[发明专利]使用聚氨酯树脂的长丝缠绕方法及用于制造复合材料的系统

说明书

本申请公开了使用低粘度的形成聚氨酯的组合物的长丝缠绕方法、用于制造复合材料的系统和由此制造的复合材料。

技术领域

本发明特别涉及使用低粘度的形成聚氨酯的组合物的长丝缠绕方法、用于制造复合材料的系统及由此制造的复合材料。

背景技术

长丝缠绕是一种用于制造通常以圆柱形结构的形式的复合材料的方法。在该方法中，当纤维粗纱或长丝缠绕在模具或芯轴上时用树脂涂覆以产生特别诸如管道、压力瓶和压力罐、储存容器等的制品。长丝缠绕通常是一种大气开放式方法，其中将纤维浸入树脂浴中，缠绕在芯轴上，并将该芯轴放置在烘箱中以使树脂固化。一旦树脂固化，则通常除去芯轴，留下中空的最终产品。

通常用于长丝缠绕方法的树脂包括环氧树脂、聚酯和乙烯基酯。在历史上，聚氨酯通常不用于长丝缠绕方法中，因为与环氧树脂、聚酯和乙烯基酯不同，形成聚氨酯的系统与空气中或缠绕纤维中存在的水或湿气反应。形成聚氨酯的系统与水的反应在所制造的复合材料制品的表面上产生不期望的起泡。

用于限制水与形成聚氨酯的系统反应的一种方法是将待用于制造复合材料的纤维预干燥，然后在低湿度环境中处理纤维。然而，这种方法需要安装相当昂贵的设备。

因此，期望提供使用聚氨酯并解决这些问题的至少一些的长丝缠绕方法和系统。

发明内容

在某些方面，本发明涉及用于制造复合材料的方法。所述方法包括：a)通过使定向的纤维通过其中设置有形成聚氨酯的组合物的通道而浸渍多个定向的连续纤维，其中当纤维通过通道时，使定向纤维与组合物接触；以及b)将由此涂覆的定向纤维缠绕在芯轴上，该芯轴牵引定向纤维通过通道。在所述方法中，形成聚氨酯的组合物包含以下组分的混合物，所述混合物包含：(i)包含有机多异氰酸酯的异氰酸酯-官能的组分，和(ii)异氰酸酯-反应性组分，其包含：(A)至少50重量％(基于(ii)的总重量计)的官能度为至少3且数均分子量为100克/摩尔-4000克/摩尔的胺-引发的聚醚多元醇，和(B)10至50重量％(基于(ii)的总重量计)的羟基-官能的疏水性植物油或羟基官能的疏水改性植物油，条件是(1)所述异氰酸酯-反应性组分包含不超过10重量％的由除胺以外的引发剂制备的聚醚多元醇，基于形成聚氨酯的组合物中聚醚多元醇的总重量计，或(2)所述异氰酸酯-反应性组分包含不超过35重量％的由除胺以外的引发剂制备的聚醚多元醇，基于形成聚氨酯的组合物中聚醚多元醇的总重量计，并且所述异氰酸酯-反应性组分包含至少5重量％的非反应性疏水油，基于形成聚氨酯的组合物中异氰酸酯-反应性组分的总重量计。

在其他方面，本发明涉及用于制造复合材料的系统。这些系统包括：(a)多个连续纤维的源；(b)用于将由所述源提供的多个连续纤维定向的装置；(c)树脂注入腔室，其包括：(i)纤维入口，其被配置为将多个定向纤维供应到腔室的内部；(ii)纤维出口，其被配置为将多个纤维从腔室中抽出；(iii)从入口至出口延伸通过腔室的通道，其中所述通道具有锥形垂直量度(measurement)，其中所述垂直量度的尺寸沿着通过通道的纤维流动路径减小；和(iv)形成聚氨酯的组合物的入口，其被配置为将形成聚氨酯的组合物供应到通道，其中所述入口包括中心部分和至少两个从中心部分以30至60°的角度延伸的臂，使得组合物接触通道中的所有多个纤维，其中所述形成聚氨酯的组合物包含以下组分的混合物，所述混合物包含(A)包含有机多异氰酸酯的异氰酸酯-官能的组分，和(B)异氰酸酯-反应性组分；以及(d)芯轴，其被配置为通过将从腔室中抽出的多个纤维缠绕而形成复合材料。

本发明还尤其涉及用于制造复合材料的装置，适合在用于制造本文所述复合材料的方法中使用的组合物，以及使用本文所述的方法、系统和装置制造的复合材料制品。

附图说明

图1是根据本发明的某些实施方案的用于制造复合材料的系统的示意图；

图2是根据本发明的某些实施例的注入腔室的截面剖视图；