本發(fā)明專利技術(shù)的任務(wù)在于提供一種能夠在工業(yè)實(shí)踐中以經(jīng)濟(jì)方式生產(chǎn)由鋼和聚氨酯構(gòu)成的纖維復(fù)合材料部件的方法。本發(fā)明專利技術(shù)所述方法的基本構(gòu)思在于使用一種與制備方法相適應(yīng)的特殊聚氨酯組合物，所述聚氨酯組合物可在第一次交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴苄跃酆衔铮㈦S后在第二次交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中最終交聯(lián)成為熱固性材料。按照本發(fā)明專利技術(shù)，只有在賦形的成型步驟之后，才進(jìn)行最終交聯(lián)成熱固性聚合物，從而只有當(dāng)部件已經(jīng)具有其最終使用形狀的時(shí)候，部件才會(huì)產(chǎn)生高的最終強(qiáng)度。本發(fā)明專利技術(shù)的特征在于緊密協(xié)調(diào)所用的化學(xué)品與機(jī)械加工步驟，以便利用塑料加工和鋼加工過(guò)程中的協(xié)同作用。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及。 本文中所述的纖維復(fù)合材料部件指的是機(jī)器、陸地車輛、飛機(jī)、航天器或者船舶、 設(shè)備、裝置或者儀器的部件，其由相互不可拆開(kāi)連接的不同材料構(gòu)成，其中至少一種材料作 為纖維存在，并且至少一種材料作為基體包圍纖維。所述纖維復(fù)合材料部件在此的形狀基 本上由其預(yù)定的用途而確定。這意味著纖維復(fù)合材料部件實(shí)際上可以即裝或即用的，并且 (除了較小的修整之外）在安裝或使用之前不必經(jīng)歷其它明顯的形狀改變。 本專利技術(shù)所述的纖維復(fù)合材料部件包括材料：鋼、聚氨酯以及纖維材料。 所謂鋼指的是其中鐵的質(zhì)量含量大于任何其它所含元素的質(zhì)量含量的一類鐵材 料。其中碳含量為2重量％以下。 所謂聚氨酯指的是通過(guò)二異氰酸酯與多元醇的反應(yīng)獲得的一類聚合物。經(jīng)常將其 簡(jiǎn)稱為PU或PUR。
技術(shù)介紹
與均質(zhì)材料制成的部件相比，纖維復(fù)合材料部件的生產(chǎn)具有以下特性：即均質(zhì)材 料通常在生產(chǎn)部件之前就已存在；而纖維復(fù)合材料只有在生產(chǎn)真正的纖維復(fù)合部件的時(shí)候 才會(huì)形成。因此纖維復(fù)合材料部件的生產(chǎn)始終與相應(yīng)纖維復(fù)合材料的生產(chǎn)直接相關(guān)。 在"構(gòu)造"纖維復(fù)合材料的時(shí)候，始終也要注意以此構(gòu)成的纖維復(fù)合材料部件隨后 的負(fù)荷，從而按預(yù)期通過(guò)基體將載荷傳導(dǎo)入到纖維之中并且由纖維傳遞載荷。 因此與由均質(zhì)材料生產(chǎn)部件時(shí)相比，生產(chǎn)纖維復(fù)合材料部件時(shí)的材料科學(xué)問(wèn)題更 加顯著得多。 當(dāng)纖維復(fù)合材料部件要由更可能是異質(zhì)材料構(gòu)成的時(shí)候尤其如此，例如當(dāng)無(wú)機(jī)碳 纖維應(yīng)包埋入有機(jī)聚合物基體之中并且其還應(yīng)當(dāng)額外被金屬覆蓋層包圍的時(shí)候。 此類纖維復(fù)合材料部件有望結(jié)合相應(yīng)單一材料的優(yōu)點(diǎn)，從而總體上在最低重量下 獲得機(jī)械強(qiáng)度最高，隔熱、減振和耐腐蝕性良好的部件。 但是此類部件的生產(chǎn)在技術(shù)上要求特別高，因?yàn)楸仨殞⒂袡C(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)、金屬加 工和部件的結(jié)構(gòu)性應(yīng)用的特定的專業(yè)知識(shí)相結(jié)合。 尤其要注意聚合物的工業(yè)生產(chǎn)剛好在經(jīng)營(yíng)組織方面明顯有別于金屬生產(chǎn)和加工。 因此只有開(kāi)發(fā)一種不僅能適應(yīng)化工生產(chǎn)、而且也能適應(yīng)金屬加工的操作流程的方法，才能 在工業(yè)實(shí)踐中成功生產(chǎn)基于鋼和聚氨酯的纖維復(fù)合材料部件。 當(dāng)然現(xiàn)有技術(shù)中已有金屬有機(jī)纖維復(fù)合材料部件的很多例子： 例如，DE10158491A1公開(kāi)了一種金屬-聚氨酯層壓體，所述層壓體由兩層電鍍鍍 鋅鋼板構(gòu)成，將一層可具有填充和增強(qiáng)材料的聚氨酯布置在所述鋼板之間。使得聚氨酯 在所述兩個(gè)金屬板之間固化，從而產(chǎn)生具有高機(jī)械強(qiáng)度的板狀復(fù)合材料部件。這種制備 方法的缺點(diǎn)在于，其始終導(dǎo)致平坦的層壓體，其可用性由于其扁平的形狀而受到限制。雖 然描述了將層壓體彎曲90°并且重新往回彎的剝離試驗(yàn)。但是該成型過(guò)程必須伴隨提 高的用力，因?yàn)榫郯滨ピ诖丝桃呀?jīng)熱固性固化，由此復(fù)合材料部件已經(jīng)達(dá)到其最大強(qiáng)度。 DE10158491A1中沒(méi)有報(bào)道任何關(guān)于成型后的層壓體是否尺寸穩(wěn)定并且不會(huì)重新變回其原 來(lái)的扁平形狀的內(nèi)容。該方法另外也有異氰酸酯/多元醇組分快速反應(yīng)生成聚氨酯的缺 點(diǎn)，由此必須抓緊時(shí)間生產(chǎn)所述復(fù)合材料部件。這里涉及的也不是纖維復(fù)合材料部件，而是 由金屬板和聚合物構(gòu)成的夾芯體。 DE19914420A1公開(kāi)了一種類似結(jié)構(gòu)的鋼/PU復(fù)合材料部件。但是金屬的層厚為 相當(dāng)大的2~20_，以致于這里涉及不可以如薄的金屬板（厚度< 3mm)那樣卷繞的厚板。 因此不可使用例如汽車制造行業(yè)所用的傳統(tǒng)金屬板壓機(jī)加工此類層壓體。鑒于這個(gè)原因， 其預(yù)定用途更確切地說(shuō)是船舶制造或者橋梁建造。 同樣對(duì)于船舶制造確定的是由W098/21029A1已知的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)包括 兩個(gè)彼此相隔一定距離的外側(cè)鋼板，所述鋼板形成填充了彈性體聚氨酯的空腔。彈性體消 減金屬結(jié)構(gòu)中的振動(dòng)。但是這里并不涉及纖維復(fù)合材料部件。同樣地，只有在完成鋼結(jié)構(gòu) 之后，才將彈性體引入空腔之中。 W02009/009207A2公開(kāi)了一種生產(chǎn)基于金屬和熱塑性聚氨酯的纖維復(fù)合材料部件 的方法。為此，將已經(jīng)含有纖維的熱塑性聚氨酯原料熔融，并且在熱作用下將其在金屬板之 間壓制成形。該方法的優(yōu)點(diǎn)是纖維復(fù)合材料部件也能采用并非扁平的形狀，并且所需的操 作步驟少。缺點(diǎn)是纖維作為短纖維形式已經(jīng)存在于聚氨酯原料中，因此不可能使纖維以隨 后的力線通量方向按目標(biāo)定向。所生產(chǎn)的更確切地說(shuō)是具有無(wú)序的纖維定向的纖維復(fù)合材 料部件。 DE102012106206A1公開(kāi)的夾芯板覆蓋明顯較大的應(yīng)用范圍。該夾芯板包括兩個(gè)金 屬面板，將含纖維的聚氨酯構(gòu)成的芯層布置在金屬面板之間。該夾芯板的塑性成型能力良 好，甚至可以深拉成為三維車身部件。在此缺點(diǎn)是反應(yīng)性聚氨酯混合物的配方含水，使得在 加工過(guò)程中水蒸氣必須從層壓體中逸出。如果在此不能成功地完全排出水，恐怕鋼板內(nèi)部 會(huì)發(fā)生腐蝕。除此之外，所述的聚氨酯組合物還有高反應(yīng)活性，使得必須在窄的時(shí)間窗口內(nèi) 進(jìn)行成形。總的來(lái)看，根據(jù)DE102012106206A1所述的方法是否能以技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn) 鋼/PU復(fù)合材料部件看起來(lái)是有疑問(wèn)的。 DE102009001806A1解決高活性聚氨酯混合物加工時(shí)間窗口狹窄問(wèn)題的方式是，通 過(guò)采用儲(chǔ)存穩(wěn)定、已初步交聯(lián)、可以熱塑性成型并且在成形之后可以熱固性最終交聯(lián)的預(yù) 浸料。所述預(yù)浸料（其涂覆了基體材料的纖維機(jī)織物或無(wú)卷曲織物（gelege))的特殊優(yōu)點(diǎn) 在于其儲(chǔ)存穩(wěn)定性。這意味著，其可以在初步交聯(lián)的熱塑性狀態(tài)下以充分長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行存 放和運(yùn)輸。這意味著可以在第一個(gè)操作場(chǎng)所生產(chǎn)預(yù)浸料，并且可以在另一個(gè)離得遠(yuǎn)的地點(diǎn) 將預(yù)浸料成型為成型制品以及其最終交聯(lián)成為纖維復(fù)合材料部件。這就在纖維復(fù)合材料 部件的生產(chǎn)組織方面開(kāi)辟了新的自由度，尤其也開(kāi)辟了跨越多個(gè)操作場(chǎng)所的職能定向的分 工。但是這種儲(chǔ)存穩(wěn)定性預(yù)浸料也有缺點(diǎn)，即其僅適合與鋼有限程度地層壓。尤其它無(wú)法 實(shí)現(xiàn)足以使得如此制成的層壓體能夠無(wú)損成型的鋼/聚合物結(jié)合，如隨后實(shí)施例〇還顯示 的那樣。 盡管如此，迄今為止沒(méi)有描述一種能夠在工業(yè)實(shí)踐中由鋼和聚氨酯以經(jīng)濟(jì)方式生 產(chǎn)纖維復(fù)合材料部件的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的任務(wù)在于提供一種這樣的方法。 通過(guò)包括步驟a)至h)的方法解決了這一任務(wù)： a)提供至少兩個(gè)鋼板； b)提供至少一種紡織面料； c)提供無(wú)水混合物，所述混合物含有 ?至少一種固化劑，所述固化劑是其NCO官能度至少為2的脲二酮， ?至少一種粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑具有羥基并且其OH官能度為3~6， ?以及至少一種具有環(huán)氧烷基的助粘結(jié)劑； d)用所述混合物涂覆紡織面料； e)對(duì)涂覆有所述混合物的面料施加能量以進(jìn)行第一次交聯(lián)反應(yīng)，在此過(guò)程中使得 固化劑、粘結(jié)劑和助粘結(jié)劑反應(yīng)生成附著在紡織面料上的熱塑性聚合物； f)在熱作用下將鋼板和紡織面料與附著在所述紡織面料上面的熱塑性聚合物一 起壓制成夾芯體，使得熱塑性聚合物在包封紡織面料的同時(shí)將鋼板相互接合在一起； g)將夾芯體成型為成型制品； h)對(duì)成型制品進(jìn)行熱處理獲得纖維復(fù)合材料部件，其中熱塑性聚合物在第二次交 聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦跃酆衔铩?本專利技術(shù)提供這種生產(chǎn)纖維復(fù)合材料部件的方法。 本專利技術(shù)所述方法的基本構(gòu)思在于使用一種與制備方法相適應(yīng)的特殊聚氨酯組合 物，所述聚氨酯組合物可在第一次交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊崴苄跃酆衔铮S后在第二次交 聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中最終交聯(lián)成為熱固性基體材料。所述熱塑性聚合本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
生產(chǎn)纖維復(fù)合材料部件的方法，包括以下步驟：a)提供至少兩個(gè)鋼板；b)提供至少一種紡織面料；c)提供無(wú)水混合物，所述混合物含有·至少一種固化劑，所述固化劑是其NCO官能度至少為2的脲二酮，·至少一種粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑具有羥基并且其OH官能度為3～6，·以及至少一種具有環(huán)氧烷基的助粘結(jié)劑；d)用所述混合物涂覆所述紡織面料；e)對(duì)涂覆有所述混合物的面料施加能量以進(jìn)行第一次交聯(lián)反應(yīng)，在此過(guò)程中使得其固化劑、粘結(jié)劑和助粘結(jié)劑反應(yīng)生成附著在紡織面料上的熱塑性聚合物；f)在熱作用下將鋼板和紡織面料與附著在所述紡織面料上面的熱塑性聚合物一起壓制成夾芯體，使得熱塑性聚合物在包封紡織面料的同時(shí)將鋼板相互接合在一起；g)將夾芯體成型為成型制品；h)對(duì)成型制品進(jìn)行熱處理而獲得纖維復(fù)合材料部件，其中熱塑性聚合物在第二次交聯(lián)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)闊峁绦跃酆衔铩?
【技術(shù)特征摘要】
...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：烏韋施塔普爾芬尼，桑德拉雷默斯，馬庫(kù)斯哈拉克，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：德國(guó);DE
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