CN101338065A

CN101338065A - 具耐燃性的预浸体

Info

Publication number: CN101338065A
Application number: CNA2007101272554A
Authority: CN
Inventors: 魏志峰
Original assignee: Advanced International Multitech Co Ltd
Current assignee: Advanced International Multitech Co Ltd
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2007-07-03
Publication date: 2009-01-07

Abstract

本发明公开了一种具耐燃性的预浸体包含：一补强材及一耐燃组合物。该补强材选自于补强纤维或补强织物，该耐燃组合物的环氧当量值是介于190g/eq至270g/eq之间，并具有一环氧树脂、一无机耐燃剂、一热塑性树脂及一硬化剂，其中，以该耐燃组合物的总重为100wt％计算，该无机耐燃剂的含量为12～18wt％。本发明具耐燃性的预浸体适用于制作各种运输交通工具的内装配件或各种建材隔板等。

Description

具耐燃性的预浸体

技术领域

本发明涉及一种预浸体，特别是指一种具耐燃性的预浸体。

背景技术

纤维复合材料目前已广泛地被用于制造各种运动用品(如高尔夫球杆、钓鱼杆、网球拍框架等)、运输工具等。该纤维复合材料大多是由多数个预浸体(prepreg)[又称片状中间材，主要是由一补强纤维及一基质树脂所构成]不断层叠所制得，而此预浸体则借由将补强纤维浸入基质树脂来制备，所以补强纤维及基质树脂的种类及含量比例等将会影响预浸体的各项性质，例如粘性(tackiness)、拉伸强度(tensile strength)、剪切强度(shear strength)、挠曲强度(flexural strength)等等。

美国专利公告第6,287,696号揭示一种预浸体，包含多数条补强纤维及一树脂组合物，该树脂组合物含有：作为组份A的热固性树脂、以及作为B组份的热塑性树脂，其中该组份B是溶于组份A中。此专利主要借由在热固性树脂中添加高分子量的热塑性树脂而制造具有极佳粘性、悬垂性(drapability)、缠绕一心轴的绕线性(windability)。

然而，目前业界期望让纤维复合材料的应用可遍及运输交通工具的各种内装配件(如座椅、上置物箱等)，以及各种建材隔板(如天花板、浴厕室用隔板、茶水厨房室用隔板、驾驶间用隔板等)，因而必须使复合材料具备极佳的机械加工性质，以便于制成各种不同形状的内装配件及建材隔板。为了提升该复合材料的机械加工性质，则必须使该预浸体包含一定含量以上(约30～55wt％)的基质树脂。

由于车祸及火灾事件频传，使得车体内装配件及各种建材隔板的耐燃性也受到极高的关注，加上已知用于制作内装配件及隔板含有较多量极易燃烧的基质树脂，如只使用现有涂布方式于表面涂布耐燃剂，恐因外力冲击导致涂层剥落，进而无法达到隔绝火源的目的，因此，如果可让预浸体本身具备耐燃性，应更有利于让业界进行各种耐燃材料的制作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种符合后续加工需求的具耐燃性的预浸体。

本发明具耐燃性的预浸体是包含一补强材及一耐燃组合物，该补强材选自于补强纤维或补强织物，该耐燃组合物的环氧当量值是介于190g/eq至270g/eq之间，并具有一环氧树脂、一无机耐燃剂、一热塑性树脂及一硬化剂，其中，以该耐燃组合物的总重为100wt％计算，该无机耐燃剂的含量为12～18wt％。

鉴于现有预浸体含有较多量的易燃树脂，而为了使预浸体本身具备符合安全标准(如UL94标准)的耐燃性，本案发明人经过多次试验得知耐燃剂的添加量必须在一定的范围下才可显现耐燃性质，于是，本发明借由在与该补强材结合的组合物中添加一耐燃剂，并控制该耐燃剂的添加量为至少12wt％，而制成一具耐燃性的预浸体。此外，本发明预浸体所含的耐燃组合物也特别控制该耐燃组合物的环氧当量值，以借此适当控制环氧树脂的含量，并维持预浸体需具备的机械加工性质，以有效拓展后续用途，例如用于制备运输交通工具的内装配件(如座椅、上置物箱等)以及各种建材隔板(如天花板、浴厕室用隔板、茶水厨房室用隔板、驾驶间用隔板等)。

具体实施方式

上述的「预浸体」一词与现有技术的定义相同，表示构成用于制作各项产品的复合材料的基本单元，也就是复合材料是由多数个预浸体所制成。

本发明的耐燃组合物的环氧当量值是介于190g/eq至270g/eq之间，此环氧当量值主要是借由所加入的环氧树脂的种类及含量来控制，而硬化剂及热塑性树脂的用量则需视环氧树脂的用量来调配。较佳地，该耐燃组合物的环氧当量值是介于200g/eq至230g/eq之间。

较佳地，该耐燃组合物的玻璃转移温度(Tg)大于170℃。

在本发明的预浸体中，该补强材与该耐燃组合物的含量比例可依据后续用途来进行调整，较佳地，以该预浸体的单位面积重量比例为100wt％计算，该补强材的单位面积重量比例范围为50～65wt％，以及该耐燃组合物的单位面积重量比例范围为50～35wt％；更佳地，该补强材的单位面积重量比例范围为60～65wt％，以及该耐燃组合物的单位面积重量比例范围为40～35wt％。

本发明预浸体所含硬化剂主要是用于固化环氧树脂，所以硬化剂的选择及使用量需依据环氧树脂来调配，较佳地，该硬化剂的含量是以该耐燃组合物的总重为100wt％，并依据下列公式计算：

较佳地，以该耐燃组合物的总重为100wt％计算，该耐燃组合物具有35～50wt％的环氧树脂、12～18wt％的无机耐燃剂、14～20wt％的热塑性树脂及20～30wt％的硬化剂；更佳地，该耐燃组合物具有40～50wt％的环氧树脂、14～17wt％的无机耐燃剂、15～18wt％的热塑性树脂及20～25wt％的硬化剂。

本发明的补强材是选自于补强纤维或补强织物(例如织布、不织布、编织带或编织布)，较佳地，该补强材为单一方向的(unidirectional)，且更佳地，该补强材是补强纤维，且该补强纤维是选自于碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚醯胺纤维或它们的一组合。而于本发明的一具体例中，该补强材是碳纤维。

较佳地，该环氧树脂是选自于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛清漆型(novolac)环氧树脂或它们的一组合。该双酚A型环氧树脂包含但是不限于Epikote 1001、Epikote 828(由Hexion Resolution公司制造)；DER 661(由Dow chemical公司制造)；该双酚F型环氧树脂包含但是不限于Epikote 862(由Hexion Resolution公司制造)；DER 354(由Dow chemical公司制造)；以及酚醛清漆型环氧树脂包含但是不限于Epikote 154(由Hexion Resolution公司制造)、DEN 438(由Dow chemical公司制造)。

较佳地，该无机耐燃剂是选自于聚磷酸盐、三氧化二锑、氢氧化铝、氧化镁或它们的一组合；更佳地，该无机耐燃剂是聚磷酸盐，例如市售的S-20(由台湾勤裕企业股份有限公司制造)、FR

S10及FR

484(由Budenheim公司制造)。而于本发明的一具体例中，该无机耐燃剂是聚磷酸铵(ammonium polyphosphate)。

较佳地，该热塑性树脂是选自于苯氧基(phenoxy)树脂、聚羟基醚(polyhydroxyether)树脂、增韧型弹性体改质环氧树脂(modified epoxy resin withtoughness elastomers)或它们的一组合。该苯氧基树脂例如PKHH(由InChemCorporation公司制造)，而该增韧型弹性体改质环氧树脂例如

(由台湾莘茂复合材料公司制造)。

较佳地，该硬化剂是4，4-二胺基二苯砜，例如DDS(由Hiperchem公司制造)。

本发明的耐燃组合物的配制方式可依据现有方法进行，例如将适量的环氧树脂、无机耐燃剂、热塑性树脂及选择性添加的添加剂等放入一可升温加热的搅拌机中，并将温度设定在130℃～170℃，以温度设定在150℃为例，当搅拌机温度到达100℃开始启动搅拌，并继续搅拌至温度达150℃，然后在150℃下持续搅拌4小时以上，直至上述所有组份完全呈现熔融状态，再将其放置冷却，待该搅拌机温度冷却至100℃时，加入该硬化剂并持续搅拌，直到搅拌机温度为80℃时，停止搅拌而制得该耐燃组合物。

本发明的预浸体的制作方式可依据现有方法进行，例如湿式法、热熔法、热熔涂布转置含浸法等，而本发明的一具体例是采用热溶涂布转置含浸法，是将制备好的耐燃组合物倒入一热熔融型涂布机(hot-melt coater)的树脂槽中，并在该涂布机上装好离型纸，再设定所欲涂布的单位面积重量(30～100g)及涂布温度(75℃～85℃)，便可将该耐燃组合物涂布在该离型纸上。然后，再将已涂布有耐燃组合物的离型纸以及该补强材安装到一纤维预浸材料含浸机(prepreg machine)上，设定好所有制程温度(三组热压轮温度110～130℃，热板温度90～100℃，冷却板温度15℃以下)、压力(各热压轮压力为5～15kg/cm²)、速率(4～12m/min)及热压轮间的间隙大小(0.16～0.48mm)，便可制得该预浸体。

本发明的预浸体适用于制作各项运输交通工具的内装配件(如座椅、上置物箱等)以及各种建材隔板(如天花板、浴厕室用隔板、茶水厨房室用隔板、驾驶间用隔板等)。较佳地，本发明的预浸体适用于制作车体内装配件。

本发明另提供一种车体内装配件，其是利用上述具耐燃性的预浸体进行层叠而制得。

本发明将就以下实施例来作进一步说明，但是应了解的是，该实施例只为例示说明的用途，而不应被解释为本发明实施的限制。

[实施例]

(化学品)

以下实施例及比较例分别使用下列化学品：

(1)环氧树脂：使用双酚A型环氧树脂(Epikote 1001及Epikote 828)、双酚F型环氧树脂(Epikote 862)及酚醛清漆型环氧树脂(Epikote 154)的组合。

(2)无机耐燃剂：使用聚磷酸铵(S-20)。

(3)热塑性树脂：使用PKHH及

(4)硬化剂：使用DDS。

(5)补强材：实施例1～4及比较例1是使用碳纤维(Toho Tenax HTS-12K，由日本Toray公司所制造)，此碳纤维的拉伸强度为4300MPa、拉伸模数为238GPa、伸长率(elongation)为2.1％及密度为1.8g/cm³。实施例5是使用碳纤维3K平织编织布(Toray CO6343，，由日本Toray公司所制造)，此碳纤维编织布是由T300-3K纤维编织的，其拉伸强度为3530MPa、拉伸模数为230GPa、伸长率为1.5％及密度为1.76g/cm³。

(实施例1～5及比较例1的共同制法)

1.耐燃组合物(比较例1为树脂组合物)的制备：

分别依据下表1的含量比例及各组份材料种类，将环氧树脂、无机耐燃剂及热塑性树脂放入一可升温加热的搅拌机中，并将温度设定在150℃，当搅拌机温度到达100℃开始启动搅拌，并继续搅拌至温度达150℃，然后在150℃下持续搅拌4小时以上，直至上述所有组份完全呈现熔融状态，再将其放置冷却，待该搅拌机温度冷却至100℃时，加入该硬化剂并持续搅拌，直到搅拌机温度为80℃时，停止搅拌而制得该实施例1至5及比较例1的耐燃组合物。

2.预浸体的制作：

将上述制备好的耐燃组合物倒入一热熔融型涂布机(hot-melt coater)的树脂槽中，并在该涂布机上装好离型纸，再设定碳纤维的单位面积重量(实施例1～4及比较例1为150g/cm²，实施例5为119g/cm²)、耐燃组合物的单位面积重量比例(实施例1～4及比较例1为37wt％，实施例5为50wt％)、预浸体的单位面积重量(实施例1～4及比较例1为238g/cm²，实施例5为400g/cm²)及涂布温度为80℃，便可将该耐燃组合物涂布在该离型纸上。然后，再将已涂布有耐燃组合物的离型纸以及该补强材安装到一纤维预浸材料含浸机(prepreg machine)上，设定好所有制程温度(三组热压轮温度110～130℃，热板温度90～100℃，冷却板温度15℃以下)、压力(各热压轮压力为5～15kg/cm²)、速率(4～12m/min)及热压轮间的间隙大小(0.16～0.48mm)，便可制得该预浸体。

表1

(测试)以下实施例1～5及比较例1分别进行下列测试，测试结果如表2所示：

1.耐燃组合物(或树脂组合物)：

1-1.环氧当量值：利用以下公式计算：环氧当量＝(各种环氧树脂的总重量)/(各种环氧树脂的总环氧摩尔数)

1-2.玻璃转移温度(Tg)值：利用一示差扫描热分析仪(differential scanningcalorimetry，DSC)进行测试。

2.预浸体：

2-1.表面粘性：利用一滚柱法测试器(台湾明安国际企业股份有限公司制造)进行测试。

2-2.操作性：于所制得的预浸体上截取面积10×10cm²的尺寸作为试片，以任一直角边长2～3cm直接45°角对折粘贴，10秒内脱离属『太硬』，10～30秒脱离属于『稍硬』，30秒以上为『可』。

2-3.拉伸强度(MPa)：依据ASTM D3039方法测试。

2-4.拉伸模数(GPa)：依据ASTM D3039方法测试。

2-5.剪切强度(MPa)：依据ASTM D3518方法测试。

2-6.90°挠曲强度(MPa)：依据ASTM D790方法测试。

2-7.90°挠曲模数(GPa)：依据ASTM D790方法测试。

2-8.0°挠曲强度(MPa)：依据ASTM D790方法测试。

2-9.0°挠曲模数(GPa)：依据ASTM D790方法测试。

2-10.燃烧测试：依据UL94可燃性测试方法进行测试。以V0为最严格，V2为最不严格。

表2

表2的『-』表示未测试。

由表2的结果来看，比较例1虽使用11.3wt％的耐燃剂，但是却无法制得具耐燃性的预浸体，而反观实施例1～5，于组合物中使用12～18wt％的耐燃剂，则可获得符合UL94 V0的具耐燃性的预浸体，证明因于组合物中含有12～18wt％的耐燃剂，所以本发明的预浸体可具有极佳耐燃性。

此外，实施例1～5的耐燃组合物的环氧当量值控制在190～270g/eq，如此使所制得的预浸体皆具备符合业界需求的表面粘性、操作性及各项机械加工性质。

归纳上述，本发明具耐燃性的预浸体借由添加一具有至少12wt％的无机耐燃剂的耐燃组合物，并适当控制该耐燃组合物的环氧当量値，使所制得的预浸体具备极佳耐燃性及维持良好机械加工性质，因此可有利于后续进行层叠并进而制成各项产品。

Claims

1.一种具耐燃性的预浸体，其特征在于其包含：

一补强材，选自于补强纤维或补强织物；及

一耐燃组合物，其环氧当量值是介于190g/eq至270g/eq之间，并具有一环氧树脂、一无机耐燃剂、一热塑性树脂及一硬化剂，其中，以该耐燃组合物的总重为100wt％计算，该无机耐燃剂的含量为12～18wt％。

2.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：以该预浸体的单位面积重量比例为100wt％计算，该补强材的单位面积重量比例范围为50～65wt％，以及该耐燃组合物的单位面积重量比例范围为50～35wt％。

3.如权利要求2所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该补强材的单位面积重量比例范围为60～65wt％，以及该耐燃组合物的单位面积重量比例范围为40～35wt％。

4.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该硬化剂的含量是以该耐燃组合物的总重为100wt％并依据下列公式进行计算：

5.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：以该耐燃组合物的总重为100wt％计算，该耐燃组合物具有35～50wt％的环氧树脂、12～18wt％的无机耐燃剂、14～20wt％的热塑性树脂及20～30wt％的硬化剂。

6.如权利要求5所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该耐燃组合物具有40～50wt％的环氧树脂、14～17wt％的无机耐燃剂、15～18wt％的热塑性树脂及20～25wt％的硬化剂。

7.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该耐燃组合物的环氧当量值是介于200g/eq至230g/eq之间。

8.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该补强材是补强纤维，该补强纤维是选自于碳纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、聚酰胺纤维或它们的一组合。

9.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该环氧树脂是选自于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛清漆型环氧树脂或它们的一组合。

10.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该无机耐燃剂是选自于聚磷酸盐、三氧化二锑、氢氧化铝、氧化镁或它们的一组合。

11.如权利要求10所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该无机耐燃剂是聚磷酸铵。

12.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该热塑性树脂是选自于苯氧基树脂、聚羟基醚树脂、增韧型弹性体改质环氧树脂或它们的一组合。

13.如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体，其特征在于：该硬化剂是4，4-二胺基二苯砜。

14.一种车体内装配件，其特征在于：其是利用一如权利要求1所述的具耐燃性的预浸体进行层叠而制得。