[发明专利]固化剂组合物和包含固化剂组合物的树脂组合物

说明书

本发明涉及固化剂组合物及其在使环氧树脂固化中的用途以及源于该固化剂组合物的预浸料、粘合剂和模塑的材料。固化剂组合物包括含有主体组分和客体组分的笼合物，该主体包含酚酞啉或所定义的羧酸或酯化合物，该客体包含咪唑或咪唑啉组分。

技术领域

本发明涉及固化剂组合物和包含固化剂组合物的材料，特别但不排他地涉及包含主体组分和客体组分的潜在固化剂组合物，其可以用作模塑混配物、粘合剂和预浸料中的树脂基质组合物中的固化剂组合物。本发明涉及这样的组合物和由其制备的制品。

背景技术

复合材料按很多形式制备。浸渍有可固化树脂基质制剂的纤维层在本申请中称为预浸料。模塑混配物通常包含短切、各向同性或准各向同性形式的纤维材料于树脂基质制剂的组合。这些材料中的树脂基质制剂可以是未固化的或部分固化的。

树脂基质制剂可以选自范围广泛的可聚合组分和添加剂。常见的可聚合组分包括环氧树脂，聚酯，乙烯基酯，聚异氰酸酯，和酚醛树脂。包含这些组分的制剂通常分别称为环氧树脂制剂，聚酯制剂，乙烯基酯制剂，聚异氰酸酯制剂，和酚醛树脂制剂。

环氧树脂制剂广泛用于复合材料。这些制剂中的环氧组分选自众多包含环氧树脂的材料，其根据待使用的固化循环和待制备的成品的性质选择。环氧树脂可以是固体、液体或半固体，并且特征在于它们的官能度以及环氧当量。环氧树脂的官能度是针对每个可用于反应和固化以形成固化的结构的分子的反应性环氧位点的数目。例如，双酚-A环氧树脂的官能度为2，而某些缩水甘油胺可以具有大于4的官能度。环氧树脂的反应性由其环氧当量(EEW)指示，EEW越低，反应性越高。EEW是包含1克/摩尔环氧基团的以克计的环氧树脂材料的重量。

复合材料所需的性质是：当其固化时具有所需的玻璃化转变温度(Tg)，并且根据其所要投放的用途具有所需的机械性质。在某些应用中重要的是，Tg在潮湿或湿润的条件下保持。

环氧树脂制剂也包括催化剂和/或固化剂，并且这些也根据环氧树脂的性质、待制备的产品和所需的固化循环选择。

为支持高体积制造速率，复合材料的固化需要非常短的固化循环。2.5分钟的固化循环可以提供约166000份每模具每年(假设30秒的携载-重新装载时间和95％的利用率)的制造速率。期望使用热固性材料用于结构组件，因为它们相比于热塑性材料具有较好的机械性能和抗蠕变性。对于这些应用，热固性基质具有的初始固化Tg必须足够高以允许在固化温度脱模。较高的固化Tg能够使得能够在较高的固化温度固化；较高的固化温度将允许较快的固化循环，因为反应性随着温度的提高而提高。

在较低温度的极快固化可以用两组分混合的环氧树脂制剂实现，该制剂原位制备并被注射到纤维预制件中，该方法称为树脂转移模塑(RTM)。但是，这需要另外的混合和计量设备，其增加复杂性以及因此易发生故障，且在高体积生产环境中可能是昂贵的。而且，RTM方法在另外的先前步骤中需要构造干燥的纤维预制件。该干燥的预制件可能是在制造上是耗时的，且难以准确定位到所需的复杂形状模具中。

因此，模塑材料包含纤维增强物和树脂基质两者、且可以按完全配制和混合的形式存在数周的潜伏期或使用寿命，而无需冷藏，该模塑材料有利于复合部件制造。这样的模塑材料可以在自动发放中切割、取向和堆叠，允许容易将其放置在模具中用于固化。

在用于复合模塑材料的基质制剂中，基于咪唑的固化剂是广泛使用的，因为它们容易与环氧树脂反应以形成固化的环氧树脂基质。遗憾的是，这些固化剂是反应性非常高的，因此环氧树脂和这些固化剂的混合溶液具有的问题是：它们显示较早的固化起始温度，因此无法用作在使用点制造和然后递送的单组分环氧树脂组合物，因为这些组合物将会在运输或储存过程中增稠、凝胶化和固化。

为克服该问题，已经将咪唑加入到羟基苯甲酸中以形成盐。已经将盐作为固化剂添加到环氧树脂组合物中以减小固化速度(参见JP 4-2638)。