用于制備復(fù)合組件的方法
【專利說明】用于制備復(fù)合組件的方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于制備復(fù)合組件的方法，包括下面的步驟：提供型芯和使所述型芯 的至少一部分與聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物接觸，其中在接觸過程中向至少所述型 芯外部施加負(fù)壓pi至少一段時(shí)間。
[0002] 用于制備復(fù)合組件，例如用于風(fēng)能工業(yè)的轉(zhuǎn)子葉片的聚氨酯（PUR)樹脂或聚異氰 脲酸酯（PIR)樹脂在加工技術(shù)和工具技術(shù)中可以提供一些優(yōu)點(diǎn)。其中有所述樹脂更低的粘 度和更好的流動(dòng)性能，以及所得復(fù)合材料提高的疲勞性能。
[0003]DE10 2009 058 101A1描述了層結(jié)構(gòu)在風(fēng)力渦輪機(jī)中的用途，其中使用聚氨酯 作為塑料。異氰酸酯基團(tuán)數(shù)與對(duì)異氰酸酯反應(yīng)性的基團(tuán)數(shù)之比優(yōu)選為0.9-1. 5。進(jìn)行的實(shí) 施例中異氰酸酯基團(tuán)數(shù)與對(duì)異氰酸酯反應(yīng)性的基團(tuán)數(shù)之比為大約1. 02。所述方法具有的缺 點(diǎn)在于混合物的粘度相對(duì)高，和因此包含塑料的纖維層相對(duì)難以生產(chǎn)。
[0004]W0 2011/081622A1描述了用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的聚氨酯組合物。所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可用于 風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。0H/NC0比率至少為1，即：存在至少與NC0基團(tuán)一樣多的0H基團(tuán)。 所述方法具有的缺點(diǎn)是粘度相對(duì)較高和加工時(shí)間非常短；這使得對(duì)于大的組件而言裝料過 程更加困難。
[0005] 然而，PUR/PIR在具有與水接觸發(fā)泡的性能上不像常規(guī)樹脂如EP或UP。這首先是 缺點(diǎn)，因?yàn)橛糜趶?fù)合芯的材料如輕木（Balsaholz)等必定包含水和因此將會(huì)要求干燥。這要 求相對(duì)大量的物流消耗招致和干燥成本等。當(dāng)進(jìn)行樹脂注射法如RTM(樹脂傳遞模塑）時(shí) 這種現(xiàn)象通過在注入過程中使用真空額外擴(kuò)大。然而，真空是必需的以便在注入之前除去 包括的氣體，或?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)鋪設(shè)網(wǎng)布理想的定位。
[0006] 本發(fā)明的目的是提供旨在制備復(fù)合組件的方法，其可以一起使用聚氨酯樹脂與包 含水分的材料。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，所述目的通過用于制備復(fù)合組件的方法實(shí)現(xiàn)，包括下面的步驟： _提供型芯； -使所述型芯的至少一部分與聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物接觸，其中在接觸過 程中向至少所述型芯外部施加負(fù)壓pi至少一段時(shí)間； 其中在型芯開始與聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物接觸之后時(shí)間tl期滿和/或在 與型芯接觸的聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物中達(dá)到溫度T1時(shí)，向至少所述型芯外部施 加正壓p2。
[0008] 本發(fā)明的方法可以用于制備復(fù)合組件，其中型芯與樹脂之間緊密粘合。這里所述 樹脂是聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物。同樣可以由纖維和樹脂生產(chǎn)纖維復(fù)合材料和型 芯僅僅用于成型，而不參與與樹脂的任何粘合。最后，如下面詳細(xì)解釋說明，也可想到的是 纖維或織物片材元件設(shè)置在型芯上和樹脂參與與所述芯和纖維或織物片材元件的粘合。所 述型芯也可以充當(dāng)用于維持復(fù)合組件中特定分離的工具。
[0009] 優(yōu)選制備的所述復(fù)合組件是用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片。
[0010] 用于型芯的合適的材料例如是輕木、聚氯乙烯（PVC)、聚酯（PET)或聚氨酯（PUR)。 發(fā)泡型芯的粗密度可以為20kg/m3 -600kg/m3,優(yōu)選30kg/m3-400kg/m3和更優(yōu)選50kg/ m3_200 kg/m3〇
[0011] 所述方法的一個(gè)步驟包括使所述型芯的至少一部分與聚氨酯/聚異氰脲酸酯反 應(yīng)混合物接觸，其中在接觸過程中向至少所述型芯外部施加負(fù)壓Pi至少一段時(shí)間。表述 "負(fù)壓"這里是指小于l〇13mbar的絕對(duì)壓力。此步驟除去有問題的氣體，固定所述芯和最終 固定位于芯上的纖維和方便反應(yīng)混合物鋪展或注入到所述芯的所有部分中。
[0012] 負(fù)壓通過可排氣的模具或型芯周圍的其它結(jié)構(gòu)有利地施加。
[0013] 然而，一旦聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物的反應(yīng)進(jìn)行到一定程度，負(fù)壓就不 再是希望的。聚氨酯泡沫的形成可以結(jié)合位于型芯中或由其它源存在的殘余水分發(fā)生。這 明顯地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷和因此導(dǎo)致不能使用的復(fù)合組件。
[0014] 因此在所述方法中在一定的時(shí)機(jī)施加正壓p2。表述"正壓"這里是指1013mbar或 以上的絕對(duì)壓力。此正壓抑制了發(fā)泡，使得例如形成的co2再次可以溶解。取決于監(jiān)測(cè)反 應(yīng)過程的可能性在施加正壓之前有預(yù)定的等待時(shí)間tl或在達(dá)到或超過預(yù)定的溫度T1 (來 自放熱的聚氨酯反應(yīng)）時(shí)啟動(dòng)所述步驟。選擇的時(shí)間tl和/或選擇的溫度T1取決于待制 備的復(fù)合組件的形狀和尺寸，以及取決于聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物的性能，特別 是交聯(lián)時(shí)間或凝膠時(shí)間。
[0015] 對(duì)于本發(fā)明，表述"聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物"是指導(dǎo)致聚氨酯和/或聚 異氰脲酸酯的反應(yīng)混合物。這里NC0指數(shù)（NC0基團(tuán)與對(duì)NC0反應(yīng)性的基團(tuán)的摩爾比）優(yōu) 選彡0.95,更優(yōu)選彡1.00至< 6. 00,更優(yōu)選彡1.10至< 6.00。
[0016] 所述聚氨酯/聚異氰脲酸酯反應(yīng)混合物包含： A) -種或多種多異氰酸酯 B) -種或多種多元醇，和 D) -種或多種交聯(lián)催化劑。
[0017] 使用的多異氰酸酯組分A)可以是常規(guī)的脂族、環(huán)脂族和特別是芳族二-和/或多 異氰酸酯。這些合適的多異氰酸酯的實(shí)例是1，4-亞丁基二異氰酸酯、1，5-戊烷二異氰酸 酯、1，6-六亞甲基二異氰酸酯（HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯（iroi)、2, 2, 4-和/或2, 4, 4-三 甲基六亞甲基二異氰酸酯、雙（4, 4'-異氰酸根合環(huán)己基）甲烷的異構(gòu)體及其具有任何需要 的異構(gòu)體含量的混合物、1，4-亞環(huán)己基二異氰酸酯、1，4-亞苯基二異氰酸酯、2, 4-和/或 2, 6-甲代亞苯基二異氰酸酯（TDI)、1，5-亞萘基二異氰酸酯、2, 2' -和/或2, 4' -和/或 4,4'-二苯甲烷二異氰酸酯（1?1)和/或高級(jí)同系物化1?1)、1，3-和/或1，4-雙（2-異 氰酸根合丙-2-基）苯（TMXDI)、1，3-雙（異氰酸根合甲基）苯（XDI)。除了上面提及的 多異氰酸酯，也可以使用一定比例的具有脲二酮、異氰脲酸酯、氨基甲酸酯、碳二亞胺、脲酮 亞胺、脲基甲酸酯或雙脲結(jié)構(gòu)的改性多異氰酸酯。優(yōu)選使用二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI) 和特別是二苯基甲烷二異氰酸酯與多亞苯基多亞甲基多異氰酸酯（PMDI)的混合物作為異 氰酸酯。二苯基甲烷二異氰酸酯與多亞苯基多亞甲基多異氰酸酯（PMDI)的混合物的優(yōu)選 的單體含量是60-100重量％，優(yōu)選70-95重量％，特別優(yōu)選80-90重量％。使用的多異氰酸 酯的NC0含量應(yīng)當(dāng)優(yōu)選在25重量％以上，更優(yōu)選在30重量％以上，特別優(yōu)選在32重量％ 以上。NC0含量可以根據(jù)DIN53185測(cè)定。所述異氰酸酯的粘度應(yīng)當(dāng)優(yōu)選< 150mPas(在 25°C)，更優(yōu)選彡50mPas(在25°C)和特別優(yōu)選彡30mPas(在25°C)。
[0018] 當(dāng)加入單一多元醇時(shí)，其0H值給出的是組分B)的0H值。在混合物的情況下，報(bào)告 數(shù)均OH值。此值可根據(jù)DIN53240-2測(cè)定。所述多元醇制劑中優(yōu)選地存在的多元醇是具 有 100-1000mgKOH/g，優(yōu)選 300-600mgKOH/g和特別優(yōu)選 350-500mgKOH/g的數(shù)均 0H 值的那些。所述多元醇的粘度優(yōu)選為< 800mPas(在25°C)。優(yōu)選的是所述多元醇具有至 少60%的仲0H基，優(yōu)選至少80%的仲0H基和特別優(yōu)選至少90%的仲0H基。特別優(yōu)選基于 環(huán)氧丙烷的聚醚多元醇。優(yōu)選使用的多元醇的平均官能度為2. 0-5. 0,特別是2. 5-3. 5。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，可以使用聚醚多元醇、聚酯多元醇或聚碳酸酯多元醇，優(yōu)選聚醚多元 醇。根據(jù)本發(fā)明可使用的聚醚多元醇的實(shí)例是可通過四氫呋喃經(jīng)由陽離子開環(huán)聚合獲得的 聚丁二醇聚醚。同樣合適的聚醚多元醇是氧化苯乙烯、環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷和/或環(huán)氧丁烷 在二-或多官能起始劑分子上的加成物。合適的起始物分子是例如水、乙二醇、二乙二醇、 丁基二乙二醇、甘油、二乙二醇、三羥甲基丙烷、丙二醇、季戊四醇、山梨糖醇、蔗糖、乙二胺、 甲苯二胺、三乙醇胺、1，4-丁二醇、1，6-己二醇以及所述多元醇與二羧酸的低分子量的酯， 其中這些酯具有羥基；其它合適的起始劑分子是具有羥基的油。優(yōu)選甘油作為起始劑。所 述多元醇的粘度優(yōu)選為< 800mPas(在25°C)。優(yōu)選的是所述多元醇具有至少60%的仲 0H基，優(yōu)選至少80%的仲0H基和特別優(yōu)選90%的仲0H基。特別優(yōu)選基于環(huán)氧丙烷的聚醚 多元醇。
[0020] 所述多元醇B)也可以包含纖維、填料和聚合物。
[0021] 使用的交聯(lián)催化劑C)可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的交聯(lián)催化劑，例如叔胺和有 機(jī)金屬化合物如二月桂酸二丁基錫。
[0022] 特別優(yōu)選也催化三聚反應(yīng)的催化劑。這里同樣，這些可以是堿（叔胺、弱酸的鹽， 例如乙酸鉀）和/或有機(jī)金屬化合物。三聚催化劑引發(fā)和加速異氰酸酯基團(tuán)的三聚生成異 氰脲酸酯基團(tuán)。
[0023] 可以任選地加入添加劑D)。這些的實(shí)例是脫氣劑、消泡劑、填料、阻燃劑和增強(qiáng)材 料。如果需要的話可以使用其它已知的添加劑和添加物質(zhì)。
[0024] 可以向可發(fā)泡的制劑中進(jìn)一步加入阻燃劑以提高耐火性，實(shí)例是含磷化合物，尤 其是磷酸酯和膦酸酯以及鹵化的聚酯和多元醇或氯化石蠟。另外也可以加入非揮發(fā)性的阻 燃劑如蜜胺或可膨脹石