[發(fā)明專利]纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料板材

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280014803.1
• 申請日: 2012-02-01
• 公開（公告）號: CN103459475A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P.迪娜;C.科科尼;L.博塔塞利
• 申請（專利權(quán)）人: 陶氏環(huán)球技術(shù)有限責任公司
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08J5/04;C08G18/76
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 吳培善

本發(fā)明涉及纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料板材，并涉及制備那些板材的方法。

在許多應(yīng)用中使用高載荷的板材。有時將這些板材用作支撐車行交通或人行交通的臨時性或永久性表面。還發(fā)現(xiàn)這些板材用于建筑應(yīng)用（作為增強材料）和諸如柵板（grating）、下水道井蓋、橋面板和船體的應(yīng)用中。通常需要板材承受巨大的所施加的載荷并且這樣做沒有永久性的形變。常常地，有地方政府規(guī)定的在特定應(yīng)用中必須滿足的載荷和永久變定的性能標準。

由于這些板材需要巨大的載荷容量，所以它們一般由金屬（主要是鑄鐵或鑄鋼）或混凝土制造。金屬和混凝土板材具有非常笨重的缺點。它們的重量可以使板材非常難于搬運。即使小板材常常是如此重以致于它們不能容易地手動搬移。人們認為提舉這些板材的扭傷造成了搬運它們的工人當中的許多肌骨胳疾病。金屬板材的另外的問題在于金屬具有相當大的報廢價值，且由于該原因，板材常常被偷從而可以將它們作為廢料販賣。

復(fù)合材料板材潛在地提供了較低重量和低報廢價值的優(yōu)勢。這些復(fù)合材料包括包埋于聚合物基體中的增強材料，一般是纖維型的。復(fù)合材料板材的挑戰(zhàn)在于達到所需的機械強度。為了達到這種高強度，如US6,656,405所述，已使用由組合成連續(xù)性纖維束的纖維組成的特定的增強材料來制備復(fù)合材料板材。通過使纖維束形成經(jīng)緯排列來制備增強層。將這些層堆疊在模具中，并具有插入相鄰層之間的阻隔物。隨后將可固化的樹脂材料注入模具中并使其固化，以形成復(fù)合材料。通過這種方式可以達到足夠的機械強度。

前述方法的問題在于它需要特定的增強材料及阻隔材料。這些顯著地增加了原料成本。生產(chǎn)成本也高，這是因為必須將增強層和阻隔層堆疊在模具中，這增加了工藝的復(fù)雜性和周期時間。

需要制備具有必需機械強度的復(fù)合材料板材的更有成本效益的方法。

本發(fā)明一方面是具有至少12mm厚度的纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料板材，其中纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料含有至少30wt%的包埋于聚氨酯聚合物基體中的增強纖維，所述聚氨酯聚合物基體的計算的交聯(lián)點間分子量是430至2500。

申請者已令人驚訝地發(fā)現(xiàn)當聚合物基體是具有430至2500的計算的交聯(lián)點間分子量的聚氨酯時，制備得到了具有極高機械強度的板材。通過聚氨酯聚合物基體的選擇，即使使用簡單和廉價的增強材料，如無規(guī)取向的短（至多150mm）長度纖維、連續(xù)性粗紗、簡單的無紡纖維氈或機紡纖維氈等，可以得到高機械強度。這使得制備方法簡化和生產(chǎn)成本降低。在具體的實施方式中，通過噴射法（如Kraus-MaffeiLFI方法）制備板材，在該方法中將由形成聚氨酯的組合物潤濕的纖維噴射在模具中或模板（form）上，接著閉合模具或以其它方式對組合物施加壓力，和在模具中或模板上固化形成聚氨酯的組合物。可供選擇地，使用如結(jié)構(gòu)反應(yīng)注塑（SRIM）法的技術(shù)可以制造板材，在SRIM方法中，將纖維增強材料引入模具中，閉合模具，和將形成聚氨酯的組合物注入模具中，在模具中它固化以形成復(fù)合材料。另一合適的制造方法是增強反應(yīng)注塑（RRIM）法，在該方法中將纖維分散于液體的聚氨酯前體中，使該前體通過混合頭，在混合頭中該前體與其它反應(yīng)物混合，且隨后將其注入閉合的模具中，在模具中使其固化。

本發(fā)明的其它優(yōu)點包括高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（其容許在寬溫度范圍使用）、低吸水性和低表面可燃性。

本發(fā)明的復(fù)合材料板材包括至少12mm厚的纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料。復(fù)合材料板材可以進一步地含有其它層或組件，例如涂層，它可以賦予有用的性能，如耐候性、更高的摩擦系數(shù)（用于防滑或耐滑），或出于美觀原因。板材還可以包括功能部件，如把手。

通常不認為復(fù)合材料板材的形狀對本發(fā)明是至關(guān)重要的，盡管可能需要特定的形狀用于特定的應(yīng)用。因此，復(fù)合材料的形狀可以是矩形或其它規(guī)則或不規(guī)則多邊形、圓形、橢圓形、或任何其它有用的形狀。

纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料可以具有12mm或更多的厚度，優(yōu)選15mm或更多，更優(yōu)選25mm或更多，至多100mm，優(yōu)選至多約50mm。纖維增強的聚氨酯復(fù)合材料可以由兩層或更多層堆疊和粘合在一起的較薄層組成。

板材一般將具有至少150mm和常常是至少250mm的凈寬（clear?opening），其厚度如上所述。凈寬典型地為至多2米，和更典型地為至多約1米。凈寬是可以內(nèi)切于底座（seating）（如果有）之間的板材的無阻區(qū)域的最大圓的直徑。板材可以具有較厚或較薄的部分，如，凸起的邊。板材（如柵板）在有效截面內(nèi)可以具有薄的部分或甚至是孔。