[发明专利]生产复合材料的方法

说明书

本发明涉及生产复合材料的方法。

复合材料的第二相(强化材料)分散和/或分布在第一相(基体)中且通常作为结构材料使用。

耐久性且刚性的纤维可例如引入较柔软的基体中，以增加所述基体的强度和刚性。这将产生复合材料。同时，不损失基体的所需机械性质且复合材料通常表现出大大高于仅由强化纤维表现出的韧性、柔性和延展性。

基于环氧的复合材料目前例如通过用通常包含环氧树脂和合适硬化剂的液态可固化体系浸渍碳、玻璃、芳酰胺或天然纤维的织物且随后在室温或较高温度下固化浸渍的织物几分钟至数天来生产。

制备这类复合物的方法例如可在US 4 107 128或US 6 485 834中见到。

其中分散了纤维的固化体系赋予复合材料所需要的机械性质，尤其是可接受的强度和需要的弹性，该弹性可例如由弹性模量E表征。张力试验中测得的弹性模量称作拉伸模量，而弯曲试验中测得的弹性模量称作弯曲模量。拉伸模量和弯曲模量对于各向同性材料来说在理论上相同。

典型的强化材料有碳、玻璃、芳酰胺或天然纤维，而典型的可固化体系例如包含环氧树脂和合适的硬化剂，其在固化后构建出表现出机械强度和弹性的固态基体。

由于将纤维引入复合物中以增加强度和刚性，所以复合材料所选的可固化体系通常也表现出高强度和刚性。

因此，复合物的可固化体系常规选自即使在没有任何强化纤维的情况下固化时也表现出相对高的强度和刚性和通常高于40MPa的弯曲模量的可固化环氧体系。

然而，对于某些应用，例如在汽车和体育产业中，不仅需要高强度，而且需要高柔性、高韧性和低硬度，以满足机械部件的所有要求。

实例有在竞赛汽车上的车身组件和车翼(car wing)。在竞赛中，在汽车上的由标准复合物制成的部件常破裂且由于碎片和碎块可能极其危险。然而，这些部件应该经受住这种不可避免的低至中等能量的追撞和撞击而不会破裂。形成这些部件的材料因此应该表现出优异的抗冲击、磨损和撕裂性、优良伸长率、拉伸强度和高柔性。

对于这些特定应用，需要：

-改善的安全性；

-更好的汽车性能(不需要或需要较少中途停车来更换受损部件，整个赛程保持空气动力完整性)；

-较低维修成本(没有部件更换)。

经研发用于传统复合物应用的当前环氧体系无法匹配所有这些要求，尤其是关于柔性、韧性和硬度的要求。

基于许多环氧体系的复合物表现出高强度且有效地构造结构部件，但表现出过高的刚性和弯曲模量。

另外，使用基于双酚的环氧树脂的常规环氧体系在固化后始终表现出不美观的黄色或雾状外观，其强度随着暴露于光的时间而逐渐增加。这类材料对于暴露于紫外辐射没有抵抗性且不稳定。这类着色或雾状外观在审美外观重要的某些应用中根本不能接受。

由本发明解决的问题因此为生产基于环氧的复合材料，其表现出优异抗冲击性、高柔性和相当低的弯曲模量、优良透明性、就变黄和光泽度来说对于紫外辐射具有抵抗性和稳定性。

所述问题根据权利要求1的特征而解决。

根据本发明，固态弹性复合材料通过以下步骤生产：

用包含非芳族环氧树脂和硬化剂的液态环氧体系浸渍纤维织物，和

固化浸渍的织物，由此在没有纤维情况下固化的净环氧体系表现出低于15MPa、优选低于10MPa、更优选低于5MPa的拉伸模量。

弹性复合材料为处于固态的材料且包含至少两个不同的相。它们在经受某种力或应力时表现出弹性变形。因此，根据弹性行为和变形的物理定义，这类材料因施加预定的力或应力而变形，但在去除外加力或应力时完全恢复到其原始形态和几何形状。

由于所述复合物的环氧体系(基体)表现出极低拉伸模量，所以获得具有令人惊讶且出乎意料的机械性质的相应地高柔性复合物：对于结构应用来说足够的好得出奇的强度，但同时柔性、伸长率和韧性令人惊讶地高，而拉伸模量极低。因此这些类型的材料可以有新应用。

由于存在偏见，本领域的技术人员被阻止将纤维与这种高柔性环氧体系组合，该偏见为这种高柔性环氧体系由于极低模量和刚性而不适合任何结构和机械应用。

同时，由于根据本发明使用的环氧树脂为非芳族环氧树脂，所以生产的材料不表现出或表现出极少黄色和黄变，因此，即使在长期暴露于光和紫外辐射之后，其也表现出优良审美性质和透明颜色。所生产的材料对于紫外辐射有抵抗性且稳定。

根据本发明的一个优选的实施方案，根据本发明的复合材料表现出低于15GPa、优选低于10GPa、更优选低于5GPa的弯曲模量。