專利名稱：拉擠部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及使用拉擠成型工藝制造纖維增強(qiáng)復(fù)合部件的方法和 系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及使用聚氨酯樹脂基體的復(fù)合部件。
背景技術(shù)：
在拉擠成型工藝中形成的纖維增強(qiáng)復(fù)合結(jié)構(gòu)部件一般包含嵌入在樹 脂基體(例如聚合物，比如不飽和聚酯或環(huán)氧乙烯基酯)中的纖維增強(qiáng)物 (例如玻璃、聚合物或碳纖維)。該纖維增強(qiáng)物一般都包括紗線或絲束(每 一種都包含大量的纖維或長絲)和一種或多種纖維氈片或纖維網(wǎng)幅。
為了制造例如用于門和窗的線狀物(lineals)的復(fù)合結(jié)構(gòu)部件，要牽引 所述絲束穿過液體樹脂前體材料的常壓浴槽(一般是敞口的槽或缸)來將 其涂覆。涂覆后，即將絲束牽引通過固化口模來聚合和凝固樹脂。使用 常壓浴槽來涂覆絲束的一個困難是絲束內(nèi)部的單根纖維或長絲可能不能 充分地被樹脂涂覆。例如，絲束的外表面可能涂有樹脂，而該絲束里面 的長絲或纖維可能僅部分被涂覆。
因為復(fù)合結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度主要依賴于樹脂基體和纖維增強(qiáng)物之間的 相互作用，所以理想的是完全涂覆盡可能多的單根長絲或纖維。未涂覆 的長絲得不到結(jié)構(gòu)支撐，不能承擔(dān)任何大的壓縮荷載。另外，和長絲摻 混的空隙區(qū)變成了會在負(fù)荷下引發(fā)裂紋的位點，從而降低了所述復(fù)合部 件的剛性和強(qiáng)度。因此，減少存在于制成部件中的部分涂覆長絲、空隙等的數(shù)量是有利的。
有關(guān)常壓浴槽的另一個難點是，其通常包括相對大體積的未固化樹 脂的前體化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)的較大表面積暴露在空氣中。不希望 這些化學(xué)物質(zhì)蒸發(fā)到周圍大氣中，因為設(shè)計用于降低蒸氣蒸發(fā)的緩解系 統(tǒng)可能相對昂貴，并可能妨礙保持產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力所需的許多操作。
用于拉擠復(fù)合部件制造的常規(guī)樹脂(例如聚酯、乙烯基酯、酚醛樹脂
等)的極限強(qiáng)度為約8000 15000psi，彈性模量為約350000-500000。該彈 性模量能很好地與那些增強(qiáng)纖維的彈性模量匹配。當(dāng)給這樣的復(fù)合部件 施加壓力或彎曲載荷時，該載荷會被這些增強(qiáng)纖維以產(chǎn)生相對平衡載荷 和較高極限強(qiáng)度的方式分擔(dān)。然而，這些常規(guī)樹脂體系的斷裂伸長率一 般是約1.5%~3%，其超過了之前纖維的4%-6%的斷裂伸長率。當(dāng)超過樹 脂的斷裂伸長率時，樹脂將會斷裂，留下那些未支撐的纖維。這使得荷 載集中在小百分?jǐn)?shù)的可用纖維上，并超過其極限強(qiáng)度，從而導(dǎo)致在低于 完整纖維增強(qiáng)封裝件最大理論值的荷載下的部件破壞。
用于拉擠復(fù)合部件制造的常規(guī)樹脂在與縱向(即牽引)方向垂直的方 向上強(qiáng)度也較小。因此，該拉擠復(fù)合部件可以使用橫向取向的增強(qiáng)纖維 來給部件提供必要的橫向強(qiáng)度。例如，該增強(qiáng)材料可以同時包含縱向貫 穿拉擠部件的纖維絲束和給部件提供多方向強(qiáng)度的纖維氈片。然而，加 入橫向纖維或纖維氈片不合需要地增加了部件的重量和費用，而且增加 了制造該部件的加工難度。
因此，相比通過常規(guī)樹脂體系所提供的拉擠復(fù)合部件，需要提供一 種改進(jìn)的樹脂體系來給拉擠復(fù)合部件提供增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。還需要一種 不使用橫向增強(qiáng)纖維就具有足夠橫向強(qiáng)度來提供抗彎能力的復(fù)合部件， 并允許用螺絲、釘子等來固定該部件。還需要提供一種在拉擠成型工藝 中使用聚合材料涂覆增強(qiáng)材料的改進(jìn)系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個示例實施方案涉及拉擠復(fù)合部件，該拉伸復(fù)合部件包 括包含熱固性聚氨酯樹脂的基體材料和在樹脂基體內(nèi)部的纖維。所有在 樹脂基體內(nèi)部的纖維是基本上單一方向取向的，該基體材料的斷裂伸長率大于纖維的斷裂伸長率。
本發(fā)明的另一個示例實施方案涉及用于門或窗的線狀物，它包含熱 固性聚氨酯樹脂和在聚氨酯樹脂內(nèi)部用于該線狀物的增強(qiáng)材料。該增強(qiáng) 材料由基本上互相平行取向的纖維絲束組成。該熱固性聚氨酯樹脂的斷 裂伸長率基本上等于或大于該增強(qiáng)材料的斷裂伸長率。
本發(fā)明的另 一個示例實施方案涉及拉擠復(fù)合部件，該拉伸復(fù)合部件 包括包含熱固性聚氨酯樹脂的基體材料和在樹脂基體內(nèi)部的纖維。所有 在樹脂基體內(nèi)部的纖維是基本上單一方向取向的，該基體材料的斷裂伸 長率大于纖維的斷裂伸長率。該基體材料包含選自二苯甲烷二異氰酸酯、 二苯甲烷二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體以及它們組合的異氰酸酯材料。該
基體材料還包含具有至少3官能度和約600-800分子量的第一聚醚多元 醇、具有至少3官能度和約100-300分子量的第二聚醚多元醇、脫模材 料和填料材料。
本發(fā)明的另一個示例實施方案涉及一種制造拉擠復(fù)合部件的方法， 其包括提供熱固性聚氨酯樹脂，提供多根基本上互相平行取向的纖維， 牽引該多根纖維通過該熱固性聚氨酯樹脂來制造具有基本上在單一方向 排列纖維的拉擠部件。該熱固性聚氨酯樹脂的斷裂伸長率大于所述多根 纖維的斷裂伸長率。


圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)拉擠成型工藝制造的普通復(fù)合部件的透視圖。 圖2所示為根據(jù)使用改進(jìn)的樹脂而不需要橫向纖維增強(qiáng)材料的示例
實施方案在拉擠成型工藝中制造的普通復(fù)合部件的透視圖。
圖3所示為根據(jù)示例實施方案的拉擠成型生產(chǎn)線的各部件的示意圖。 圖4所示為根據(jù)示例實施方案用于制造復(fù)合部件中的浸漬口模的透視圖。
圖5所示為圖4的浸漬口模的剖透圖。 圖6所示為圖4的浸漬口模的橫截圖。
圖7所示為根據(jù)示例實施方案在制造復(fù)合部件的方法中各步驟的流 程圖。
具體實施例方式
根據(jù)一個示例實施方案，提供了一種使用改進(jìn)的樹脂體系來制造拉 擠復(fù)合部件的方法和裝置。該復(fù)合部件以用于制造窗、門及類似物中的 線狀物或其它部件的形式提供。根據(jù)其它示例實施方案，可以使用這里 描述的樹脂、體系和方法來制造任何各種其它部件，包括用于掃帯、f產(chǎn) 和其它手用工具的把手；用于侵蝕防護(hù)的打板樁；用于卡車和汽車的框 架構(gòu)件和門增強(qiáng)件；用于水冷卻塔和例如蜂窩式電話塔的構(gòu)造單元的RF 透明結(jié)構(gòu)；混凝土加強(qiáng)筋；公路反光燈；護(hù)欄和柱子；用于石油鉆探平 臺和化工裝置的不導(dǎo)電的和耐腐蝕柵欄；以及任何各種其它產(chǎn)品。
該改進(jìn)的樹脂體系是用來提供具有較高彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度的部 件，從而使部件的制造可以不需要在橫向上(即垂直于縱向或"拉伸"方向 的方向)提供纖維增強(qiáng)材料。相比使用傳統(tǒng)的樹脂體系的常規(guī)復(fù)合部件， 這種部件可以有利地以更低的重量、材料成本和資本成本來制造。與使 用橫向纖維(例如引入部件的纖維網(wǎng)幅或氈片)的常規(guī)拉擠成型工藝相比， 根據(jù)本發(fā)明描述的示例實施方案的復(fù)合部件的制造速度不會因為添加橫 向纖維而減慢，從而僅需較少的機(jī)器在給定時間內(nèi)提供所需數(shù)量。
圖1所示為傳統(tǒng)的普通拉擠復(fù)合部件10，其使用縱向取向纖維(顯示 為在"X"方向取向的纖維24)和橫向取向纖維(顯示為在"Y"方向取向的纖 維18)。橫向纖維18可以提供為例如層12、 14和16，其包括浸漬了樹脂 前體26的纖維氈片。如圖1所示，縱向取向的纖維的層20和22(也浸漬 了樹脂前體26)被設(shè)置在氈片12、 14和16之間或中間。因為如圖1所示 的復(fù)合部件IO使用了傳統(tǒng)樹脂體系(如聚酯、乙烯基酯或酚醛樹脂等)， 所以需要纖維層12、 14和16為部件10提供橫向強(qiáng)度。
圖2是根據(jù)示例實施方案使用提供增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛性的樹脂體系制造的 通用拉擠部件50的透視圖。如圖2所示，部件50沒有使用橫向取向(即 "Y"方向)纖維，而是提供只在基本上平行于縱向(即"X"方向)的方向上取 向的纖維54作為纖維增強(qiáng)物。圖1的橫向纖維18所提供的強(qiáng)度改為由 與常規(guī)樹脂體系相比具有改進(jìn)的機(jī)械性能的樹脂56提供。因此，部件50 可以以相對簡單的方式來制造，而且不需要與使用橫向纖維有關(guān)的附加 費用和困難。根據(jù)一個示例實施方案，相比使用常規(guī)樹脂體系的部件，使用基本 上由在縱向和橫向上同時具有改進(jìn)機(jī)械特性的聚氨酯材料組成的樹脂前 體來制造復(fù)合部件(例如部件50)。通過對使用聚氨酯樹脂體系的拉擠復(fù) 合部件和使用傳統(tǒng)的不飽和聚酯樹脂體系的拉擠復(fù)合部件的實驗數(shù)據(jù)進(jìn) 行匯集及分析發(fā)現(xiàn)，二者具有相同的玻璃增強(qiáng)物含量。用聚氨酯樹脂制
成的部件的縱向彎曲強(qiáng)度是230,000psi，幾乎是用常規(guī)聚酯樹脂體系制成 的類似部件80,000psi縱向彎曲強(qiáng)度的3倍。該聚氨酯部件的縱向斷裂伸 長率是3.2%，與之相比，常規(guī)聚酯部件是1.8%。在橫向上的結(jié)果相似。 用聚氨酯樹脂制成的拉擠部件的橫向彎曲強(qiáng)度約為15,100psi，大于用不 飽和聚酯樹脂制成的部件(4，800psi)的3倍。橫向彎曲斷裂伸長率也稍高 聚氨酯部件是1.4%，與之相比，不飽和聚酯部件是1.2%。
根據(jù)不同的示例實施方案，所用的纖維增強(qiáng)物類型是不同的，并取 決于將使用該部件的特定應(yīng)用的要求。根據(jù)一個示例實施方案，該縱向 纖維可以是玻璃纖維。根據(jù)其它示例實施方案，該纖維可以是聚合物纖 維、碳纖維、或任何其它適合于制造拉擠產(chǎn)品的纖維。
應(yīng)當(dāng)注意到雖然圖2舉例說明了通常具有長方體實心形狀的部件50，
根據(jù)不同的示例實施方案，利用所述樹脂體系和由在這里描述的方法制 造的部件可以具有任何的尺寸、形狀和結(jié)構(gòu)。這些部件的特點在于它們 能用于各種應(yīng)用，包括在窗、門及類似物的線狀物及其它結(jié)構(gòu)件上的應(yīng) 用。另外，可以使用這里描述的樹脂配制物來制造拉擠部件，其具有在 縱向和其它一個或多個基本上不平行于縱向的方向(包括可以在橫向上取 向的纖維)取向的纖維增強(qiáng)物。
根據(jù)一個示例實施方案，該聚氨酯樹脂前體體系包含異氰酸酯、多 元醇或多元醇共混物、以及一般被稱為"脫模劑"的潤滑劑和其它添加劑 的體系。該樹脂體系還可以任選包含一種或多種可用來改進(jìn)所得到部件 的表面、改進(jìn)部件的物理性能、提供改善的加工性或提供其它益處的聚 合物添加劑。另外，該樹脂體系也可包括一種或多種填料，其可以被動 減少整個樹脂體系的成本(如代替較貴的組分)，或主動提供改進(jìn)的物理性 質(zhì)或改進(jìn)的加工性的功能。
可根據(jù)反應(yīng)組分的分?jǐn)?shù)來衡量異氰酸酯組分與多元醇組分的比率。根據(jù)一個示例實施方案，異氰酸酯和多元醇的比率為約80°/。~115%化學(xué) 計量。根據(jù)另一個具體的示例實施方案，異氰酸酯和多元醇的比率為約 卯％~110%化學(xué)計量。根據(jù)一個具體的示例實施方案，異氰酸酯和多元 醇的比率為約95%~105%化學(xué)計量。
提供足夠量的樹脂前體體系的脫模劑，以防樹脂前體體系與口模表 面的粘合，從而給部件產(chǎn)生較光滑的表面，并且減少該部件通過固化口 模所需的力。脫模劑包括被吸引到口模的金屬表面(由于高極性)上并形成 潤滑層的酸性組分。該酸性組分可溶于多元醇混合物；但隨著多元醇的 消耗，它從溶液中沉淀析出，并且被推向凝膠體的表面。這兩種力集中 了表面的脫模劑的酸性組分，相比那些也許具有相同潤滑性但不在表面 濃縮的物質(zhì)而言，其改善了脫模效果。合適的脫模劑體系的商品名包括 可商購于Axel Plastics的Pul-24和可商購于Technick Products的CR-250。
根據(jù)示例實施方案，提供的脫模劑組分的量是樹脂總質(zhì)量的約 0.5%~5%。根據(jù)優(yōu)選的實施方案，提供的脫模劑組分的量是樹脂的約 0.5%~3%。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方案，提供的脫模劑組分的量是樹脂的 約0.5% 2.5%。
提供足夠量的聚合物添加劑，以借助于通過減小樹脂固化時的收縮 來改善成品部件的表面質(zhì)量，使固化樹脂的表面保持與拋光的口模表面 接觸，并保持口模表面的光滑特性。根據(jù)示例實施方案，提供的聚合物 添加劑的量為樹脂總質(zhì)量的約0%~25%。根據(jù)優(yōu)選的實施方案，提供的 聚合物添加劑的量為樹脂總質(zhì)量的約2%~15%。根據(jù)特別優(yōu)選的實施方 案，提供的聚合物添加劑的量為樹脂總質(zhì)量的約4% 10%。
提供足夠量的樹脂前體體系的填料組分，以增加最外面玻璃纖維與 口模表面之間的樹脂層的粘度(從而增強(qiáng)剪切力)，以及與脫模劑的酸性組 分反應(yīng)，以提供最外面玻璃纖維與口模表面之間的大量的潤滑顆粒體。 所述填料組分可包括如高嶺土或碳酸鈣的固體。碳酸鈣可以是未處理過 的，或者是用硬脂酸或油酸改性其表面而處理過的。
根據(jù)一個示例實施方案，提供的該填料組分的量可以是樹脂總質(zhì)量 的約0.5%~20%。根據(jù)優(yōu)選的實施方案，該填料組分的量基本上等于脫模 劑組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。異氰酸酯組分可以是幾種低到中級的二苯甲烷二異氰酸酉旨(MDI)、其 聚合物異構(gòu)體(pMDI)和其共混物中的任何一種。異氰酸酯組分具有的 NCO(N-C-O)或氰酸酯的百分含量為約25%~32%，優(yōu)選為約27%~31.5%， 最優(yōu)選為約31.2%~31.5%。異氰酸酯組分的粘度為約100~500厘泊(cps)， 優(yōu)選為約100 250cps，更優(yōu)選為約200cps。
根據(jù)不同的示例實施方案，可用的異氰酸酯的商品名包括可商購于 Bayer MaterialSdence的Mondur 448、 Mondur 486、 Mondur MR禾口 Mondur MR(Light);可商購于BASF的Lupranate M20S禾口 Lupranate M20SB; 可商購于Dow Chemical Company的Isobind 1088禾n Papi27;可商購于 Huntsman Polyurethanes的Rubinate M。
樹脂前體體系的多元醇組分可包括單一的多元醇，或可以提供為兩 種或多種多元醇的共混物。
根據(jù)一個示例實施方案，提供具有以下性質(zhì)的單一多元醇作為所述 的多元醇組分(a)該多元醇的官能度為3，優(yōu)選所有羥基為伯羥基(即， 容易反應(yīng))；(b)該多元醇為聚酯多元醇或聚醚多元醇，優(yōu)選聚醚多元醇； (c)該多元醇的OH指數(shù)為約500~700mgOH/g，優(yōu)選為約600~700mgOH/g， 最優(yōu)選約675~700mgOH/g; (d)該多元醇的分子量為約200~300，優(yōu)選為 約225~275，最優(yōu)選為約240~250;以及(e)所述多元醇的粘度為低于約 1000cps，優(yōu)選低于卯0cps。適于用作所述多元醇的商品名包括可商購于 Dow Chemical Company的Voranol 230-660 ; 和可商購于Bayer MaterialSdence的Multranol 9138。
根據(jù)另一示例實施方案，提供兩種多元醇的共混物作為所述多元醇 組分。
兩種多元醇共混物中的第一多元醇具有以下性質(zhì)(a)該多元醇的官 能度為三，優(yōu)選所有羥基為伯羥基；(b)該多元醇為聚酯多元醇或聚醚多 元醇，優(yōu)選聚醚多元醇；(c)該多元醇的OH指數(shù)為約200 300mgOH/g， 優(yōu)選為約230~250mgOH/g,最優(yōu)選為約235~240mgOH/g; (d)該多元醇的 分子量為約600 800，優(yōu)選為約650~750,最優(yōu)選約680-720; (e)該多元 醇的粘度為約500cps以下，優(yōu)選為約400cps以下，最優(yōu)選為約240 270 cps。適于用作第一多元醇的多元醇商品名包括可商購于Solvay的CAPA3091;可商購于Carpenter的Carpol GP725;可商購于BASF的Pluracol TP740;和可商購于Dow Chemical Company的Voranol 230-238、 P425禾口
蓖麻油。
兩種多元醇共混物中的第二多元醇具有以下性質(zhì)(a)該多元醇的官
能度為三，優(yōu)選所有羥基為伯羥基；(b)該多元醇為聚酯多元醇或聚醚多
元醇，優(yōu)選聚醚多元醇；(c)該多元醇的OH指數(shù)為約800~1200mgOH/g， 優(yōu)選為約900 1100mgOH/g，最優(yōu)選為約935~1050mgOH/g; (d)該多元醇 的分子量為約100~300,優(yōu)選為約125~200，最優(yōu)選為約150~190; (e)該 多元醇的粘度為低于約2000cps，優(yōu)選低于約1500cps。適合作為第二多 元醇的多元醇商品名包括可商購于BASF的Pluracol 858;和可商購于 Bayer MaterialScience的Multranol 9133。
第一多元醇和第二多元醇的比率使得該共混物的OH指數(shù)為約350~ 700 mgOH /g，優(yōu)選約550 650 mgOH/g，最優(yōu)選約575 625 mgOH/g。
根據(jù)另外的示例實施方案，提供三種多元醇的共混物作為所述多元 醇組分。
三種多元醇的共混物中第一多元醇的含量為所述共混物的約20%~ 50%，優(yōu)選為約25% 35%,最優(yōu)選為約30%，且具有以下性質(zhì)(a)該多 元醇的官能度為三，優(yōu)選所有羥基為伯羥基；(b)該多元醇為聚酯多元醇 或聚醚多元醇，優(yōu)選聚醚多元醇；(c)該多元醇的OH指數(shù)為約200~300 mgOH/g，優(yōu)選為約230 250mgOH/g，最優(yōu)選為約235 240mgOH/g; (d) 該多元醇的分子量為約600-800，優(yōu)選為約650-750，最優(yōu)選為約680~ 720; (e)該多元醇的粘度為低于約500cps，優(yōu)選低于約400cps，更優(yōu)選為 約240~270cps。適合用作該第一多元醇的多元醇的商品名包括可商購于 Solvay的CAPA 3091;可商購于Carpenter的Carpol GP725;可商購于 BASF的Pluracol TP740;和可商購于Dow的Voranol 230-238、 P425和 蓖麻油。
三種多元醇共混物中第二多元醇的含量為所述共混物的約20% 40%，優(yōu)選為約25°/。~35%，最優(yōu)選為約30%，且具有以下性質(zhì)(a)該多 元醇的官能度為三，優(yōu)選所有羥基為伯羥基；(b)該多元醇為聚酯多元醇 或聚醚多元醇，優(yōu)選聚醚多元醇；(c)該多元醇的OH指數(shù)為約500~700mgOH/g，優(yōu)選約600~700mgOH/g，最優(yōu)選約675~700mgOH/g; (d)該多 元醇的分子量為約200-300，優(yōu)選為約225~275，最優(yōu)選約240~250; (e) 該多元醇的粘度為低于約1000cps，優(yōu)選低于約900cps。適合用作第二多 元醇的多元醇商品名包括可商購于BASF的Pluracol TP440;可商購于 Dow Chemical Company 的 Voranol 230-238 ; 禾口可商貝勾于Bayer MaterialScience的Multranol 9138。
三種多元醇的共混物中第三多元醇的含量為所述共混物的約20% 50%，優(yōu)選為約30%~45%，最優(yōu)選為約40%，并具有以下性質(zhì)(a)該多 元醇的官能度為三，優(yōu)選所有羥基為伯羥基；(b)該多元醇為聚酯多元醇 或聚醚多元醇，優(yōu)選聚醚多元醇；(c)該多元醇的OH指數(shù)為約800 1200mgOH/g，優(yōu)選為約900~1100mgOH/g，最優(yōu)選為約935~1050mgOH/g; (d)該多元醇的分子量為約100 300，優(yōu)選為約125~200，最優(yōu)選為約150~ 190; (e)該多元醇的粘度為低于約2000cps，優(yōu)選低于約1500cps。適合用 作第三多元醇的多元醇商品名包括可商購于BASF的Plumcol 858，和可 商購于Bayer MaterialScience的Multmnol 9133。
三種多元醇的共混物中第一多元醇、第二多元醇與第三多元醇的百 分?jǐn)?shù)使得所述混合物的OH指數(shù)為約350 750mgOH/g,優(yōu)選為約625 725 mgOH/g，最優(yōu)選為約650~700mgOH/g。
如果體系包括聚合添加劑，則其在體系內(nèi)部僅起物理功能。取決于 系統(tǒng)需求，其可以通過抑制熱固性聚合物在聚合時普遍的輕微收縮傾向 來增強(qiáng)部件的機(jī)械性能或熱性能，或可以改進(jìn)部件表面。根據(jù)一個示例 實施方案，聚合添加劑僅僅起減少收縮的作用，并可以稱它為"低收縮添 加劑"。這個功能得自于添加劑的熱膨脹系數(shù)，其在熱固性聚合物體系聚 合過程中的合適時間引起體積的增加。可接受的低收縮添加劑的例子包 括聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸共聚物、甲基丙烯酸樹脂、聚乙酸乙烯酯和 封端PPO。
為制備樹脂，通常優(yōu)選將除異氰酸酯組分外的所有組分在使用前共 混在一起。因為異氰酸酯組分是高反應(yīng)活性的，它通常直到臨使用前才 和其它組分接觸。根據(jù)一個示例實施方案，異氰酸酯組分在用于拉擠成 型工藝前少于5分鐘時被加入多元醇-添加劑混合物。根據(jù)一個具體的示例實施方案，異氰酸酯組分在使用前少于1分鐘時被加入多元醇-添加劑 混合物中。根據(jù)示例實施方案，異氰酸酯組分和多元醇-添加劑混合物寸吏 用連續(xù)計量-混合系統(tǒng)混合在一起。根據(jù)另一個示例實施方案，異氰酸酯 組分預(yù)先與一種或多種添加劑混合。
當(dāng)異氰酸酯組分和多元醇-添加劑混合物進(jìn)入拉擠成型系統(tǒng)的固tt^口 模時，它們可以是不溶混液體的狀態(tài)。根據(jù)一個具體的示例實施方案， 異氰酸酯組分和多元醇-添加劑混合物是不混溶的，而固化口模的熱量促 進(jìn)該不混溶液體朝溶液的轉(zhuǎn)變。然后它們開始反應(yīng)。隨著反應(yīng)進(jìn)行，異 氰酸酯和多元醇首先形成部分反應(yīng)的高粘性凝膠物。因為異氰酸酯-多元 醇反應(yīng)的性質(zhì)，該凝膠物質(zhì)只存在較短的時間。該反應(yīng)是加成反應(yīng)；因
此分子量首先緩慢增加，但后來變?yōu)闈u進(jìn)式地增加，在接近完成時則是
非常高。結(jié)果是直到反應(yīng)完成多于50%時，反應(yīng)混合物仍保持液體狀態(tài)， 然后迅速變成高度粘性的凝膠狀態(tài)，相比用于拉擠成型的其它樹脂系統(tǒng)， 這只需要很短的時間。
另外，部分酸與碳酸鈣填料反應(yīng)，形成金屬皂，該金屬皂也會遷移 到口模的金屬表面，從而增強(qiáng)金屬表面的潤滑性。在體系混合之前，可 通過預(yù)處理碳酸鈣來補(bǔ)救該反應(yīng)，其增加了體系的穩(wěn)定性，并可增加混 合物的儲存時間而不損失性能。
隨著異氰酸酯和多元醇的反應(yīng)，它們的密度略有增加(例如約0.5%~ 1.0%),從而使體積相匹配地減小。同時，由于口模的加熱和異氰酸酯與 多元醇的反應(yīng)放熱使聚合添加劑的溫度上升，從而導(dǎo)致其體積增加。
這里公開的樹脂前體體系固化后的彈性模量為約350,000-500,000， 優(yōu)選450,000 500，000。與常規(guī)樹脂體系(例如不飽和聚酯或環(huán)氧乙烯基酯) 相反，在這里公開的樹脂體系固化后的斷裂伸長率為約6%~ 15%，優(yōu)選 7.5%~10%。該樹脂體系增大的斷裂伸長率使得制造的拉擠復(fù)合部^(牛中的 樹脂能繼續(xù)支撐載荷下的增強(qiáng)纖維，使得當(dāng)提高外加負(fù)載時有更多的纖 維來分擔(dān)載荷。因為該樹脂的斷裂伸長率大于所有通常使用的纖維(包括 碳、聚合物和玻璃纖維)的斷裂伸長率，而且該樹脂體系的模量足夠有效 分配載荷，可以預(yù)期到在彎曲、受壓、拉伸或扭轉(zhuǎn)載荷下對拉擠結(jié)構(gòu)型 材的破壞將出現(xiàn)在纖維中(而不是發(fā)生在樹脂上)。這導(dǎo)致與用相同纖維含量和常規(guī)樹脂體系例如聚酯、乙烯基酯或酚醛樹脂制成的同樣部件的極 限強(qiáng)度相比，結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度增大2或3倍。對這些樹脂而言，通常的 樹脂破壞模式是樹脂的剪切破壞，這會導(dǎo)致未支撐纖維在負(fù)荷下的縱向
彎曲(buckling)遠(yuǎn)低于纖維的理論承載負(fù)荷容量。
高強(qiáng)度樹脂體系的極限強(qiáng)度的優(yōu)點還能在與主要荷載途徑和與主要 纖維增強(qiáng)物取向方向垂直的方向上帶來益處。因為傳統(tǒng)樹脂的極限強(qiáng)度 的限制，如果不含橫向取向的增強(qiáng)纖維，則用它們制造的結(jié)構(gòu)橫向強(qiáng)度 很低。然而，在拉擠部件中引入橫向纖維將增加結(jié)構(gòu)的重量和成本。如 果用高強(qiáng)度樹脂體系替代，則橫向強(qiáng)度升高。在多數(shù)情況下都完全不需 要橫向增強(qiáng)物。
使用所述改進(jìn)樹脂體系的另一個優(yōu)點是，拉擠部件的結(jié)構(gòu)特點使它 們能承受用于干墻或片狀金屬的緊固件而不開裂，從而可以在所述部件 的組裝和安裝中使用簡單的機(jī)械連接方法。例如可以使用螺絲、釘或類 似物的緊固件來緊固窗和門的制造中所使用的拉擠線狀物，而不存在緊 固位置線狀物開裂的危險。
根據(jù)這里描述的實施方案的樹脂前體體系的流變和固化動力學(xué)特征 使得其能夠以與傳統(tǒng)樹脂體系相當(dāng)或更快的速度運轉(zhuǎn)。橫向增強(qiáng)纖維的 消除也提供了改善的制造拉擠部件的加工速度。例如，傳統(tǒng)的拉擠成型 工藝能夠以約3~5英尺/分鐘的速度操作，而不使用橫向增強(qiáng)纖維的拉擠 成型工藝能夠以約4 10英尺/分鐘的速度操作。
實施例l
根據(jù)一個理論的示例性實施方案，準(zhǔn)備的樹脂前體包括169重量份 的異氰酸酯組分、二組分多元醇的共混物、4.2重量份的脫模劑和4.2重 量份的填料，該二組分多元醇的共混物包括30.3重量份的第一多元醇組 分和60.6重量份的第二多元醇組分。異氰酸酯組分包括BASF Lupranate M20S，第一多元醇包括Carpenter CarpolGP725，第二多元醇包括Bayer Multranol 9133，脫模劑包括Technick Products CR-250,填料包括Huber 的碳酸鈣。實施例2
根據(jù)另一理論的示例實施方案，準(zhǔn)備的樹脂前體包括175重量份的 異氰酸酯組分、三組分多元醇的共混物、4.2重量份的脫模劑和4.2重量 份的填料，該三組分多元醇的共混物包括27.5重量份的第一多元醇組分、 27.5重量份的第二多元醇組分和36.6重量份的第三多元醇組分。異氰酸 酯組分包括Bayer Mondur 486，第一多元醇包括Solvay CAPA 3091 ，第 二多元醇包括Dow Voranol 230-660，第三多元醇包括BASF Pluracol 858， 脫模劑包括Axel Plastics PuI-24，填料包括Huber涂覆過的碳酸鈣。
圖3是根據(jù)示例實施方案的拉擠成型工藝制造復(fù)合部件的系統(tǒng)100 的示意圖。系統(tǒng)100的運行方式將參考圖7進(jìn)行說明，其解釋了根據(jù)示 例實施方案制造復(fù)合部件的工藝或方法200中各步驟的流程圖。
在排列在如筒子架120的固定件上的線軸122上提供纖維紗線或絲 束110形式的增強(qiáng)材料。線軸122排列成使每束絲束110供給到工藝的 下一步驟，且不與其它絲束或筒子架120干擾或纏繞。在以40磅的"落 紗筒"供給玻璃纖維絲束的情況下，落紗筒布置在最末端。筒子架120提 供垂直和水平的方式排列的落紗筒，使得絲束110從落紗筒內(nèi)送出。在 碳纖維、聚合物纖維或其它高強(qiáng)度纖維的情況下，每個線軸122安裝可 以引入可調(diào)旋轉(zhuǎn)阻力的紡錘上。紡錘垂直和水平地排列，以便它們不會 干擾或纏繞。
提供特征沐示出)以保證了供給每束絲束no通過筒子架而避免
干擾。根據(jù)示例實施方案，每束絲束通過筒子架結(jié)構(gòu)上的一系列孔。這 些孔可以拋光或不拋光，或可以引入由減小纖維摩擦和防止纖維磨損的 物質(zhì)制得的鑲嵌件?？自谒鼋Y(jié)構(gòu)中布置成使纖維不互相交叉或彼此接 觸。絲束成排排列在筒子架的出口端，使得出現(xiàn)問題或絲束缺少的位置 對操作者來說顯而易見，并在進(jìn)入所述工藝的下一步驟時方便對準(zhǔn)纖維 絲束。根據(jù)示例實施方案，這些特征的尺寸足以使纖維接頭通過，該接 頭是在一巻纖維用光并需要在不停止生產(chǎn)下進(jìn)行替換時產(chǎn)生的。
在步驟210中(圖7)，每束絲束110通過所示為支撐固定件BO(如成 形卡)的元件或部件中的孔口或孔132供給。支撐固定件130包括多個孔 132，穿過這些孔，絲束110可以與要制造的產(chǎn)品的最終設(shè)計形狀一致的圖案走線。根據(jù)示例實施方案，支撐固定件130是具有約0.5英寸厚度的 塑料板(如聚乙烯、尼龍等)?？?32具有約0.25~0.5英寸的直徑，并被排 列為相鄰孔間距為0.5~1.0英寸。支撐固定件130的一個功能是按照所需 形狀直接將絲束提供給浸漬口模的背板，而沒有下垂或交叉。
根據(jù)示例性實施方案，提供了系統(tǒng)140，其使用兩個容器142、 144 和計量裝置146來計量和供給高強(qiáng)度、雙組分的聚合物樹脂前體(例如前 述的熱固性聚氨酯基樹脂前體)。兩個容器中的一個(如容器142)容納用于 形成樹脂前體的一種反應(yīng)材料和多種加工助劑；另一容器(如容器144)容 納不含任何加工助劑的第二種反應(yīng)材料。兩個容器內(nèi)的化學(xué)物保持分離， 直到剛好在其進(jìn)入拉擠成型系統(tǒng)的浸漬口模中之前，在導(dǎo)入口模中之前 同時將其泵入并混合預(yù)定的時間。
應(yīng)該理解的是，容器142和容器144中所含組分的具體比例依靠于 具體使用的組分而變化。每個容器內(nèi)的化學(xué)物可以根據(jù)另外的示例實施 方案而變化。例如每個容器都可包括反應(yīng)化學(xué)物和加工助劑。根據(jù)另外 的示例實施方案，也可提供不同數(shù)量的容器(如三個容器，每個容器都容 納有反應(yīng)物，或三個容器中的兩個容器可包括反應(yīng)化學(xué)物，而第三容器 可包括加工助劑、顏料、紫外線穩(wěn)定劑等)。
樹脂前體的組分被計量裝置146(如計量泵系統(tǒng))以希望的比例調(diào)酉己。 為在復(fù)合部件的制造中提供改進(jìn)的效率，提供兩個容器142、 144中的化 學(xué)物以使在制造復(fù)合部件過程中可導(dǎo)致反應(yīng)化學(xué)物的完全消耗(即進(jìn)入浸 漬口模的化學(xué)物的流速與化學(xué)物混合的速度匹配)。相比于傳統(tǒng)拉擠成型 工藝，此方法減少了廢料的產(chǎn)生。
在優(yōu)選實施方案中，用泵送系統(tǒng)來調(diào)節(jié)組分比率，并且其在與材料 消耗量相配的速度下運行，所述組分通過可隨意使用的靜態(tài)混合器148 來混合。該混合系統(tǒng)可以在與材料消耗速率相配的連續(xù)速度下運纟亍(即可 以以基本上等同于流體流入浸漬口模速度的速度混合化學(xué)物)，或可間歇
操作來保持流體液面在工藝的后續(xù)步驟中位于最低和最高液位之間。
根據(jù)一個示例實施方案，組分在樹脂前體進(jìn)入浸漬口模第一室前少 于5分鐘時混合。根據(jù)另一示例實施方案，所述組分在樹脂前體在進(jìn)入 浸漬口模的第一室前少于1分鐘時混合。這種方法的一個優(yōu)點是，在制造過程中樹脂前體按需制造，不需儲存額外樹脂前體或提前將其混合。
纖維絲束110和混合過的樹脂前體141(圖6)的每一種被引入所示為 浸漬口模150的裝置中，該浸漬口模構(gòu)建為可使每束纖維絲束內(nèi)的單根 長絲完全涂覆上樹脂，且將具有合適比例的樹脂前體和適合形狀的纖維 的緊密混合的樹脂-纖維體輸送到固化口模的入口。如圖4-6中所示，該 裝置150包括其中具有多個孔口或孔153的背板151，和使用樹脂體系潤 濕纖維絲束110的第一室或區(qū)154和第二室或區(qū)156。在步驟220中(圖 7)，絲束110首先被引入第一室154，接著在步驟230中被引入第二室156 中。涂覆纖維和絲線的裝置150和方法將在下文更詳細(xì)地說明。
以前，增強(qiáng)材料的潤濕被看作單一步驟的操作。為了比傳統(tǒng)的拉擠 成型工藝給纖維絲束110(纖維絲束內(nèi)的單個纖維)提供完全的潤濕，浸漬 口模150將潤濕纖維的過程分為兩個不同的步驟，所述步驟被相同的物 理規(guī)律支配，其在不同的范圍內(nèi)和不同的尺度上進(jìn)行。
將潤濕過程如此分開是因為潤濕工藝動力學(xué)非常不同，必須保持不 同的流動條件，以最大化每個步驟的效率， 一步驟法所需的流動條件不 必與其它所需的條件相同或相似。這兩個潤濕步驟被兩個物理原理支配。 第一，流體流動通過多孔介質(zhì)(如絲束的潤濕)通常由達(dá)西定律描述。第二， 毛細(xì)管作用(如單根長絲或纖維的潤濕)一般由沃什伯恩方程來描述。
達(dá)西定律描述了液體體系通過多孔介質(zhì)的流動。達(dá)西定律能夠用以
下方程式表示
Q=AKAh/L
其中Q為體積流速，A為垂直于L的流體面積，K是水力傳導(dǎo)系數(shù)， △h/L是路徑長度上液壓壓頭的變化。雖然達(dá)西定律可被認(rèn)為通過K術(shù)語 (水力傳導(dǎo)系數(shù))考慮了毛細(xì)管作用，但在實際過程中隨著規(guī)模的變化和涉 及變化的力的相對重要性而必須使用不同的數(shù)值，從而使達(dá)西定律在描 述整個潤濕過程中不太有效。
沃什伯恩方程式描述流體在多孔介質(zhì)的毛細(xì)流動，并考慮了流體和 多孔介質(zhì)間的分子間作用力。其表示為以下等式
L2=yDt/(4rO
其中t是粘度為n和表面張力為y的液體穿透距離L進(jìn)入可充分潤濕的多孔材料的時間，多孔材料的平均孔徑是D。
第一步驟工藝-纖維絲束的外部潤濕-的尺度是達(dá)西定律起主導(dǎo)作用， 而毛細(xì)管作用如有影響也影響很小的范圍。但是第二步驟工藝-每個纖維 絲束內(nèi)單絲的潤濕-的尺度是毛細(xì)管作用變得最重要，或甚至起主導(dǎo)作用
的范圍，即潤濕機(jī)制。
潤濕操作的第一步驟是用液體樹脂前體浸濕纖維紗線或絲束表面的
過程(例如步驟220)。提供第一室154作為常壓"浴槽"，絲束110在分開 足夠距離后進(jìn)入該浴槽，其使得液體樹脂前體141圍繞絲束110自由流: 動。為了互相分開絲束110，絲束穿過包括與每束絲束110對應(yīng)的孔153 的背板151進(jìn)入第一室154。孔153是互相間隔的，以使絲束間的距離足 以讓樹脂前體141無障礙地流過纖維體，以使在第一室中的樹脂前j本141 是無空隙的。每個孔153的直徑比絲束110的直徑大，以容納相對單線 的絲束細(xì)絲通過該孔，并允許當(dāng)一個纖維巻用完后用另一個巻替換時產(chǎn) 生的接頭通過。板的厚度要大于絲束直徑(l英寸或更大的)。要防止樹脂 前體由于絲束110通過孔的逆流運動從第一室154流出。
根據(jù)一個示例實施方案，浴槽處在常壓下。保持足夠高的浴槽液面 以便所有的纖維紗線或絲束能被液體覆蓋足夠的時間，使得樹脂前體141 經(jīng)過并繞所有絲束流動。當(dāng)液體和移動纖維體離開浴槽進(jìn)入第二室156 (圖4)時，通過從連續(xù)或間歇泵送/計量/混合系統(tǒng)(例如體系140)添加樹脂 前體141進(jìn)入第一室154來保持浴槽中的樹脂前體141的液面。
因為在第一室154中浴槽處在常壓下，而且絲束110互相分開適當(dāng) 距離，所以絲束110的外表面可以靠重力的力量無障礙地徹底浸、濕，以 致樹脂無空隙地充滿整個室。在初始浸濕之后，樹脂纖維體包含明顯過 量的樹脂前體(是將最終變成最終部件的樹脂前體的量的多倍)。需要浸濕 每個絲束110表面的時間長度主要地取決于樹脂的粘度，但同時也可能 小程度地依賴于樹脂前體和纖維之間的界面表面張力的相互關(guān)系。
所述工藝的第二步驟(如步驟230)是液體樹脂前體體系滲透到在每根
纖維或長絲之間或周圍的單個纖維絲束內(nèi)的間隙中。潤濕的絲束110進(jìn) 入第二室156，該第二室具有以下構(gòu)造，該構(gòu)造旨在通過產(chǎn)生使液體樹脂 前體穿透進(jìn)入每束纖維絲束110中單根纖維間的間隙所需的條件，使液體樹脂前體能夠穿透進(jìn)入單根纖維絲束110中。
根據(jù)示例實施方案，第二室156包括從入口到出口為錐形或橫截面 積減小的區(qū)域。第二室156出口端的橫截面積和形狀被設(shè)置為接近于固 化口模160入口及其最終部分的橫截面積和形狀。第二室156的錐度(入 口區(qū)與出口區(qū)的比)可以基于多種因素而變化。其中，這些因素可以包J舌 如樹脂前體體系的粘度、樹脂前體體系與纖維增強(qiáng)物的界面表面張力、 和制造產(chǎn)品的開始速度和目標(biāo)制造速度。
盡管單束絲束的直徑為約lmm或更小，單根長絲或纖維卻小得多， 其直徑為約30微米或更小。在這樣的尺寸下，毛細(xì)管作用變?yōu)橛绊憹橿顯 的速度和程度的主要作用機(jī)制，甚至是主導(dǎo)機(jī)制?？梢杂绊懥魅虢z束內(nèi) 的毛細(xì)管作用包括以下因素-
1、 孔隙尺寸(即進(jìn)入絲束的通道的尺寸和形狀)。樹脂前體流入絲束 內(nèi)部孔隙空間在垂直于絲束主軸線的側(cè)向發(fā)生。通道形狀是矩形的，其 沿著絲束的軸線的尺度(dimenskm)是無窮的，而垂直于纖維的尺度等于絲
束內(nèi)部公稱長絲的間隔。
2、 樹脂前體必須經(jīng)行的距離。在纖維絲束基本上是圓柱形的情況下， 因為樹脂前體從整個周邊流向絲束的中心，所以該距離等于纖維絲束的 半徑。
3、 樹脂前體體系的粘度。更高的粘度減小了毛細(xì)管作用的速度。
4、 樹脂前體系統(tǒng)和纖維間的界面表面張力。它是樹脂前體系統(tǒng)對纖 維在原子級上的吸引力的測量尺度。高界面表面張力表明樹脂前體對纖 維的引力較強(qiáng)，毛細(xì)管作用速度更快。
如果由于低界面表面張力或高粘度使得毛細(xì)管作用變慢，同樣支配 絲束表面潤濕的達(dá)西定律因素也適用于模型并影響潤濕。在這種情況下， 流速直接與壓力成比例，而壓力可以通過建造具有錐度的第二室的浸漬 口模而以一定的速度增加，從而發(fā)生壓力累積。錐度比、樹脂前體的粘 度、和纖維移動穿過室的速度支配了壓力累積。
根據(jù)示例實施方案，樹脂前體141的粘度為低于約2000，更希望為 低于約1000。液體與纖維的界面表面張力為大于約0.02N/m,更希望為 0.05N/m以上。在這些數(shù)值下，第一潤濕步驟需要小于約3秒的時間完成，第二潤濕步驟需要小于約10秒的時間完成。在絲束速度為每分鐘60英 寸下，第一室和第二室的長度可以短至約15英寸，第二室所需的錐度l又 需要足夠置換穿過裝置入口而從纖維絲束逃逸出的空氣。
在步驟240(圖7)中，潤濕過的、形成的樹脂纖維體進(jìn)入固化口模160。 樹脂-纖維體通過施加在固化口模160上的熱量而加熱。加熱裝置設(shè)置為 可以在口模的入口和出口處提供不同的熱量和不同的溫度，這取決于所 用樹脂前體體系的流變性能。根據(jù)一個示例實施方案，在利用聚氨酯基 樹脂前體時，固化口模160被加熱到溫度約50~320°C 。
根據(jù)示例實施方案，固化口模160可使用合適的金屬制造，如工具 鋼、鋁或其它金屬。固化口模160可以涂覆抗磨損層，以減少樹脂纖維 體穿過口模時的腐蝕。固化口模160的入口可以構(gòu)置為具有錐形入口， 其提供給纖維體以額外的壓縮壓力，以保證樹脂的浸漬。固化口模160 的出口可以設(shè)置為允許進(jìn)行熱膨脹的出口錐形，如最小化摩擦及由此的 牽引力所需要的。
根據(jù)一個示例實施方案，用排列在口模之上和之下的三個加熱區(qū)中 的電阻加熱器(未示出)加熱固化口模160，在口模的側(cè)面或特別為插入加 熱器而設(shè)置的鉆進(jìn)口模內(nèi)的腔室設(shè)置單個電阻加熱器，以進(jìn)行補(bǔ)充加熱。 在口模的入口和出口提供冷卻系統(tǒng)(如冷卻水系統(tǒng))。冷卻系統(tǒng)旨在阻止?jié)?濕裝置內(nèi)樹脂前體的過早固化，和在部件離開口模時降低其溫度至玻璃 化溫度以下。
根據(jù)一個示例實施方案，樹脂-纖維體以約1~20英寸/分鐘的速度穿 過固化口模。根據(jù)一個示例實施方案，固化口口模的長度為約2 4英寸。 應(yīng)該理解，根據(jù)其它示例實施方案，樹脂-纖維體的移動速度、固化口模 的長度和其它參數(shù)(如固化口模的溫度等)可以變化，并可以依賴于樹脂前 體體系和使用的增強(qiáng)材料的類型，以及希望的制造速度等變化。
離開固化口模160后，在步驟250(圖7)中使固化部件或產(chǎn)品112在
室溫下冷卻，以至能夠達(dá)到進(jìn)行部件裝卸的溫度。根據(jù)一個示例實施方 案，產(chǎn)品112的冷卻以被動冷卻的過程進(jìn)行，其中空氣在約10英尺的距 離內(nèi)在部件周圍循環(huán)。根據(jù)另一示例實施方案，產(chǎn)品在冷卻過程中通過 的距離可以不同(如距離可大于或小于10英尺)。根據(jù)另外的示例實施方案，可以使用強(qiáng)制通風(fēng)或其它冷卻系統(tǒng)來冷卻部件(例如冷水槽等)。
通過拉拔裝置170產(chǎn)生的拉伸力將固化產(chǎn)品112從固化口模160中 取出。該拉拔裝置170可提供為往復(fù)夾持系統(tǒng)或連續(xù)履帶式夾持系統(tǒng)。
在步驟260(圖7)中，使用鋸180或類似裝置將固化產(chǎn)品112切成規(guī) 定長度。該鋸設(shè)置為自動切割固化產(chǎn)品112至規(guī)定的長度，并可以由電 腦或其它裝置控制。根據(jù)示例實施方案，所述鋸由能切割增強(qiáng)塑料部件 的材料制造(如碳化物或金剛石耐磨材料)。
那些查閱本公開內(nèi)容的人可以理解，與傳統(tǒng)潤濕系統(tǒng)相比，本潤濕 纖維和纖維絲束的系統(tǒng)和方法可提供不同的優(yōu)點。例如，根據(jù)示例實施 方案，本方法和系統(tǒng)能夠以高速連續(xù)法制造纖維增強(qiáng)塑料產(chǎn)品，該產(chǎn)品 具有足夠的強(qiáng)度、剛性和環(huán)境耐受性，使得它們更適合作為結(jié)構(gòu)件在如 窗戶、門和商業(yè)、住宅建筑的外墻托板的建筑領(lǐng)域中使用。
重要的是要指出在各個示例實施方案中描述的復(fù)合部件和樹脂體系 僅僅是說明性的。雖然本說明書只詳細(xì)描寫了少數(shù)本發(fā)明的實施方案， 但那些理解了本說明書的本領(lǐng)域技術(shù)人員將輕易地領(lǐng)會在沒有顯著背離 權(quán)利要求書列舉主題的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點的前提下許多修改是可能的。 因此，所有這些修改都被確定為包括在如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明 范圍之內(nèi)。任何工藝或方法步驟的次序或順序都可根據(jù)備選實施方案變 化或再排序。在沒有脫離如所附權(quán)利要求書表示的本發(fā)明范圍的前提下， 在示例實施方案的設(shè)計、操作條件和配置中可以作出其它替代、修改、 變化和省略。
權(quán)利要求
1、 一種拉擠復(fù)合部件，其包含 含有熱固性聚氨酯樹脂的基體材料；和 在樹脂基體內(nèi)部提供的纖維；其中所有在樹脂基體內(nèi)部的纖維是基本上單一方向取向的，而且該 基體材料的斷裂伸長率大于纖維的斷裂伸長率。
2、 權(quán)利要求1的拉擠復(fù)合部件，其中所述基體材料的斷裂伸長率為 約6%~15%。
3、 權(quán)利要求1或2的拉擠復(fù)合部件，其中所述纖維選自以下組中-玻璃纖維、聚合物纖維、碳纖維、及它們的組合。
4、 前述權(quán)利要求之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述基體材料中提供的 纖維是纖維絲束。
5、 前述權(quán)利要求之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述拉擠復(fù)合部件具有 縱軸和橫軸，而且所述纖維基本上平行于該縱軸取向。
6、 權(quán)利要求1的拉擠復(fù)合部件，其中所述熱固性聚氨酯樹脂包含包括選自以下組中材料的異氰酸酯組分二苯甲烷二異氰酸酯、二苯甲垸二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體、及它們的組合；至少一種官能度為3的聚醚多元醇；其量為使異氰酸酯組分和至少 一種多元醇的比率是約80%~115%化學(xué)計量；脫模劑材料；和 '填料材料。
7、 權(quán)利要求6的拉擠復(fù)合部件，其中所述至少一種聚醚多元醇的OH 指數(shù)為約500~700 mgOH/g。
8、 權(quán)利要求6或7的拉擠復(fù)合部件，其中所述至少一種聚醚多元醇 的分子量為約200 300，粘度為低于約l，OOOcps。
9、 權(quán)利要求6-8之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述至少一種聚醚多元 醇包括兩種聚醚多元醇的共混物。
10、 權(quán)利要求9的拉擠復(fù)合部件，其中所述兩種聚醚多元醇的第一 聚醚多元醇的分子量為約600~800，第二聚醚多元醇的分子量為約 100~300。
11、 權(quán)利要求9或10的拉擠復(fù)合部件，其中所述共混物的OH指數(shù) 為約350-700 mgOH/g。
12、 權(quán)利要求6的拉擠復(fù)合部件，其中所述至少一種聚醚多元醇包 括三種聚醚多元醇的共混物。
13、 權(quán)利要求12的拉擠復(fù)合部件，其中所述共混物包含約20%~ 50% 的第一多元醇，約20%~40%的第二多元醇和約20%~50%的第三多元醇。
14、 權(quán)利要求13的拉擠復(fù)合部件，其中所述第一多元醇的分子量為 約600-800，第二多元醇的分子量為約200 300，第三多元醇的分子量為 約100-300。
15、 權(quán)利要求13的拉擠復(fù)合部件，其中所述第一多元醇的粘度為低 于約500cps，第二多元醇的粘度為低于約l，OOOcps，第三多元醇的粘度 為低于約2，000cps。
16、 權(quán)利要求12的拉擠復(fù)合部件，其中所述共混物的OH指數(shù)為約 350~700 mgOH/g。
17、 權(quán)利要求l-5之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述熱固性聚氨酯樹脂 包含-.包括選自以下組中材料的異氰酸酯組分二苯甲烷二異氰酸酯、二 苯甲烷二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體、及它們的組合；官能度為至少3且分子量為約600~800的第一聚醚多元醇； 官能度為至少3且分子量為約100~300的第二聚醚多元醇；脫模劑材料；和 填料材料。
18、 權(quán)利要求17的拉擠復(fù)合部件，其中所述第一聚醚多元醇的粘度 為低于約500cps，第二聚醚多元醇的粘度為低于約2，000cps。
19、 權(quán)利要求17的拉擠復(fù)合部件，其中所述第一聚醚多元醇和第二 聚醚多元醇的共混物的OH指數(shù)為約350~700 mgOH/g。
20、 權(quán)利要求17的拉擠復(fù)合部件，其還包含官能度至少為3且分子 量為約200 300的第三聚醚多元醇。
21、 權(quán)利要求20的拉擠復(fù)合部件，其中所述第一聚醚多元醇、第二 聚醚多元醇和第三聚醚多元醇的共混物的OH指數(shù)為約350-700 mgOH/g。
22、 權(quán)利要求20的拉擠復(fù)合部件，其中所述第三聚醚多元醇的粘度 為低于約1,000cps。
23、 前述權(quán)利要求之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述填料包括至少一種選自以下組中的材料高嶺土、碳酸鈣、及它們的組合。
24、 前述權(quán)利要求之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述熱固性聚氨酯樹 脂還包含在聚合期間抑制樹脂組合物收縮的聚合物添加劑。
25、 前述權(quán)利要求之一的拉擠復(fù)合部件，其中所述拉擠復(fù)合部件是 在門或窗中使用的線狀物。
26、 一種制造拉擠復(fù)合部件的方法，其包括 提供熱固性聚氨酯樹脂； 提供基本上互相平行取向的多根纖維；和牽引所述多根纖維經(jīng)過所述熱固性聚氨酯樹脂來制造纖維基本上在 單一方向上排列的拉擠復(fù)合部件，該熱固性聚氨酯樹脂的斷裂伸長率大 于該多根纖維的斷裂伸長率。
27、 權(quán)利要求26的方法，其中牽引所述多根纖維經(jīng)過所述熱固性聚 氨酯樹脂的步驟以約4~10英尺/分鐘的速度進(jìn)行。
28、 權(quán)利要求26的方法，其中所述多根纖維包括選自以下組中的至 少一種纖維玻璃纖維、聚合物纖維和碳纖維。
29、 權(quán)利要求26的方法，其中所述熱固性聚氨酯樹脂包含 包括選自以下組中材料的異氰酸酯組分二苯甲烷二異氰酸酯、二苯甲垸二異氰酸酯的聚合物異構(gòu)體、及它們的組合；官能度為至少3的至少一種聚醚多元醇，其量為使異氰酸酯組分和 至少一種多元醇的比率是約80%~115%化學(xué)計量；脫模劑材料；和 填料材料。
30、 權(quán)利要求29的方法，其中所述至少一種聚醚多元醇的OH指數(shù) 為約500-700 mgOH/g。
31、 權(quán)利要求29的方法，其中所述至少一種聚醚多元醇的分子量為 約200-300，粘度為低于約1,000cps。
32、 權(quán)利要求29的方法，其中所述至少一種聚醚多元醇包括兩種聚 醚多元醇的共混物。
33、 權(quán)利要求32的方法，其中所述兩種聚醚多元醇的第一聚醚多元 醇的分子量為約600-800，第二聚醚多元醇的分子量為約100-300。
34、 權(quán)利要求32的方法，其中所述共混物的OH指數(shù)為約350 700 mgOH/g。
35、 權(quán)利要求29的方法，其中所述至少一種聚醚多元醇包括三種聚 醚多元醇的共混物。
36、 權(quán)利要求35的方法，其中所述共混物包含約20%~50%的第一 多元醇，約20%~40%的第二多元醇和約20% 50%的第三多元醇。
37、 權(quán)利要求35的方法，其中所述第一多元醇的分子量為約600~ 800，第二多元醇的分子量為約200-300，第三多元醇的分子量為約 訓(xùn) 300。
38、 權(quán)利要求36的方法，其中所述第一多元醇的粘度為低于約 500cps，第二多元醇的粘度為低于約1，000cps，第三多元醇的粘度為低于 約2,000cps。
39、 權(quán)利要求35的方法，其中所述共混物的OH指數(shù)為約350~700 mgOH/g。
40、 權(quán)利要求29的方法，其中所述填料包括至少一種選自以下組中 的材料高嶺土、碳酸鈣、及它們的組合。
全文摘要
一種拉擠復(fù)合部件，其包含包括熱固性聚氨酯樹脂的基體材料；和在樹脂基體內(nèi)部提供的纖維。所有在樹脂基體內(nèi)部的纖維是基本上單一方向取向的，而且該基體材料的斷裂伸長率大于纖維的斷裂伸長率。
文檔編號C08G18/48GK101313000SQ200680043250
公開日2008年11月26日 申請日期2006年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月23日
發(fā)明者H·D·科菲, R·J·布朗, S·哈爾琴科 申請人:米爾加德制造有限公司