ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ КОМПОЗИТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ ВАКУУМНОЙ ИНФУЗИИ Российский патент 2016 года по МПК C08G18/08 C08G18/66 C08L75/04 C08J5/04 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к образующей полиуретан системе, предназначенной для изготовления упрочненных полиуретановых композитов с помощью вакуумной инфузии, и к композитам, изготовленным из этой системы. Технологические характеристики этой системы и физические характеристики композитов, изготовленных из этой системы, соответствующей настоящему изобретению, являются особенно подходящими для изготовления крупных изделий. Композиты, соответствующие настоящему изобретению, являются особенно подходящими для использования в таких изделиях, как лопасти ветряной турбины.

Упрочненные композиты используются в целом ряде случаев, когда важными физическими характеристиками являются прочность и небольшая масса. Примеры применений, в которых используются упрочненные композиты, включают детали автомобилей и строительные материалы.

В настоящее время применение упрочненных волокном композитов ограничено технологическими характеристиками образующей полимер системы и характеристиками полимерного материала, использованного для изготовления композита. Точнее, для изготовления крупных композитных изделий необходима жидкая реакционная система, обладающая вязкостью, которая является достаточно низкой для хорошего проникновения в упрочняющий материал, и вступающая в реакцию достаточно медленно, чтобы полностью не затвердеть до полного заполнения формы или пресс-формы, но не настолько медленно, чтобы изготовление одного формованного композитного изделия потребовало столь длительного периода времени, чтобы изготовление композитного изделия из такого материала стало неэкономичным.

Одной методикой повышения скорости, с которой реакционная система вводится в упрочняющий материал, является методика формования с помощью вакуумной инфузии. В методике формования с помощью вакуумной инфузии упрочняющий материал помещают в вакуумную камеру. Затем в этой вакуумной камере снижают давление. Разность давлений в мешке, в котором снижено давление, и атмосферным давлением, действующим на реакционную смесь, которую нужно подать в мешок, втягивает реакционную смесь в мешок и в упрочняющий материал. Однако эта методика не лишена недостатков. Отдельные участки полученного композита могут обладать физическими характеристиками, худшими, чем оптимальные, вследствие плохого регулирования объема волокон, малого объема волокон и избытка смолы.

Попытки преодоления затруднений при использовании методики вакуумной инфузии включали использование специально сконструированной формы (US 2008/0237909), использование устройства для инфузии смолы с двойной вакуумной камеры (US 2008/0220112), использование нескольких положений введения, введение термопластического материала за две отдельные стадии (US 2010/0062238) и изготовление меньших сегментов искомого изделия с последующим соединением этих сегментов (US 2007/0183888).

Однако для этих методик необходимо специально сконструированное оборудование и/или проведение нескольких стадий.

В настоящее время модификация образующей полимер реакционной смеси, в особенности образующей полиуретан реакционной смеси, не является подходом, который был бы успешно включен в методику вакуумной инфузии для изготовления крупных композитных изделий, таких как ветряные турбины.

Поэтому была бы полезной разработка образующей полиуретан системы, обладающей вязкостью, которая является достаточно низкой для успешной инфузии в упрочняющий материал до завершения образующей полиуретан реакции, и вступающей в реакцию не настолько медленно, чтобы изготовление композита стало неэкономичным.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Объектом настоящего изобретения является получение образующей полиуретан системы, предназначенной для изготовления крупных композитных изделий.

Объектом настоящего изобретения также является получение образующей полиуретан системы, которую можно ввести в упрочняющий материал с помощью вакуумной инфузии.

Другим объектом настоящего изобретения является получение композитного изделия, изготовленного из образующей полиуретан системы, соответствующей настоящему изобретению.

Другим объектом настоящего изобретения является получение образующей полиуретан системы, предназначенной для изготовления композитной лопасти ветряной турбины.

Объектом настоящего изобретения также является разработка способа вакуумной инфузии упрочняющего материала в образующую полиуретан систему, соответствующую настоящему изобретению.

Дополнительным объектом настоящего изобретения является изготовление композитов, полученных с помощью вакуумной инфузии, которые обладают прочностью в неотвержденном состоянии, достаточной для отделения от формы через 6 ч или менее.

Эти и другие объекты, которые должны быть понятны специалистам в данной области техники, реализуются с помощью образующей полиуретан системы, обладающей вязкостью при 25°C, равной менее 600 мПа⋅с, в течение не менее 30 мин, временем гелеобразования, равным более 60 мин, и содержанием воды, равным менее 0,06 мас.%, которая полнее описана ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже графически представлены данные по усталости при растяжении для пластин композита, изготовленных из образующей полиуретан системы примера 2, эпоксидной смолы и смолы из сложных виниловых эфиров.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к образующей полиуретан системе, обладающей вязкостью при 25°C, равной менее 600 мПа⋅с, в течение не менее 30 мин, предпочтительно менее 400 мПа⋅с, наиболее предпочтительно от 250 до 300 мПа⋅с, временем гелеобразования, равным более 60 мин, предпочтительно более 180 мин, и содержанием воды, равным менее 0,06 мас.% в пересчете на полную массу образующей полиуретан системы.

Система, соответствующая настоящему изобретению, включает изоцианатный компонент и взаимодействующий с изоцианатом компонент.

Изоцианатный компонент системы, соответствующей настоящему изобретению, должен обладать вязкостью при 25°C, равной от около 20 до около 300 мПа⋅с, предпочтительно от около 20 до около 300 мПа⋅с, более предпочтительно менее 100 мПа⋅с, наиболее предпочтительно от около 40 до около 80 мПа⋅с. Этот изоцианатный компонент включает по меньшей мере один диизоцианат или полиизоцианат.

Взаимодействующий с изоцианатом компонент системы, соответствующей настоящему изобретению, включает: (i) один или большее количество полиолов, обладающих вязкостью (вязкостями) при 25°C, равной от 20 до 850 мПа⋅с, предпочтительно от около 30 до около 750 мПа⋅с, более предпочтительно от около 40 до около 700 мПа⋅с, наиболее предпочтительно от около 50 до около 650 мПа⋅с, и числом ОН, равным от около 200 до около 800 мг KOH/г, предпочтительно от около 300 до около 700 мг KOH/г, более предпочтительно от около 400 до около 600, наиболее предпочтительно от около 350 до около 520 мг KOH/г; (ii) до около 6 мас.% в пересчете на весь взаимодействующий с изоцианатом компонент, предпочтительно до около 4 мас.%, наиболее предпочтительно до около 3 мас.% добавки, повышающей текучесть, и (iii) от около 2 до около 6 мас.% в пересчете на весь взаимодействующий с изоцианатом компонент, предпочтительно от около 2 до около 4 мас.%, наиболее предпочтительно от около 2 до около 3 мас.% высушивающего агента, где сумма выраженных в мас.% содержаний всех компонентов взаимодействующего с изоцианатом компонента равна 100 мас.%.

Взаимодействующий с изоцианатом компонент, соответствующий настоящему изобретению, обычно обладает средним количеством функциональных групп, равным от около 2 до около 6, предпочтительно от около 2 до около 4, наиболее предпочтительно от около 2 до около 3.

В систему, соответствующую настоящему изобретению, также необязательно можно включать до 1 мас.% добавок, не вызывающих пенообразование, предпочтительно во взаимодействующий с изоцианатом компонент.

Изоцианатный компонент и взаимодействующий с изоцианатом компонент взаимодействуют в таких количествах, что показатель NCO (т.е. отношение полного количества содержащихся реакционноспособных изоцианатных групп к полному количеству взаимодействующих с изоцианатом групп, которые могут взаимодействовать с изоцианатом при условиях, использующихся в способе, умноженное на 100) равен от 99 до 110, предпочтительно от около 100 до около 105, наиболее предпочтительно около 102.

Любые из известных диизоцианатов или полиизоцианатов, обладающих вязкостью, равной не более 300 мПа⋅с при 25°C, или которые при объединении с другими диизоцианатами или полиизоцианатами приводят к средней вязкости, равной не более 300 мПа⋅с при 25°C, можно включать в полиизоцианатный компонент системы, соответствующей настоящему изобретению. Однако предпочтительно, если в изоцианатный компонент, соответствующий настоящему изобретению, включают только один диизоцианат или полиизоцианат.

Дифенилметандиизоцианат (ДМД) и полимерный ДМД являются особенно предпочтительными. Примером особенно предпочтительного полиизоцианата является тот, который продает фирма Bayer Material Science LLC под названиями Mondur CD, Mondur MRS-4 и Mondur MRS-5.

Любые из известных полиолов, обладающих вязкостью при 25°C, равной менее 850 мПа⋅с и числом ОН, равным от около 200 до около 800, будет являться подходящим компонентом-полиолом системы, соответствующей настоящему изобретению. Подходящие полиолы включают простые полиэфирполиолы и сложные полиэфирполиолы. Предпочтительными полиолами являются простые полиэфирполиолы, обладающие вязкостью при 25°C, равной менее 850 мПа⋅с, и числом ОН, равным от около 200 до около 800. Примерами предпочтительных полиолов являются те простые полиэфирполиолы, которые имеются в продаже под названиями Multranol 9168, Multranol 9138, Multranol 4012, Multranol, 4035, Multranol 9158, Multranol 9198, Multranol 9170, Arcol PPG425, Arcol 700 и Arcol LHT 240.

Любые из известных добавок, повышающих текучесть, можно включать во взаимодействующий с изоцианатом компонент системы, соответствующей настоящему изобретению. Примеры предпочтительных добавок, повышающих текучесть, включают те, которые имеются в продаже под названиями Byk 1790, Byk 9076, Foamex N, BYK А530, BYK 515, BYK-A 560, BYK С-8000, BYK 054, BYK 067А, BYK 088 и Momentive L1920.

Любые из известных высушивающих агентов можно включать во взаимодействующий с изоцианатом компонент системы, соответствующей настоящему изобретению. Примеры подходящих высушивающих агентов включают: тот, который продается под названием Incozol, п-толуолсульфонилизоцианат, выпускающийся фирмой OMG Group, порошкообразные молекулярные сита и гидрид кальция.

Реакционная смесь может необязательно содержать катализатор для одной или большего количества реакций, образующих полиизоцианаты. Катализатор(ы), если он используется, предпочтительно вводят в реакционную смесь путем предварительного смешивания с взаимодействующим с изоцианатом компонентом. Катализаторы для образующих полимер реакций органических полиизоцианаты хорошо известны специалистам в данной области техники. Предпочтительные катализаторы включают, но не ограничиваются только ими, третичные амины, соли третичных аминокислот, органические соли металлов, ковалентно связанные металлоорганические соединения и их комбинации. Содержание предпочтительных катализаторов, необходимое для обеспечения необходимой реакционной способности, меняется в зависимости от состава композиции и его следует оптимизировано для каждой реакционной системы (композиции). Такая оптимизация должна быть хорошо понятна специалистам с общей подготовкой в данной области техники. Катализаторы предпочтительно должны быть по меньшей мере в небольшой степени растворимы в использующемся взаимодействующим с изоцианатом компоненте и наиболее предпочтительно, если они полностью растворимы в этом компоненте в необходимых для использования количествах.

Композиция, соответствующая настоящему изобретению, при необходимости может содержать другие необязательные добавки. Примеры дополнительных необязательных добавок включают измельченные или короткие волокнистые наполнители, внутренние агенты для отделения от формы, огнезащитные средства, противодымные агенты, красители, пигменты, антистатические агенты, антиоксиданты, УФ-стабилизаторы, небольшие количества уменьшающих вязкость инертных разбавителей, их комбинации и любые другие добавки, известные в данной области техники. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения добавки или их порции можно включать вместе с волокнами, например, путем нанесения на волокна покрытий из этих добавок.

Другие необязательные добавки включают поглотители влаги, такие как молекулярные сита; противовспениватели, такие как полидиметилсилоксаны; связывающие агенты, такие как монооксиран или содержание органические аминогруппы триалкоксисиланы; их комбинации и т.п. Огнезащитные средства иногда желательно использовать в качестве добавок в композитах. Примеры предпочтительных типов огнезащитных средств включают, но не ограничиваются только ими, триарилфосфаты; триалкилфосфаты, в особенности галогенсодержащие; меламин (в качестве наполнителя); меламиновые смолы (в небольших количествах); галогенированные парафины и их комбинации.

Настоящее изобретение также относится к упрочненным композитам, изготовленным из системы, соответствующей настоящему изобретению. Эти упрочненные композиты изготавливают путем инфузии системы, соответствующей настоящему изобретению, в упрочняющий материал с последующим отверждением включенного упрочненного материала.

Упрочняющие материалы, подходящие для изготовления таких композитов, включают: любой волокнистый материал или материалы, который содержит длинные волокна, способные по меньшей мере частично смачиваться полиуретановой композицией при пропитке. Волокнистый упрочняющий материал может представлять собой одиночные нити, сплетенные нити, тканые или нетканые маты и их комбинации. Маты или сетки, изготовленные из длинных волокон, можно использовать в однослойных или многослойных структурах. Подходящие волокнистые материалы являются известными. Примеры подходящих волокнистых материалов включают: стекловолокна, стекломаты, углеродные волокна, волокна из сложных полиэфиров, натуральные волокна, арамидные волокна, нейлоновые волокна, базальтовые волокна и их комбинации. В настоящем изобретении особенно предпочтительными являются длинные стекловолокна. Упрочняющие волокна могут необязательно быть предварительно обработаны проклеивающими агентами или стимуляторами адгезии, известными специалистам в данной области техники.

Содержание упрочняющих длинных волокон в композитах, соответствующих настоящему изобретению, может значительно меняться в зависимости от типа использующегося волокна и назначения композитных изделий. Содержание упрочняющих материалов может составлять от 30 до 80 мас.% в случае стекла, предпочтительно от 40 до 75 мас.% в пересчете на конечный композит, более предпочтительно от 50 до 72 мас.% и наиболее предпочтительно от 55 до 70 мас.% в пересчете на массу конечного композита. Упрочняющие длинные волокна могут содержаться в композитах, соответствующих настоящему изобретению, в количестве, находящемся в любом диапазоне, образованном из этих значений, включая предельные значения.

Композиты, соответствующие настоящему изобретению, характеризуются усталостной прочностью при растяжении (определенной в соответствии со стандартом ASTM Е647-05), которая по меньшей мере вдвое больше усталостной прочности при растяжении упрочненных эпоксидных композитов. Композиты, соответствующие настоящему изобретению, также обладают значениями межслоевой вязкости разрушения (определенной в соответствии со стандартом ASTM D5528), которые по меньшей мере вдвое больше, чем межслоевая вязкость разрушения упрочненного волокном эпоксидного композита. Эти характеристики делают композиты, соответствующие настоящему изобретению, особенно подходящими для использования в таких изделиях, как лопасти ветряной турбины.

Композиты, соответствующие настоящему изобретению, предпочтительно изготавливают с помощью вакуумной инфузии. Методики вакуумной инфузии известны специалистам в данной области техники.

Более предпочтительно, если при изготовлении композита из системы, соответствующей настоящему изобретению, с помощью вакуумной инфузии, изоцианатный и взаимодействующий с изоцианатом компоненты дегазируют и объединяют с получением реакционной смеси. Упрочняющий материал помещают в вакуумную камеру (обычно один или большее количество мешков). Затем в этой вакуумной камере снижают давление. Разность давлений в вакуумной камере, в которой снижено давление, и атмосферным давлением, действующим на реакционную смесь, втягивает реакционную смесь в вакуумную камеру и в упрочняющий материал. Реакционную смесь отверждают и сформованный таким образом композит извлекают из вакуумной камеры.

Более подробное описание методики вакуумной инфузии приведено в публикациях заявок на патенты US 2008/0220112 и 2008/0237909.

После описания настоящего изобретения для его иллюстрации приведены представленные ниже примеры. Все содержания, выраженные в частях и процентах, приведенные в этих примерах, являются массовыми, если не указано иное.

ПРИМЕРЫ

В примерах использовали указанные ниже материалы:

ПОЛИОЛ А: Простой полиэфирполиол, обладающий вязкостью при 25°C, равной около 315 мПа⋅с, количеством функциональных групп, равным 3, и числом ОН, равным около 350 мг KOH/г, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Multranol 9170.

ПОЛИОЛ В: Диол на основе полипропиленоксида, обладающий вязкостью при 25°C, равной около 73 мПа⋅с, и числом ОН, равным около 263 мг KOH/г, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Arcol PPG 425.

ПОЛИОЛ С: Простой полиэфирполиол, обладающий вязкостью при 25°C, равной около 650 мПа⋅с, количеством функциональных групп, равным 3, и числом ОН, равным около 370 мг KOH/г, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Multranol 4012.

ПОЛИОЛ D: Диол на основе полипропиленоксида, обладающий вязкостью при 25°C, равной около 55 мПа⋅с, и числом ОН, равным около 515 мг KOH/г, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Multranol 9198.

ПОЛИОЛ Е: Простой полиэфирполиол, обладающий вязкостью при 25°C, равной около 450 мПа⋅с, количеством функциональных групп, равным 3, и числом ОН, равным около 470 мг KOH/г, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Multranol 9158.

ВЫСУШИВАЮЩИЙ АГЕНТ A: Incozol 2, который продается фирмой Incozel Inc.

ВЫСУШИВАЮЩИЙ АГЕНТ В: Порошкообразный цеолит, который продается под названием Baylith.

ВЫСУШИВАЮЩИЙ АГЕНТ С: п-Толуолсульфонилизоцианат, который продается фирмой the OMG Group.

КАТАЛИЗАТОР А: Аминный катализатор задержанного действия, который продается фирмой Momentive под названием Niax А577.

КАТАЛИЗАТОР В: Аминный катализатор задержанного действия, который продается фирмой Momentive под названием Niax А575.

ДОБАВКА А, ПОВЫШАЮЩАЯ ТЕКУЧЕСТЬ: Не содержащий силикона материал, который продается фирмой BYK под обозначением BYK-A 560.

ДОБАВКА В, ПОВЫШАЮЩАЯ ТЕКУЧЕСТЬ: Не содержащий силикона материал, который продается фирмой BYK под обозначением BYK-A 1790.

ИЗОЦИАНАТ А: Полимерный ДМД, обладающий вязкостью при 25°C, равной 40 мПа⋅с, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Mondur CD.

ИЗОЦИАНАТ В: Полимерный ДМД, обладающий вязкостью при 25°C, равной 40 мПа⋅с, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Mondur MRS-4.

ИЗОЦИАНАТ С: Полимерный ДМД, обладающий вязкостью при 25°C, равной 40 мПа⋅с, который продается фирмой Bayer Material Science LLC под названием Mondur MRS-5.

Общая методика, использованная для изготовления пластин для исследований в примерах

Пластины размером 24 дюйма (61 см) на 24 дюйма (61 см) изготавливали из указанных выше материалов в комбинации (комбинациях), указанной в приведенной ниже таблице, и мата из стекловолокна по методике трансферного формования смолы (ТФС) с вакуумным усилением. Пластины изготавливали с помощью инфузии по периметру при создании вакуума в центре. После тщательной очистки стеклянной поверхности стола по всей границе поверхности стекла наносили липкую ленту для наружного мешка, а по внутренней границе ленты располагали маты из стекловолокна. На внутреннюю поверхность ленты дважды наносили агент для отделения от формы и избыток агента для отделения от формы между границами ленты удаляли. После разравнивания на столе и высушивания на воздухе агента для отделения от формы внутри границы помещали мат из стекловолокна.

После нагревания вырезанной по спирали полиэтиленовой трубки для удаления нежелательных складок, к одному концу трубки присоединяли тройник. Затем трубку размещали по всему периметру мата из стекловолокна и закрепляли небольшими кусочками такой же липкой ленты длиной 0,5 дюйма для образования границы и в конечном счете трубку присоединяли к другому концу тройника. Вырезали лист полиэтилена, использующийся в качестве отделяемой пленки, располагающийся внутри области, ограниченной трубкой для подачи смолы, и в центре листа вырезали квадратное отверстие размером 0,5 дюйма (1,27 см). Вырезали небольшой прямоугольный кусок пропускающей воздух ткани и его помещали под соединительным устройством для смолы в середине мата из стекловолокна. Кусок пропускающей воздух ткани закрывал квадратное отверстие и обладал длиной, равной нескольким дюймам, так что соединительное устройство для смолы было немного смещено от центра, так что смола, поступающая в центр, не выходила из трубки слишком быстро и не и в изготавливаемой детали не образовывались пузыри.

Затем вырезали первый вакуумный мешок. Липкую ленту наносили по краю соединительного устройства для смолы и вокруг основания тройника. Вакуумный мешок размещали по всему мату и на 1 или 2 дюйма во все стороны за первую границу липкой ленты. Проделывали отверстие для прохождения тройника и вырезали кружок, так чтобы через него могло пройти и соединительное устройство для смолы. Вакуумный мешок по всем сторонам приклеивали к липкой ленте, при необходимости сгибая, так чтобы над всей деталью мешок был возможно более плоским и не содержал складки.

После полной герметизации внутреннего мешка из рулона вырезали наружный вакуумный мешок. Такую же процедуру повторяли для образования в наружном вакуумном мешке отверстия для тройника и вырезания отверстия для соединительного устройства для смолы, затем вакуумный мешок размещали над всей пластиной. Липкую ленту также наносили по краям тройника и соединительного устройства для смолы. Вакуумный мешок приклеивали к обеим этим частям и еще раз герметизировали по всем сторонам, при необходимости сгибая, оставляя открытой одну сторону, где должна вставляться вакуумная трубка наружного мешка.

На конце вакуумной трубки помещали пропускающую воздух ткань и самоклеющуюся ленту и затем липкую ленту оборачивали вокруг участка, который будет соприкасаться с границей липкой ленты (около от 4 (10,2 см) до 5 дюймов (12,7 см) внутри пластины).

После установления наружной вакуумной линии можно герметизировать последнюю сторону. Затем предварительно нагретую полиэтиленовую трубку обрезали до такого размера, чтобы трубка проходила через середину соединительного устройства для смолы, которое соединено с другим тройником, использующимся для соединения главной вакуумной линии с другой наружной трубкой для вторичного мешка.

Затем отрезали еще одну трубку и ее использовали для соединения тройника для инфузии с пустой емкостью для смолы. Эту трубку зажимали для герметизации всей пластины. Затем подключали вакуум и из всей части удаляли воздух. С помощью вакуума удаляли как можно большее количество складок. После того как было установлено отсутствие утечек, с помощью вакуумного детектора утечек проверяли отсутствие микроутечек вокруг всей пластины. После обнаружения и устранения всех утечек деталь была готова для инфузии.

Количества полиола и изоцианата, указанные в таблице 1, отмеряли и перемешивали в течение от 30 с до 1 мин. Затем через отверстие в крышке емкости для смолы пропускали трубку для подачи смолы и емкость для смолы навинчивали на крышку при зажатой трубке. После установления емкости для смолы на место и ниже пластины, находящейся на подставке или скамейке, зажим удаляли. Линия была полностью открыта. Емкость для смолы необходимо размещать ниже поверхности инфузии для регулирования давления потока смолы, чтобы регулировать скорость потока смолы. Деталь начинала заполняться по периметру. Во время инфузии следили за прохождением потока и регистрировали время. После того как деталь окончательно заполнена или больше не наблюдается прохождения потока, открывали первичную вакуумную линию в центре (обычно через 1-2 ч в зависимости от сложности структуры стекловолокна). Затем зажимали трубку подачи смолы и в заключение перекрывали линию, ведущую от вакуумной установки, тем самым перекрывая всю систему.

Затем трубку, ведущую к вакуумной линии, обрезали ниже положения зажима, и конец герметизировали липкой лентой. Затем эту трубку обрезали ниже положения зажима для подачи смолы, чтобы смола могла вытечь из трубки. Затем эту трубку обрезали ниже места этого отреза и герметизировали липкой лентой для защиты детали от утечки. Теперь деталь подверглась инфузии и ее можно оставить для отверждения при комнатной температуре или поместить в печь для увеличения длительности отверждения.

Композиты изготавливали с использованием 6 пластин из двухосной стеклоткани VectorPly Е-ВХ-2400, 800 г/м, +/- 45 из стекла Е с образующей полиуретан композицией примера 2 и для сравнения с имеющимися в продаже эпоксидными смолами и смолами из сложных виниловых эфиров. Использовали эпоксидную смолу EpiKote 135i, смешанную с отвердителем Hexion EpiCure 1366, который продается фирмой Hexion. Использовали смолу из сложного винилового эфира DION® IMPACT 9102-75, которая продается фирмой Reichhold. Затем сопоставляли характеристики прочности этих пластин. Это сопоставление представлено в графическом виде на чертеже.

Из чертежа ясно, что усталостная прочность при растяжении композита, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, была больше, чем у пластин, изготовленных с помощью известных эпоксидных смол или смол из сложных виниловых эфиров.

Исследования межслоевой вязкости разрушения G1C проводили в соответствии со стандартом ASTM D5528 для пластин из композита из двухосной стеклоткани VectorPly Е-ВХ-2400, 800 г/м, +/- 45 из стекла Е с образующей полиуретан композицией примера 2 и для сравнения имеющимися в продаже эпоксидными смолами и смолами из сложных виниловых эфиров. Использовали эпоксидную смолу EpiKote 135i, смешанную с отвердителем Hexion EpiCure 1366, который продается фирмой Hexion. Использовали смолу из сложного винилового эфира, которая продается под названием DION® IMPACT 9102-75 фирмой Reichhold. Результаты этих исследований прочности приведены в таблице 2. Из результатов, приведенных в таблице 2, очевидно, что полиуретановая система, соответствующая настоящему изобретению, является по меньшей мере вдвое более прочной, чем пластины, изготовленные из эпоксидной и виниловой смол.

Главной особенностью композиций, соответствующих настоящему изобретению, является способность образующей полиуретан системы оставаться жидкой при низкой вязкости в течение длительных периодов времени (т.е. в течение не менее 30 мин, предпочтительно в течение не менее 40 мин, наиболее предпочтительно в течение не менее 50 мин) при температуре окружающей среды, что позволяет провести инфузию крупных деталей.

В таблице 3 сопоставлены увеличение вязкости во времени при 25°С для типичной имеющейся в продаже образующей полиуретан системы (Baydur ТФС 902, который продается фирмой BMS LLC) и для образующей полиуретан системы примера 2, соответствующей настоящему изобретению.

Системы, соответствующие настоящему изобретению, имеют время гелеобразования при температуре окружающей среды, равное около 62 мин, содержание воды менее 0,06 мас.%, в пересчете на полную массу системы, и показатель NCO равен 102.

Хотя настоящее изобретение выше подробно раскрыто для иллюстрации, следует понимать, что такое подробное описание приведено только для этой цели и что специалисты в данной области техники могут внести в настоящее изобретение изменения без отклонения от его сущности и объема за исключением возможных ограничений, налагаемых формулой изобретения.

Настоящее изобретение относится к образующей полиуретан системе, предназначенной для изготовления упрочненных полиуретановых композитов с помощью вакуумной инфузии, и к композитам, изготовленным из этой системы. Описана образующая полиуретан система, имеющая вязкость при 25°C, равную менее 600 мПа⋅с в течение не менее 30 мин, время гелеобразования при температуре окружающей среды, равное более 60 мин, и содержание воды, равное менее 0,06 мас.%, в пересчете на полную массу системы, содержащая: a) изоцианатный компонент, имеющий вязкость при 25°C, равную от около 20 до около 300 мПа⋅с, включающий диизоцианат или полиизоцианат, и b) взаимодействующий с изоцианатом компонент, включающий: (i) один или большее количество полиолов, обладающих вязкостью при 25°C, равной от 20 до 850 мПа⋅с, и числом ОН, равным от около 200 до около 600, (ii) до около 6 мас.%, в пересчете на весь взаимодействующий с изоцианатом компонент, добавки, повышающей текучесть, и (iii) от около 2 до около 6 мас.%, в пересчете на весь взаимодействующий с изоцианатом компонент, высушивающего агента, где сумма выраженных в мас.% количеств всех компонентов взаимодействующего с изоцианатом компонента равна 100 мас.%, и с) необязательно до 1 мас.% добавок, не вызывающих пенообразование, где компоненты а) и b) взаимодействуют в таких количествах, что показатель NCO равен от 99 до 110, с образованием полиуретана, обладающего прочностью в неотвержденном состоянии, достаточной для отделения от формы при температуре окружающей среды не позднее, чем через 6 ч. Также в изобретении раскрывается способ изготовления упрочненного волокном полиуретанового композита из системы с помощью вакуумной инфузии, включающий: 1) дегазацию каждого из компонентов а) и b), 2) объединение дегазированных компонентов а) и b) с получением образующей полиуретан реакционной смеси, 3) воздействие создаваемого вакуумом давления на сухой упрочняющий волоконный материал, так что в упрочняющий волоконный материал путем инфузии вводится образующая полиуретан реакционная смесь и упрочненный волокном полиуретановый композит, полученный данным способом. Технический результат – возможность изготовления крупных композитов, таких как лопасти ветряной турбины, обладающих превосходными физическими характеристиками. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

1. Образующая полиуретан система, имеющая вязкость при 25°C, равную менее 600 мПа⋅с в течение не менее 30 мин, время гелеобразования при температуре окружающей среды, равное более 60 мин, и содержание воды, равное менее 0,06 мас.%, в пересчете на полную массу системы, содержащая:

a) изоцианатный компонент, имеющий вязкость при 25°C, равную от около 20 до около 300 мПа⋅с, включающий диизоцианат или полиизоцианат,

и

b) взаимодействующий с изоцианатом компонент, включающий:

(i) один или большее количество полиолов, обладающих вязкостью при 25°C, равной от 20 до 850 мПа⋅с, и числом ОН, равным от около 200 до около 600,

(ii) до около 6 мас.%, в пересчете на весь взаимодействующий с изоцианатом компонент, добавки, повышающей текучесть, и

(iii) от около 2 до около 6 мас.%, в пересчете на весь взаимодействующий с изоцианатом компонент, высушивающего агента,

где сумма выраженных в мас.% количеств всех компонентов взаимодействующего с изоцианатом компонента равна 100 мас.%,

и

с) необязательно до 1 мас.% добавок, не вызывающих пенообразование,

где компоненты а) и b) взаимодействуют в таких количествах, что показатель NCO равен от 99 до 110, с образованием полиуретана, обладающего прочностью в неотвержденном состоянии, достаточной для отделения от формы при температуре окружающей среды не позднее, чем через 6 ч.

2. Система по п.1, обладающая вязкостью при 25°C, равной менее 400 мПа⋅с.

3. Система по п.1, обладающая вязкостью при 25°C, равной от 250 до 300 мПа⋅с.

4. Система по п.1, в которой b)(i) представляет собой простой полиэфирполиол.

5. Система по п.1, в которой b)(i) включает два или большее количество простых полиэфирполиолов.

6. Система по п.1, в которой изоцианатный компонент обладает вязкостью при 25°C, равной менее 100 мПа⋅с.

7. Система по п.1, в которой изоцианатный компонент включает дифенилметандиизоцианат или полимерный дифенилметандиизоцианат.

8. Система по п.1, в которой b)(i) обладает вязкостью при 25°C, равной от 600 до 700 мПа⋅с.

9. Система по п.1, в которой b)(i) включает полиол, обладающий вязкостью при 25°C, равной от 50 до 75 мПа⋅с.

10. Система по п.1, в которой взаимодействующий с изоцианатом компонент b) обладает средним количеством функциональных групп, равным от 2 до 3.

11. Система по п.1, в которой компоненты а) и b) взаимодействуют в таких количествах, что показатель NCO равен около 102.

12. Способ изготовления упрочненного волокном полиуретанового композита из системы по п.1 с помощью вакуумной инфузии, включающий:

1) дегазацию каждого из компонентов а) и b),

2) объединение дегазированных компонентов а) и b) с получением образующей полиуретан реакционной смеси,

3) воздействие создаваемого вакуумом давления на сухой упрочняющий волоконный материал, так что в упрочняющий волоконный материал путем инфузии вводится образующая полиуретан реакционная смесь.

13. Способ по п.12, в котором упрочняющий волоконный материал включает: стекловолокна, углеродные волокна, арамидные волокна и/или базальтовые волокна.

14. Упрочненный волокном полиуретановый композит, полученный способом по п.12.

15. Упрочненный волокном полиуретановый композит по п.14, обладающий межслоевой вязкостью разрушения определенной в соответствии со стандартом ASTM D5528, которая по меньшей мере вдвое больше, чем межслоевая вязкость разрушения упрочненного волокном эпоксидного композита.

16. Упрочненный волокном полиуретановый композит по п.15, который находится в форме лопасти ветряной турбины.