其包含：

(a)式(I)的液体单苯并噁嗪单体

其中R是脂族或芳香基；以及

(b)至少一种非缩水甘油基环氧化合物，其中组分(a)对组分(b)的重量比在约25∶75到约60∶40的范围。

该液体树脂体系显示出在室温下小于500cps的粘度以及在延长的时间的优越的稳定性，使得其在RTM和VaRTM以及其他复合材料制造方法中的使用非常有利。

根据另一个具体实施方案，本发明涉及一种用于在树脂传递模塑体系中生产复合材料制品的方法。该方法包括如下步骤：a)将纤维初加工制品提供在模具中；b)将本发明的液体树脂体系注入该模具中，c)使得该液体树脂体系浸渍该纤维初加工制品；以及d)在至少约90℃下加热该树脂浸渍的初加工制品以足以生产至少部分固化的固体制品的时间。然后该部分固化的固体制品可进行后固化操作以生产最终的复合材料制品。

在替代的具体实施方案中，本发明提供了在真空辅助树脂传递模塑体系中形成复合材料制品的方法。该方法包括如下步骤：a)在模具中提供纤维初加工制品；b)将本发明的液体树脂体系注入模具；c)减小在模具内的压力；d)保持模具在大约减压下；e)使得基质树脂浸渍该纤维初加工制品；以及f)在至少约90℃下加热该树脂浸渍的初加工制品以足以生产至少部分固化的固体制品的时间。然后可将该部分固化的固体制品进行后固化操作以生产最终的复合材料制品。

发明详细说明