CN110709441B - 使用杂化多元醇制备纤维复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备纤维复合材料的方法,包括:将异氰酸酯组分A和多元醇组分B混合以得到反应混合物,使用该反应混合物浸渍纤维并使所浸渍的纤维固化,其中多元醇组分B含有脂肪基醇(i)和至少一种不为脂肪基醇的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物,所述OH官能化合物(ii)具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4。本发明还涉及一种可通过这种方法获得的纤维复合材料,以及所述纤维复合材料作为桅杆的用途。

Description

使用杂化多元醇制备纤维复合材料的方法
本发明涉及一种制备纤维复合材料的方法,包括:将异氰酸酯组分A和多元醇组分B混合以得到反应混合物,使用该反应混合物浸渍纤维并使所浸渍的纤维固化,其中多元醇组分B包含含有至少一种脂肪基醇(i)和至少一种不为脂肪基醇的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物,所述OH官能化合物(ii)具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4。本发明还涉及一种可通过这种方法获得的复合材料,以及所述纤维复合材料作为桅杆或管的用途。
聚氨酯纤维复合材料是已知的,并且包含例如通过真空灌注、长丝缠绕工艺或拉挤制备的材料。在这些应用中,将纤维材料用聚氨酯反应混合物例如在浸渍浴或浸渍箱中润湿。随后,将所浸渍的纤维材料成型并固化,例如在烘箱中进行。由此获得的纤维复合材料具有相对低的材料重量,以及高硬度和高刚度、高耐腐蚀性和良好的可加工性。聚氨酯纤维复合材料被用作例如汽车制造中的外部车身零件、船体、桅杆,例如用作电线杆(powermast)或电报桅杆(Telegraph mast)、管或风力发电设备的转子叶片。
该方法对基于聚氨酯的树脂要求非常高,因为一旦纤维材料已获得其最终形状,就必须确保快速固化,同时需要较长的反应混合物的开放时间以防止浸渍装置堵塞。所述方法包括在开放浴或封闭浸渍装置中用聚氨酯反应混合物润湿纤维。除了长的开放时间外,纤维的最佳润湿还要求反应混合物具有低粘度和良好的纤维相容性。此外,所制备的纤维复合材料应具有非常好的机械性能,例如高弹性模量、高弯曲强度、高拉伸强度和高玻璃化转变温度。
用于制备纤维复合材料的已知聚氨酯体系记载在例如WO03085022和WO00/29459中。
还记载了制备基于杂化(hybird)多元醇的聚氨酯粘合剂。因此,WO 2014/206779记载了通过使异氰酸酯与包含杂化多元醇的多元醇组分反应获得的聚氨酯粘合剂的制备。这种杂化多元醇通过蓖麻油、双酚A和糖的混合物的烷氧基化制备。WO 2014/206779记载了与由通过单个组分的烷氧基化而获得的多元醇组成的多元醇混合物制备的聚氨酯粘合剂相比,由此获得的聚氨酯粘合剂表现出改善的机械性能。然而,这些杂化多元醇的粘度为约2000至8000mPas,这不允许纤维材料快速且完全润湿,因此妨碍了在纤维复合材料的制备中使用这些杂化多元醇。
因此,本发明的目的是提供一种基于聚氨酯反应混合物制备纤维复合材料的方法,其中聚氨酯反应混合物具有长开放时间和低粘度,使纤维材料可被最佳地浸渍,同时还可快速固化成具有优异机械性能的纤维复合材料。
出人意料地已发现,该目的通过一种制备纤维复合材料的方法实现,该方法包括:将异氰酸酯组分A和多元醇组分B混合以得到反应混合物,使用该反应混合物浸渍纤维并使所浸渍的纤维固化,其中多元醇组分B包含含有至少一种脂肪基醇(i)和至少一种不为脂肪基醇的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物,所述OH官能化合物(ii)具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4。
在本发明的上下文中,OH官能度应理解为意指每分子中醇OH基团、可酰基化OH基团的数目。如果具体组分由具有确定的分子结构的化合物构成,则官能度通过每分子的OH基团的数目给出。如果一种化合物可通过起始剂分子的乙氧基化或丙氧基化制备,则OH官能度通过每起始剂分子的反应性官能团(例如OH基团)的数目给出。
多异氰酸酯组分A包含至少一种二异氰酸酯或多异氰酸酯。这些包括已知用于制备聚氨酯的所有脂族、脂环族和/或芳族的二价或多价异氰酸酯及其任何所需的混合物。实例为4,4'-甲烷二苯基二异氰酸酯、2,4'-甲烷二苯基二异氰酸酯、单体的甲烷二苯基二异氰酸酯与甲烷二苯基二异氰酸酯的高级核同系物(多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯)的混合物、四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、六亚甲基二异氰酸酯与六亚甲基二异氰酸酯的高级核同系物(多核的HDI)的混合物、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,4-或2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI),或上述异氰酸酯的混合物。优选甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),尤其是二苯基甲烷二异氰酸酯与多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物。这些混合物也称为聚合的MDI。异氰酸酯还可例如通过引入缩脲二酮(uretdione)基团、氨基甲酸酯基团、异氰脲酸酯基团、碳化二亚胺基团、脲基甲酸酯基团且特别是氨基甲酸酯基团来改性。
还可用作二异氰酸酯和多异氰酸酯的是含异氰酸酯的异氰酸酯预聚物。这些多异氰酸酯预聚物可通过下述过程获得:在30℃至100℃、优选约80℃的温度下,使上述二异氰酸酯和多异氰酸酯与多元醇反应,得到预聚物。优选制备本发明的预聚物时包括使用4,4’-MDI以及脲酮亚胺改性的MDI和市售可得的基于聚酯(例如衍生自己二酸)的多元醇或基于聚醚(例如衍生自环氧乙烷和/或环氧丙烷)的多元醇。
可用于制备异氰酸酯预聚物的多元醇是本领域技术人员已知的那些,并且记载在例如“Kunststoffhandbuch,Band 7,Polyurethane”[Plastics Handbook,第7卷,Polyurethanes],Carl Hanser Verlag,第3版1993,第3.1章中。优选使用还记载在多元醇组分B中的多元醇作为制备异氰酸酯预聚物的多元醇。特别地,在多异氰酸酯组分A中不使用多异氰酸酯预聚物。
特别优选用作二异氰酸酯和多异氰酸酯的是二苯基甲烷二异氰酸酯和多亚苯基多亚甲基多异氰酸酯的混合物。
多元醇组分B包含脂肪基醇(i)和具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物。优选地,烷氧基化通过使用亲核催化剂和/或碱性催化剂,使包含至少一种脂肪基醇(i)和至少一种具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的混合物与至少一种环氧烷烃反应来进行。优选地,首先将组分(i)和(ii)的混合物装入反应容器中,然后再加入环氧烷烃。可使用的环氧烷烃包括例如1,2-环氧丁烷、环氧丙烷或环氧乙烷。环氧烷烃优选包含环氧丙烷,且特别优选由环氧丙烷组成。
碱性催化剂和/或亲核催化剂可选自碱金属氢氧化物或碱土金属氢氧化物、碱金属醇盐或碱土金属醇盐、叔胺、N-杂环卡宾。
优选碱性催化剂和/或亲核催化剂选自叔胺。
特别优选碱性催化剂和/或亲核催化剂选自咪唑和咪唑衍生物,非常特别优选咪唑。
在另一个优选的实施方案中,碱性催化剂和/或亲核催化剂选自N-杂环卡宾,特别优选选自基于N-烷基-取代的和N-芳基取代的咪唑亚基(Imidazolylidene)。
在一个优选的实施方案中,碱性催化剂和/或亲核催化剂选自三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、N,N’-二甲基乙醇胺、N,N’-二甲基环己胺、二甲基乙胺、二甲基丁胺、N,N’-二甲基苯胺、4-二甲基氨基吡啶、N,N'-二甲基苄胺、吡啶、咪唑、N-甲基咪唑、2-甲基咪唑、1,2-二甲基咪唑、N-(3-氨基丙基)咪唑)、4-甲基咪唑、5-甲基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、2,4-二甲基咪唑、1-羟丙基咪唑、2,4,5-三甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、N-苯基咪唑、2-苯基咪唑、4-苯基咪唑、胍、烷基化胍、1,1,3,3-四甲基胍、哌嗪、烷基化哌嗪、哌啶、烷基化哌啶、7-甲基-1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯、1,5-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯,优选咪唑和二甲基乙醇胺(DMEOA)。
所述催化剂可单独使用或以任何所需的彼此的混合物形式使用。
与环氧烷烃的反应通常在80℃至200℃、优选100℃至160℃、特别优选110℃至140℃的温度下进行。
当叔胺和/或N-杂环卡宾用作与环氧烷烃反应的催化剂时,催化剂浓度为50至5000ppm,优选100至1000ppm,基于化合物(i)和(ii)的质量计,并且在反应后无需从反应产物中除去催化剂。
优选地,适合作为脂肪基醇(i)的为羟值大于100至小于500mg KOH/g、特别优选100至300mg KOH/g且尤其是100至200mg KOH/g并且OH官能度为至少1的那些。脂肪基醇的OH官能度优选为2至3。脂肪基醇的OH官能度特别优选为2.3至3,且非常特别优选2.6至3。
脂肪基醇(i)可为脂肪、油(即室温下的脂肪液体)、脂肪酸或由上述化合物通过物理或化学改性获得的化合物。在本发明的上下文中,具有多于7个碳原子的脂族单羧酸为脂肪酸。脂肪酸甘油酯称为脂肪/油。根据上述定义的天然脂肪基醇的实例为蓖麻油。
可考虑的脂肪基醇(i)包括例如植物油或其衍生物,只要它们满足关于OH值和OH官能度的上述条件。植物油的成分可不同,并且以各种纯度存在。在本发明的上下文中优选的是满足German Pharmacopeia(Deutsches Arzneibuch,DAB)的规定的植物油。组分a1)非常特别优选包含至少一种为植物油并且符合DAB-10的脂肪基多元醇。
可使用的脂肪基醇(i)还包括众所周知的脂肪酸,优选天然脂肪酸,特别优选植物脂肪酸,尤其是不饱和植物脂肪酸,以及它们的衍生物(例如与醇、优选单醇、二元醇和/或三元醇的酯),只要它们满足关于分子量和OH官能度的其他特性。
还可用作脂肪基醇(i)的是例如开环的环氧化或氧化的脂肪酸化合物。优选可通过上述方法获得的羟基化脂肪酸和/或羟基化脂肪酸衍生物,其中特别优选蓖麻油或蓖麻油酸的衍生物作为脂肪基醇。这样的脂肪基醇本身是本领域技术人员已知的,或可通过本身已知的方法获得。
蓖麻油为可再生原料,是从蓖麻子豆植物的种子中获得的。蓖麻油实质上是脂肪酸混合物的甘油三酸酯,所述脂肪酸混合物包含基于脂肪酸混合物的总重量计>75重量%的蓖麻油酸、3至10重量%的油酸、2至6重量%的亚油酸、1至4重量%的硬脂酸、0至2重量%的棕榈酸和任选少量的、即各自少于1重量%的其他脂肪酸(例如亚麻酸、异油酸、花生酸和二十烯酸)。或者,一部分蓖麻油也可被蓖麻油酸取代。蓖麻油酸的比例优选不超过40重量%,特别优选20重量%,更优选10重量%且特别是5重量%,各自基于组分(i)的总重量计。组分(i)在待烷氧基化的混合物的总重量中的比例优选为10至90重量%,更优选20至80重量%,特别优选30至70重量%且特别是40至60重量%,各自基于组分(i)和(ii)的总重量计。
可考虑的具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)包括含有2、3或4个OH基团且不落在脂肪基醇(i)的定义下的化合物。这些化合物(ii)优选不具有任何芳族基团。实例包括水、丙二醇、乙二醇、二乙二醇、二丙二醇、新戊二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、己二醇、戊二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、1,12-十二烷二醇、丙三醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、1,2,4-或1,3,5-三羟基环己烷,以及此类化合物与环氧烷烃(如环氧丙烷或环氧乙烷)的反应产物,及其混合物。
组分(ii)还可包含含有OH的酯和/或聚酯。酯和聚酯优选由具有2至12个碳原子的有机二羧酸、优选具有4至6个碳原子的脂族二羧酸和具有2至12个碳原子、优选2至6个碳原子的多元醇、优选二醇获得。可考虑的二羧酸包括例如:丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、癸烷二羧酸、马来酸、富马酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸和对苯二甲酸。二羧酸可单独使用或以彼此的混合物形式使用。代替游离二羧酸,还可使用相应的二羧酸衍生物,例如具有1至4个碳原子的醇的二羧酸酯,或二羧酸酐。优选使用丁二酸、戊二酸、己二酸且尤其是己二酸的二羧酸混合物。二元醇和多元醇、尤其是二醇的实例为例如乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇和1,3-丙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,10-癸二醇、丙三醇和三羟甲基丙烷。优选使用乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇和1,6-己二醇。还可使用衍生自内酯(例如ε-己内酯)或羟基羧酸(例如ω-羟基己酸)的聚酯多元醇。酯/聚酯的制备以已知方式进行。
组分(ii)的OH值优选为至少50mg KOH/g,特别优选至少200mg KOH/g,且特别是至少600mg KOH/g。特别优选用作脂族多元醇(ii)的化合物具有3个OH基团。组分(ii)的化合物的特别优选的实例为丙三醇、三羟甲基丙烷或季戊四醇,特别是丙三醇或三羟甲基丙烷。脂肪基醇(i)不被视为组分(ii)的化合物。
组分(ii)在待烷氧基化的混合物的总重量中的比例优选为10至90重量%,更优选20至80重量%,特别优选30至70重量%且特别是40至60重量%,各自基于组分(i)和(ii)的总重量计。
组分(i)和(ii)的混合物的烷氧基化通常使用相应量的环氧烷烃进行,直至OH值确定为300至600mg KOH/g、优选400至550mg KOH/g。这包括这样确定OH值,即使所得的烷氧基化产物在23℃下的粘度优选小于1500mPas,特别优选600至1200mPas且尤其是600至1000mPas(DIN 53019)。
除蓖麻油外,还可存在其他的脂肪酸的甘油三酸酯,例如鱼油、牛脂(tallow)、大豆油、菜籽油、橄榄油、向日葵油、棕榈仁油及其混合物。
优选待烷氧基化的混合物不仅包含化合物(i)和(ii),而且还包含小于10重量%、特别优选小于5重量%且特别是小于3重量%的含有异氰酸酯反应性基团、特别是OH基团的有机化合物,各自基于化合物(i)和(ii)的总重量计,所述有机化合物不落在组分(i)和(ii)的定义下。非常特别优选使用小于3重量%且特别是0重量%的芳族二醇或芳族多元醇。芳族二醇和芳族多元醇为含有至少一个芳族基团的包含至少2个OH基团的化合物。
除本发明的烷氧基化产物外,多元醇组分B可包含其他多元醇。这些包括聚醚醇和/或聚酯醇。聚醚醇和聚酯醇是已知的,并且记载在例如“Kunststoffhandbuch,Band 7,Polyurethane”,Carl Hanser Verlag,第3版,1993,第3.1章中。在一个优选的实施方案中,组分(i)和(ii)的烷氧基化产物的比例为至少20重量%,更优选为至少40重量%,特别优选至少80重量%且特别是至少90重量%,基于多元醇组分B中具有异氰酸酯反应性基团的所有有机化合物的总重量计。
本发明的多元醇组分B还可包含常规的添加剂,例如溶剂、增塑剂、填料(如炭黑、白垩和滑石)、粘合促进剂、特别是硅化合物(如三烷氧基硅烷)、触变剂(如无定形二氧化硅)和干燥剂(如沸石)。
在制备本发明的纤维复合材料中,在第一步中,将异氰酸酯组分A和多元醇组分B混合以得到反应混合物。所述混合优选在异氰酸酯指数为80至200、特别优选90至150、更优选95至120且特别是98至110下进行。在本发明的上下文中,异氰酸酯指数应理解为意指异氰酸酯基团与异氰酸酯反应性基团的化学计量比乘以100。混合可使用搅拌器或搅拌螺杆或在高压下以已知的逆流注入方法机械地进行。在本发明的上下文中,反应混合物应理解为意指基于异氰酸酯基团计反应转化率小于90%的异氰酸酯组分A和多元醇组分B的混合物。
在另一步骤中,使用反应混合物将纤维浸渍,即,将反应混合物施加到纤维上/将纤维用反应混合物浸透。这优选在小于80℃、特别优选10℃至60℃、特别是15℃至40℃的温度下通过已知的浸渍方法,例如在开放浸渍浴(US2433965、US4267007、US2006177591)或封闭浸渍浴(US5747075)中进行。
优选使用的纤维包括玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、天然纤维(如纤维素纤维)、芳族聚酰胺纤维、尼龙纤维、玄武岩纤维、硼纤维、zylon纤维(聚(对-亚苯基-2,6-苯并二噁唑)、碳化硅纤维、石棉纤维、金属纤维及其组合,优选使用玻璃纤维和/或碳纤维。优选纤维材料选自长度为几米至几千米且通常从卷轴上退绕的所谓的“无端纤维(endlessfiber)”。所述纤维还可为玻璃纤维粗纱或玻璃纤维毡的形式。随后,将使用反应混合物润湿的纤维材料制成所需的形状并固化。例如在拉挤工艺中,这可通过将纤维束引入加热的模具中来进行。优选成型工艺通过将浸渍有反应混合物的纤维材料缠绕到成型制品(例如卷轴)上来进行。在所谓的长丝缠绕工艺中,缠绕通过在张力下将润湿的纤维以不同角度缠绕到卷轴上来进行。随后,将纤维复合材料例如在例如100℃至250℃、优选120℃至200℃的高温下固化。
本发明还涉及一种可通过本发明的方法获得的纤维复合材料。本发明的纤维复合材料可用作例如汽车制造中的外部车身零件、船体、桅杆,例如用作电线杆或电报桅杆、管或风力发电设备的转子叶片。
本发明方法的一个优点在于,组分(i)和(ii)的烷氧基化产物可反应以生成均质反应产物化合物,其具有非常大的极性差异并且因此彼此以纯的形式不相容。与环氧烷烃的反应使相互不相容的分子相容,因此得到包含聚醚单元和聚酯单元的均质反应产物。在碱催化的烷氧基化中,这被认为归因于酯交换反应,在该方法中除开环聚合外,所述反应还确保了带有酯基的分子链与带有醚基的分子链的均匀分布同时进行。这不仅使聚氨酯树脂在加工过程中具有优异的性能,例如纤维材料的长开放时间和良好的润湿性,而且使纤维复合材料本身具有优异的机械性能。
下面将参考实施例来说明本发明。
使用的原材料:
多元醇1:基于丙三醇作为起始剂分子和环氧丙烷的聚醚醇,其羟值为805mg KOH/g且在25℃下的粘度为1275mPas
多元醇2:丙氧基化的蓖麻油,其羟值为136mg KOH/g且在25℃下的粘度为852mPas
多元醇3:根据多元醇合成实施例1的丙氧基化产物,其羟值为483mg KOH/g且在23℃下的粘度为775mPas
异氰酸酯1:聚合的MDI,其官能度为约2.7且NCO含量为31.5重量%,可从BASF SE以商品名
Figure BDA0002298617270000081
M20获得
除水剂:分散在蓖麻油中(50重量%)的共沸除水剂
消泡剂:基于有机硅的消泡剂。
多元醇合成实施例1
多元醇合成实施例1(合成1):
首先,在25℃下,将94kg丙三醇、0.040kg咪唑水溶液(50重量%)和118.0kg蓖麻油(FSG品质)装入600L反应器中。然后将其使用氮气惰性化。将容器加热至150℃,并加入188.0kg环氧丙烷。在10h的反应时间之后,将反应器在100℃下在完全真空下抽真空40分钟,然后冷却至25℃。获得392.0kg产物。
所得聚醚酯具有以下特征:
OH值:483mg KOH/g
粘度(25℃):775mPas
酸值:0.03mg KOH/g
含水量:0.03重量%
根据表1,通过将所述多元醇与除水剂和消泡剂混合,制备具有相同羟值的多元醇。将这些多元醇与异氰酸酯1以异氰酸酯指数为120进行混合以得到反应混合物,将这些反应混合物注塑成尺寸为200×300×2mm的聚氨酯测试片材。已发现,对于相同的OH值,使用杂化多元醇显著改善了测试片材的硬度、弯曲强度、弯曲弹性模量、拉伸强度和拉伸弹性模量。当使用杂化多元醇时,反应混合物的开放时间也从21.5分钟约翻倍至40分钟。
表1
Figure BDA0002298617270000101

Claims (16)

1.一种制备纤维复合材料的方法,其包括:将异氰酸酯组分A和多元醇组分B混合以得到反应混合物,使用该反应混合物浸渍纤维并使所浸渍的纤维固化,其中多元醇组分B包含含有至少一种脂肪基醇(i)和至少一种不为脂肪基醇的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物,所述OH官能化合物(ii)具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4;
其中脂肪基醇(i)和至少一种具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物的粘度小于1500mPa·s,其根据DIN 53019且在温度23℃下测量;并且
其中脂肪基醇(i)为脂肪、油、脂肪酸,或由上述化合物通过物理或化学改性获得的化合物。
2.根据权利要求1所述的方法,其中烷氧基化使用亲核催化剂和/或碱性催化剂以及至少一种环氧烷烃进行,以制备包含至少一种脂肪基醇(i)和至少一种不为脂肪基醇的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物,其中所述OH官能化合物(ii)具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中脂肪基醇(i)包含蓖麻油。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中环氧烷烃包含环氧丙烷。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中OH官能化合物(ii)含有3个OH基团。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中OH官能化合物(ii)为丙三醇和/或三羟甲基丙烷。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中脂肪基醇(i)和至少一种具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物的OH值为300至600mgKOH/g。
8.根据权利要求1所述的方法,其中脂肪基醇(i)和至少一种具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物的粘度小于1200mPa·s,其根据DIN 53019且在温度23℃下测量。
9.根据权利要求8所述的方法,其中脂肪基醇(i)和至少一种具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的混合物的烷氧基化产物的粘度为600至1000mPa·s,其根据DIN 53019且在温度23℃下测量。
10.根据权利要求1或2所述的方法,其中脂肪基醇(i)的比例为10至90重量%,具有脂族键合的OH基团且OH官能度为2至4的OH官能化合物(ii)的比例为90至10重量%,各自基于组分(i)和(ii)的总重量计。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其中所用的纤维为玻璃纤维或碳纤维的无端纤维。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其中纤维材料的比例为30至90重量%,基于纤维复合材料的总重量计。
13.根据权利要求1或2所述的方法,其中异氰酸酯组分A包含单体二苯基甲烷二异氰酸酯和更高级核的二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物。
14.根据权利要求1或2所述的方法,其中将浸渍的纤维在固化之前缠绕起来。
15.一种通过根据权利要求1至14中任一项所述的方法获得的纤维复合材料。
16.根据权利要求15的纤维复合材料作为桅杆或管的用途。
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Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19812174A1 (de) * 1998-03-19 1999-09-23 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Polyesterpolyolen
CN1326476A (zh) * 1998-11-16 2001-12-12 亨茨曼国际有限公司 聚异氰脲酸酯组合物及复合材料
CN1814668A (zh) * 2004-12-17 2006-08-09 拜尔材料科学股份公司 填充或未填充聚氨酯塑料模塑制品及其用途
CN101903433A (zh) * 2007-12-20 2010-12-01 汉高两合股份公司 用于粘合纤维模制件的双组份聚氨酯粘合剂
CN102037041A (zh) * 2008-05-23 2011-04-27 路博润高级材料公司 纤维增强的tpu复合材料
CN102059833A (zh) * 2010-10-27 2011-05-18 航天材料及工艺研究所 组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材及生产方法设备
CN102675856A (zh) * 2012-05-17 2012-09-19 镇江育达复合材料有限公司 用高压树脂传递模塑工艺快速成型的聚氨酯基碳纤维复合材料
CN103459475A (zh) * 2011-02-04 2013-12-18 陶氏环球技术有限责任公司 纤维增强的聚氨酯复合材料板材
CN103589137A (zh) * 2013-11-19 2014-02-19 大连天禄新材料有限公司 一种基于hp-rtm工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材
CN103619895A (zh) * 2011-05-30 2014-03-05 拜耳知识产权有限责任公司 纤维复合材料构件及其制备方法
CN103687886A (zh) * 2011-06-29 2014-03-26 陶氏环球技术有限责任公司 阻燃组合物,包括该阻燃组合物的纤维增强的聚氨酯复合材料及其用途
CN104144961A (zh) * 2012-03-01 2014-11-12 巴斯夫欧洲公司 硬质聚氨酯泡沫
CN105473680A (zh) * 2013-06-25 2016-04-06 巴斯夫欧洲公司 疏水性聚氨酯粘合剂
CN106700015A (zh) * 2015-11-18 2017-05-24 万华化学集团股份有限公司 一种聚氨酯树脂体系及其用于制备拉挤成型纤维复合材料的方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2433965A (en) 1940-08-23 1948-01-06 Upson Co Process and apparatus for making laminated board
US4267007A (en) 1979-03-19 1981-05-12 Kellogg Charles W Winding apparatus for the manufacture of filament-wound, reinforced resinous products
US5747075A (en) 1995-06-07 1998-05-05 Owens-Corning Fiberglas Technology Inc. Apparatus for resin ipregnated pultrusion
AU2003220550A1 (en) * 2002-03-29 2003-10-20 Huntsman International Llc Process for filament winding
US7413623B2 (en) 2005-02-04 2008-08-19 Rse Industries, Inc. Apparatus for resin-impregnation of fibers for filament winding
US9284401B2 (en) * 2006-11-13 2016-03-15 Bayer Materialscience Llc Process for the preparation of polyether-ester polyols

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19812174A1 (de) * 1998-03-19 1999-09-23 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Polyesterpolyolen
CN1326476A (zh) * 1998-11-16 2001-12-12 亨茨曼国际有限公司 聚异氰脲酸酯组合物及复合材料
CN1814668A (zh) * 2004-12-17 2006-08-09 拜尔材料科学股份公司 填充或未填充聚氨酯塑料模塑制品及其用途
CN101903433A (zh) * 2007-12-20 2010-12-01 汉高两合股份公司 用于粘合纤维模制件的双组份聚氨酯粘合剂
CN102037041A (zh) * 2008-05-23 2011-04-27 路博润高级材料公司 纤维增强的tpu复合材料
CN102059833A (zh) * 2010-10-27 2011-05-18 航天材料及工艺研究所 组合纤维增强水发泡聚氨酯硬泡复合板材及生产方法设备
CN103459475A (zh) * 2011-02-04 2013-12-18 陶氏环球技术有限责任公司 纤维增强的聚氨酯复合材料板材
CN103619895A (zh) * 2011-05-30 2014-03-05 拜耳知识产权有限责任公司 纤维复合材料构件及其制备方法
CN103687886A (zh) * 2011-06-29 2014-03-26 陶氏环球技术有限责任公司 阻燃组合物,包括该阻燃组合物的纤维增强的聚氨酯复合材料及其用途
CN104144961A (zh) * 2012-03-01 2014-11-12 巴斯夫欧洲公司 硬质聚氨酯泡沫
CN102675856A (zh) * 2012-05-17 2012-09-19 镇江育达复合材料有限公司 用高压树脂传递模塑工艺快速成型的聚氨酯基碳纤维复合材料
CN105473680A (zh) * 2013-06-25 2016-04-06 巴斯夫欧洲公司 疏水性聚氨酯粘合剂
CN103589137A (zh) * 2013-11-19 2014-02-19 大连天禄新材料有限公司 一种基于hp-rtm工艺快速成型的聚氨酯麻纤维复合板材
CN106700015A (zh) * 2015-11-18 2017-05-24 万华化学集团股份有限公司 一种聚氨酯树脂体系及其用于制备拉挤成型纤维复合材料的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"纤维增强聚氨酯密封结构强度分析";史鸿屿等;《黑龙江科学》;20101231;第52-54页 *

Also Published As

Publication number Publication date
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