[发明专利]制备纤维增强复合材料的方法及由此材料制成的模塑制品

说明书

本发明涉及纤维增强的热固性聚酯复合材料。一方面，本发明涉及通过真空压铸法制成的这样的复合材料；另一方面，本发明涉及由低或零收缩率聚酯树脂体系制成的这样的复合材料。本发明复合材料与由常规的手工铺叠、喷附、或树脂压铸法制造的类似复合材料相比，其机械强度更高和其表面外观更平滑。本发明的复合材料能用作模塑制品，例如不经砂磨与抛光修饰步骤的船壳或汽车车厢板的装饰面。

已知复合材料与传统的结构材料例如金属、陶瓷和木材相比具有强度高、重量轻、形状易弯、尺寸稳定、耐腐蚀、局部强化、更好的修饰性、以及低模具制造成本等优点。纤维增强的热固性聚酯复合材料被广泛地用于许多应用中，例如船舶、汽车、运输、电子制品、建筑、消费品和工业品等等。与由其他类型热固性树脂诸如乙烯基酯、环氧树脂、以及聚酰胺制成的复合材料相比，热固性聚酯复合材料在其加工时具有材料成本低和易加工的优点。因此，不饱和聚酯树脂是为工作环境并不是非常苛刻的大多数纤维增强的热固性复合材料用的精选材料。

纤维增强的热固性聚酯复合材料通常是由被镶铸在一种或多种不饱和聚酯树脂的母料中的切断或连续形式的增强纤维组成的。

在配制母料时，一般将不饱和聚酯树脂与(1)一种或多种能与聚酯中的乙烯基团交联的单体、(2)一种或多种游离基引发剂、以及可能还有(3)固化时能赋予母料所需的特性或能改善树脂的加工性和/或固化性的各种其他添加剂相掺混。这种各组分可固化的掺混料被称为母料前体。

复合材料的物理和化学性质，诸如其机械强度、机械模量、柔软性、以及热变形温度，能通过选择制造不饱和聚酯树脂的各成分、或交联单体、游离基引发剂、纤维、以及其他用于制备复合材料的添加剂来加以控制。

各种加工方法能用来生产纤维增强的热固性聚酯复合材料。手工铺叠法和喷附法在制造大和复杂的复合材料件例如船壳和汽车车厢板中是最常见的作法。将连续或切断纤维的毡片浸渍和淹没在母料树脂中，并在没有另外施加的热或压力下对树脂进行固化。通过这些方法制成的复合材料的增强纤维(例如玻璃纤维)的一般含量，以固化复合材料的重量为基准计，仅约为20～40％(重量)。因此，这些复合材料的机械强度(按照许多测试法中任何一种：方法测定)通常并不非常高的，并且为了特定的应用而要求更高强度的话，那么通常要求更厚的复合材料(复合材料的机械强度是随复合材料的纤维含量和其厚度而变的)。此外，由这些方法制得的成品件的表面外观可能每件是非常不同的，这取决于许多因素，例如加工条件、热固性树脂的性质等等。

具有更好的机械强度和/或一致的表面外观的热固性聚酯树脂复合材料可通过其它类型的制造方法，例如长丝缠绕、压塑、压铸、注塑以及拉塑成型来生产。这些方法能生产具有非常高的纤维含量，以固化复合材料的重量为基准计，一般为约50～70％(重量)纤维的制件。然而，这些方法的性质以及某些方法额外的模具制造费用与操作成本限制了它们在制造非常大和复杂制件例如船壳和汽车车厢板中的应用。

就如US-A-4,902,215中所述介绍的真空压铸法来说，可以以较低的模具制造费用和操作成本生产非常大的、复杂和机械强度高的复合材料。一般说来，在这样的方法中使用柔软的片、衬、或包以覆盖含干或湿纤维盖铺层的单腔模具。按照前者，柔软片的各边被夹紧到模具以形成封皮并封闭纤维。通常将催化的树脂引入到封皮中或包内部以润湿纤维，并通过真空管路施加真空使柔软片被吸凹下到纤维和模具表面，同时使塑料润湿的纤维受压并固化而形成纤维增强的塑料结构物。应防止加工中产生的树脂蒸汽逸散到周围的工作场地。US-A-4902215中公开的装置是专门设计用来生产具有高的增强物与树脂比的纤维增强塑料结构物。

然而，由于通过真空压铸制成的复合材料具有非常高的纤维含量，因此复合材料的装饰表面外观对在热固性聚酯树脂固化过程中，发生的收缩更敏感。有时即使对复合材料结构表面另外施加层合表层和胶衣层，但仍可观察到大量的纤维图案痕迹。在复合材料制成后通过进行砂磨和抛光来解决此问题需要作出很大努力，以致将使用真空压铸法所节省的操作和材料费用被耗费甚至抵消掉。

复合材料工业在开发制造既具有高的机械强度(相对于由传统的手工铺叠和喷附法制造的复合材料)又具有平滑表面外观的纤维增强的热固性聚酯树脂复合材料的方法持有连续不断的兴趣，因此，这也是本发明的主要目的。这样的复合材料是模塑件、特别是大尺寸和/或复杂形状的、要求高强度和平滑表面外观性能的模塑件的现成材料。