[發(fā)明專利]具有低釋熱性質(zhì)的熱塑性材料增韌的氰酸酯樹脂復(fù)合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180010981.2
• 申請日: 2011-01-28
• 公開（公告）號: CN102770482A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: Y-S·王;Y-J·吳
• 申請（專利權(quán)）人: 赫克塞爾公司
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08K5/49;C08L79/04
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東;譚邦會(huì)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及復(fù)合材料，其包含熱塑性材料增韌的氰酸酯樹脂作為樹脂基體。這些高強(qiáng)度的復(fù)合材料適合用作飛行器中的主要結(jié)構(gòu)和其它承載應(yīng)用。本發(fā)明涉及該復(fù)合材料當(dāng)它們?nèi)紵龝r(shí)的性質(zhì)。具體地，本發(fā)明涉及提供熱塑性材料增韌的氰酸酯樹脂復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有低釋熱性質(zhì)和短自熄時(shí)間。

背景技術(shù)

用纖維材料如玻璃纖維或碳纖維增強(qiáng)的氰酸酯樹脂被用于要求高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和低重量的各種情況中。使用高性能氰酸酯樹脂基體的復(fù)合材料特別普及于航天工業(yè)，在航天工業(yè)中，重量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是重要的工程和設(shè)計(jì)考量。高性能的氰酸酯樹脂通常包含提供氰酸酯樹脂“增韌”的一種或多種熱塑性材料。盡管該高性能的氰酸酯樹脂復(fù)合材料由于其相對高的強(qiáng)度與重量比而被期待，但它們在釋熱性、可燃性和其它燃燒性質(zhì)上也表現(xiàn)出一些特定的問題。

發(fā)展高性能氰酸酯樹脂復(fù)合材料配制物的主要目標(biāo)是限制燃燒過程中釋放的熱的量，同時(shí)不降低經(jīng)固化的復(fù)合材料部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。這對于位于飛行器內(nèi)部區(qū)域中的主要結(jié)構(gòu)或部件是特別重要的。另外重要的是減少釋熱的任何嘗試不應(yīng)不利地影響未固化的氰酸酯樹脂的性質(zhì)，例如粘性和粘度。當(dāng)氰酸酯樹脂用于制備預(yù)浸料時(shí)，未固化樹脂的粘性和粘度是特別重要的，所述預(yù)浸料是用于制造航天部件的常規(guī)中間材料。

在美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)的航天材料燃燒測試手冊(14?C.F.R25.853(d),附件F,第1部分)和波音規(guī)范支持標(biāo)準(zhǔn)BSS-7322中，提出了用于飛行器內(nèi)部的復(fù)合材料的釋熱要求。要測定測試樣品在燃燒過程中的總釋熱速率(heat?release?rate)以及燃燒過程中的峰值釋熱速率。用于測定暴露于輻射熱的復(fù)合材料的釋熱要求的標(biāo)準(zhǔn)測試是俄亥俄州立大學(xué)(OSU)的釋熱測試。希望的是提供在兩分鐘下具有低于65千瓦-分鐘/平方米(kw-min/m²)的平均OSU總釋熱速率和低于65kw-min/m²的峰值OSU釋熱速率的氰酸酯樹脂復(fù)合材料。這兩個(gè)OSU值是14?C.F.R.25.853(d),附件F,第IV部分對由復(fù)合材料制成的飛行器內(nèi)部部件所設(shè)定的最低要求。

表面阻燃性也是對高性能氰酸酯樹脂復(fù)合材料所關(guān)注的重要方面。重要的是，燃燒的氰酸酯樹脂復(fù)合材料部件能夠在一旦移除熱源和/或火源時(shí)即自行熄滅。自行熄滅的能力對位于飛行器內(nèi)部區(qū)域中的主要結(jié)構(gòu)和部件是特別重要的考量。氰酸酯樹脂配方師的重要目標(biāo)另外還在于開發(fā)用于制成在盡可能短的時(shí)間段中自行熄滅的復(fù)合材料的氰酸酯樹脂，同時(shí)使成品復(fù)合材料部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度保持在航天應(yīng)用所需的水平。對于配制具有短自熄時(shí)間的異氰酸酯樹脂的嘗試適用未固化氰酸酯樹脂的粘性和粘度不受不利影響的相同要求。

美國聯(lián)邦航空管理局已設(shè)立了用于飛行器內(nèi)部部件和材料的阻燃性的規(guī)定和要求。在14?C.F.R.25.853(a)中提出了這些要求。要求之一是復(fù)合材料能夠在移除火源之后即自行熄滅。用于測定氰酸酯樹脂的自熄時(shí)間的測試步驟也提出于FAA飛行器材料燃燒測試手冊(FAR?25.853,附件F,第1部分)，和在航空工業(yè)中被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)測試方法的波音規(guī)范支持標(biāo)準(zhǔn)BSS-7230(第H版)中。希望的是提供自熄時(shí)間盡可能短，并且至少低于15秒的高性能氰酸酯樹脂復(fù)合材料。15秒的自熄時(shí)間是按照14C.F.R.25.853(a)對復(fù)合飛行器部件所允許的最大值。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明，發(fā)現(xiàn)包含特定的熱塑性增韌劑共混物的氰酸酯樹脂組合物，其可與纖維支持體組合，并固化而提供當(dāng)對比現(xiàn)有的高性能增韌氰酸酯樹脂復(fù)合材料時(shí)，具有低OSU釋熱速率和短自熄時(shí)間的復(fù)合材料。

本發(fā)明的組合物包含纖維增強(qiáng)材料和樹脂基體，所述樹脂基體包含50-80重量％的氰酸酯樹脂組分，所述氰酸酯樹脂組分包含一種或多種氰酸酯樹脂。所述基體樹脂還包含10-40重量％的熱塑性材料共混物，所述熱塑性材料共混物包含聚醚酰亞胺和聚酰胺酰亞胺，其中聚醚酰亞胺與聚酰胺酰亞胺的重量比為5：1-1：1。還包含量為0-10重量％范圍的固化劑。

本發(fā)明涉及包含未固化或部分固化的樹脂基體和纖維增強(qiáng)材料的預(yù)浸料和其它組合物。此外，本發(fā)明涉及其中的樹脂基體已固化的經(jīng)固化的復(fù)合材料部件。所述復(fù)合材料部件良好地適用作為要求高強(qiáng)度的飛行器中的主要結(jié)構(gòu)和其它承載應(yīng)用。使用本發(fā)明復(fù)合材料的部件和結(jié)構(gòu)可特別良好地適用作為位于飛行器內(nèi)部的主要結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還涉及用于制成包含未固化的基體樹脂和纖維支持體的組合物、以及摻入所述基體樹脂組合物的經(jīng)固化的部件和產(chǎn)品的方法。