[发明专利]拉挤成型件、其制造和用途

说明书

本发明涉及基于聚氨酯和碳纤维的拉挤成型件、其制造和用途。

本发明涉及基于聚氨酯和碳纤维的拉挤成型件、其制造和用途。

拉挤成型（也称为拉挤成型法）是用于制造具有恒定截面的纤维增强型材的连续方法。拉挤成型设备通常由浸渍单元和经加热的模具以及使该方法保持运行的输出设备（Abzugsanlage）构成。在开放浴中或在封闭注射箱中进行纤维的浸渍。对于热固性的反应性树脂，例如聚氨酯，封闭注射箱是优选的。注射箱可作为单独单元安装在实际模具上游或集成到模具中（“直接注射”）。

然后在经加热的模具中进行复合材料的成型和固化。借助输出设备从模具中拉出成品型材并最终切割到所需长度。为了使拉挤成型工艺尽可能有效，在拉挤成型件的极好机械性质和高表面质量的情况下追求高工艺速度。

该工艺的一个重要步骤是用树脂浸渍增强材料，例如纤维粗纱、纤维垫、纤维铺设物和纤维织物。为此必须尽可能有效地用树脂浸渍增强纤维的各长丝。极好的浸渍是纤维有效粘合到基质上的先决条件，这最终确保复合材料的功能性。

对树脂的浸渗能力的要求自然随工艺速度而提高。在高输出速度下，纤维的浸渍必须在比低输出速度下更短的时间内发生。不同的纤维材料同样对树脂的浸渗能力提出不同的要求。例如，由玻璃纤维制成的增强材料由于更高的长丝直径就已比由碳纤维制成的相应增强材料明显更容易浸渍。

为了在拉挤成型法中有效制造碳纤维复合材料，浸渍树脂应该在紧随组分混合后的浸渍阶段的过程中具有尽可能低的粘度并随后在经加热的拉挤成型模具中快速固化。

已经多次描述了聚氨酯拉挤成型件。

例如WO 2011/067246 A1描述了一种拉挤成型树脂体系，其含有(a) 二-或多异氰酸酯、(b) 包含至少两个异氰酸酯反应性基团的化合物、(c) 催化剂、(d) 具有大于等于2的官能度的更高官能的酸和任选地(e) 其它助剂和添加剂。该更高官能的酸具有在标准压力下至少200℃的沸点并可溶于具有至少两个异氰酸酯反应性基团的化合物。也描述了制造拉挤成型件的方法和相应的拉挤成型件（第1页，第5-13行）。作为纤维材料，特别优选使用碳纤维和玻璃纤维（第10页，第18行）。在该发明的实施例中仅使用玻璃纤维并且用所述树脂实现最多2.5 m/min的拉挤成型速度。没有提到拉挤成型树脂体系的使其适用于使用碳纤维进行拉挤成型的特定性质。除了暗示拉挤成型树脂体系在组分(a)至(e)刚混合后具有在25℃下小于1500 mPas的粘度（权利要求9）（这适用于所有列举的纤维材料）外，该申请绝没有关于用于使用碳纤维进行拉挤成型的所用聚氨酯树脂的化学组成和合适粘度的信息。

US 2008/090966 A1描述了用于在拉挤成型法中制造纤维增强复合材料的反应体系，其含有连续纤维增强材料和不混溶聚氨酯制剂，所述聚氨酯制剂含有包含至少一种多异氰酸酯的多异氰酸酯组分和包含至少一种异氰酸酯反应性物质的异氰酸酯反应性组分。也描述了拉挤成型法以及用这种方法制成的纤维增强的聚氨酯复合材料。作为增强纤维，提到了适用于拉挤成型的所有纤维，包括玻璃纤维和碳纤维。没有提到该反应体系的使其适用于使用碳纤维进行拉挤成型的特定性质，例如在聚氨酯形成过程中的合适粘度分布。

US 2008/0087373 A1描述了用于制造纤维增强的复合材料的聚氨酯体系和拉挤成型法。该聚氨酯体系由至少一种异氰酸酯和含有至少一种聚合物多元醇的异氰酸酯反应性组分构成。作为合适的纤维增强材料，尤其提到玻璃纤维和碳纤维。在该申请中没有用于与碳纤维一起加工的反应体系的特定性质。相反，预计聚合物多元醇由于其高粘度而更可能不利于在拉挤成型法的浸渍阶段的过程中足够地充分浸渍碳纤维。

本发明的目的因此是提供具有用树脂对纤维的极好充分浸渍且同时可以简单和快速制造的包含碳纤维作为增强材料的拉挤成型件。

令人惊讶地，可以通过根据本发明的聚氨酯拉挤成型件和根据本发明的方法实现该目的。