CN118201977A - 用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物和环氧基透明纤维复合物 - Google Patents

Abstract

用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物包括环氧树脂和酸酐固化剂。环氧树脂包括至少一种折射率高于玻璃纤维的折射率的环氧树脂，以及至少一种脂环族环氧树脂。环氧基树脂组合物中非芳族组分的量为基于环氧树脂和酸酐固化剂的总量计60重量％或更高。用于太阳能电池板中盖板的环氧基透明纤维复合物包括固化的基体树脂和纤维增强材料。环氧基透明纤维复合物具有1.520至1.530、或1.550至1.565范围内的折射率，而纤维增强材料与固化的基体树脂的折射率之间的差为0.001或更小。多层环氧基透明纤维复合物包括多种环氧基透明纤维复合物。

Description

用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物和环氧基透明纤维 复合物

背景技术

使用可再生能源的各种发电方法和工艺作为使用常规能源(例如化石燃料、水力和核能)发电的可行替代方式而越来越有吸引力。目前，最广泛使用的替代能源之一是太阳能发电，其中太阳能电池(也称为光伏电池)将太阳能转化成电能。光伏电池惯常由晶体硅制成，并且一般被认为是易碎材料。在典型的太阳能电池板配置中，太阳能电池的集合与其它材料相组合，使得太阳能电池板可在不同的地理位置中和在各种条件下没有问题地运输、安装和使用。这样的材料可包括玻璃盖板以保护太阳能电池免受可能与太阳能电池板接触的物体的影响。

然而，玻璃盖板相对较重，并且可能无法承受高冲击力，例如落到太阳能电池板上的冰雹。此外，当施加过大的力时，玻璃盖板往往会破碎，例如工人踩到太阳能电池板上的意外接触，从而损伤板和他们自身。太阳能电池板也被安装在更多车辆例如汽车和卡车中，并且玻璃盖板可能会被飞行物例如岩石和碎片击碎。

发明内容

提供本发明内容以引入以下在具体实施方式中进一步描述的选定概念。本发明内容并不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在作为限制所要求保护的主题的范围的辅助手段使用。

在一个方面，本文中公开的实施方式涉及用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物，其包含一种或多种环氧树脂和酸酐固化剂。环氧基树脂组合物可包括包含至少一种折射率高于玻璃纤维的折射率的一种或多种环氧树脂，并且所述一种或多种环氧树脂可包含至少一种脂环族环氧树脂。环氧基树脂组合物中的非芳族组分的量可为基于所述一种或多种环氧树脂和所述酸酐固化剂的总量计60重量％或更高。环氧基树脂组合物可具有在25℃下低于1000cPs且在35℃下低于400cPs的粘度，以及在25℃下大于6小时且在35℃下大于3小时的适用期。

在另一方面，本文中公开的实施方式涉及环氧基树脂组合物的固化的环氧基树脂产物。

在又一方面，本文中公开的实施方式涉及环氧基预浸料，其包含纤维增强材料和环氧基树脂组合物。

在另一方面，本文中公开的实施方式涉及用于太阳能电池板中盖板的环氧基透明纤维复合物，复合物包含固化的基体树脂；以及纤维增强材料。环氧基透明纤维复合物可具有1.520至1.530、或1.550至1.565范围内的折射率，并且纤维增强材料的折射率与固化的基体树脂的折射率之间的差为0.001或更小。

根据以下具体实施方式和所附权利要求，所要求保护的主题的其他方面和优点将是明晰的。

附图说明

图1示出了太阳能电池板的典型配置，其包括根据本文中的实施方式的一种或多种环氧基透明纤维复合物。

具体实施方式

太阳能电池板一般包括多层材料连同太阳能电池一起以提供各种功能，例如保护太阳能电池。例如，图1示出了包括根据本文中的实施方式的环氧基透明纤维复合物的典型太阳能电池板配置。太阳能电池板100可包括框架10、盖板20、密封剂30(其可为聚合物材料)、太阳能电池40、以及背板50。盖板20可充当太阳能电池40的保护层，并且还可为太阳能电池板100提供刚度。盖板20可用本公开内容的一种或多种实施方式的环氧基透明纤维复合物来生产。可使用环氧基透明纤维复合物，这是因为其高光学透明度和对太阳光的高透射率(transmittance)，从而直接影响太阳能电池板的光转换效率。

本文中公开的实施方式总体上涉及环氧基透明纤维复合物，其可用于但不限于太阳能电池板应用中。此外，本文中公开的实施方式总体上涉及用于环氧基透明纤维组合物的环氧基树脂配制物。

纤维复合材料一般包括纤维材料和基体材料，该基体材料可为聚合物树脂，并且已知是轻质的并且提供良好的机械性质，包括弯曲模量和抗冲击性。然而，纤维复合材料一般不具有高光学透明度或透光率性质。

在一种或多种实施方式中，本文中公开的环氧基透明纤维复合物可提供具有高透射率的光学透明面板，用作用于太阳能电池板的标准玻璃盖板的替代材料。当与标准玻璃盖板或非环氧热塑板例如聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)相比时，这样的环氧基透明纤维复合物可在减小的厚度和重量下提供所需的机械性质。

环氧基树脂组合物

在一个方面，本文中公开的实施方式涉及用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物，其包含一种或多种环氧树脂和酸酐固化剂。

特别地，在环氧基树脂组合物的一种或多种实施方式中，一种或多种环氧树脂包含至少一种折射率高于玻璃纤维的折射率的环氧树脂，并且所述一种或多种环氧树脂还包含至少一种脂环族环氧树脂。在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物中的非芳族组分的量为基于所述一种或多种环氧树脂和所述酸酐固化剂的总量计60重量％或更高，并且环氧基树脂组合物具有在25℃下低于1000cps且在35℃下低于400cps的粘度，并且环氧基树脂组合物具有在25℃下大于6小时且在35℃下大于3小时的适用期。

环氧树脂的“适用期”表示环氧树脂的粘度保持足够低且可加工的时间量。具体地，适用期可被定义为环氧基树脂组合物的粘度与其初始粘度相比时加倍所需的时间量。初始粘度是指在环氧树脂和固化剂混合在一起后立即(例如10分钟内)测量的组合物的粘度。

本发明描述的环氧基树脂组合物可为两部分体系。在两部分体系中，环氧树脂和固化剂典型地分开储存，并在临用前混合。混合通常由树脂的使用者进行。

环氧基树脂组合物可具有良好的可加工性，包括在如25℃和35℃的温度下的低粘度，以及良好的适用期，以在环氧基树脂组合物的应用期间提供足够的作业时间。

术语“环氧基”是指最少包括一种或多种具有环氧基团的组分的材料。作为“环氧基”的材料可仅含有一种或多种具有环氧基团的组分，或者可含有一种或多种具有环氧基团的组分以及任选地其它组分。

术语“透明纤维复合物”是指这样的复合材料：其含有纤维基增强材料和树脂，并且具有使得光可透过复合物传输的特征。本公开内容的透明纤维复合物可为透明材料，也可包括半透明材料，并且当透明纤维复合物具有0.6mm或更大的厚度时，可具有90％或更高的透光率。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可含有一种或多种环氧树脂。所述一种或多种环氧树脂可为常规用于生产纤维复合材料的环氧树脂，并且可在室温下为固体、液体或半固体。然而，本发明的环氧树脂不限于这样的常规使用的环氧树脂，并且可包括任意含有环氧基团的树脂。

在一种或多种实施方式中，一种或多种环氧树脂可包括但不限于纯脂族环氧树脂、纯脂环族环氧树脂、以及含有芳族结构的环氧树脂。在使用脂环族环氧树脂的实施方式中，设想环氧基团可存在于环状结构之上或之外。纯脂族环氧树脂的实例可包括DE-202和DE-203，纯脂环族环氧树脂的实例包括Celloxide 2021P(可从Daicel Corporation获得)以及Eponex^TM 1510(可从Hexion Inc.获得)，并且含芳族结构的环氧树脂的实例可包括D.E.R.^TM-332(可从Olin Corporation获得)以及YD-127和YD-128(可从AdityaBirla Chemicals Ltd.获得)。

在一种或多种实施方式中，一种或多种环氧树脂可包括至少一种折射率(RI)高于玻璃纤维的RI的环氧树脂。玻璃纤维的RI可根据所用玻璃纤维的类型而变化。E-玻璃纤维可具有1.550至1.565范围内的RI。高强度高模量纤维，例如S-2纤维(由AGYHolding Corp.制造)可具有1.520至1.530范围内的RI。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可以基于一种或多种环氧树脂和固化剂的总量计约30重量％或更高的量含有非芳族组分。环氧树脂的芳族组分对应于环氧树脂中存在的苯环。环氧树脂的非芳族组分对应于除苯环以外的其余环氧聚合物结构。含有显著较高量的芳族组分的环氧树脂可具有较差的抗UV性质。在太阳能电池板应用中，在定期暴露于阳光的情况下，可预期所述板光学稳定大于20年。在一种或多种实施方式中，基于一种或多种环氧树脂和固化剂的总量计，环氧基树脂组合物可以如下范围的量含有非芳族组分：从选自30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、以及70重量％之一的下限，到选自90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、以及100重量％之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可含有酸酐固化剂。酸酐固化剂可包括非芳族酸酐、芳族酸酐、或其混合物。在一种或多种实施方式中，基于环氧基树脂组合物的总量计，环氧基树脂组合物可以如下范围的量含有酸酐固化剂：从选自30重量％、35％重量％、40重量％、45重量％、以及50重量％之一的下限，到选自60重量％、65重量％、以及70重量％之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。在使用酸酐固化剂的实施方式中，基于一种或多种环氧树脂和酸酐固化剂的总量计，环氧基树脂组合物可含有约60重量％或更高的量的非芳族组分。在一种或多种实施方式中，基于一种或多种环氧树脂和酸酐固化剂的总量计，包含酸酐固化剂的环氧基树脂组合物以如下范围的量含有非芳族组分：从选自60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、以及70重量％之一的下限，到选自90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、以及100重量％之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可含有一种或多种固化剂，包括但不限于脂族胺、芳族胺、改性胺、聚酰胺、仲胺和叔胺、路易斯酸/碱、酸、咪唑、酚醛树脂、双氰胺、酰肼、以及光固化剂和紫外线固化剂。在一种或多种实施方式中，基于环氧基树脂组合物的总量计，环氧基树脂组合物可以如下范围的量含有这样的固化剂：从选自0.01重量％、0.1重量％、1重量％、5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35％重量％、40重量％、45重量％、以及50重量％之一的下限，到选自2重量％、5重量％、10重量％、20重量％、30重量％、40重量％、50重量％、60重量％、以及70重量％之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可含有催化剂。催化剂也可称为促进剂，并且可与固化剂一起用于环氧树脂配制物中，以便加快固化速率并减少固化时间。可用于环氧基树脂组合物中的催化剂可包括咪唑、叔胺、苯酚、醇、酸、以及路易斯酸。在一种或多种实施方式中，基于环氧基树脂组合物的总量计，环氧基树脂组合物可以如下范围的量含有催化剂：从选自0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％、1.0重量％、2.0重量％、3.0重量％、4.0重量％、以及5.0重量％之一的下限，到8.0重量％、9.0重量％、以及10.0重量％的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可进一步含有一种或多种添加剂。添加剂被用于环氧树脂配制物中以改善各种性质。可用于环氧基树脂组合物的一种或多种实施方式中的添加剂可包括但不限于增韧剂、增塑剂、阻燃剂(FR)添加剂、粘度调节剂和稀释剂、消泡剂、润湿剂、粘附促进剂以及偶联剂(例如硅烷)、纳米颗粒、无机和有机填料、热解法二氧化硅、颜料、实心和空心玻璃微球、以及短切和磨碎的玻璃纤维。在一种或多种实施方式中，基于环氧基树脂组合物的总量计，环氧基树脂组合物可以如下范围的量含有添加剂：从选自0.01重量％、0.1重量％、0.5重量％、1.0重量％、2.0重量％、3.0重量％、4.0重量％、以及5.0重量％之一的下限，到10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、40重量％、50重量％、60重量％、以及70重量％的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可含有其它类型的树脂以最优化各种性质，并且可包括热塑性树脂，例如聚酯、聚酰胺(尼龙)、PEI、PPS、PEEK、PEKK、热塑性聚氨酯等。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可含有溶剂。环氧树脂配制物中常规使用的溶剂可添加到环氧基树脂组合物，并且可包括酮例如丙酮以及MEK、二醇醚、THF、DMF等。

环氧基树脂组合物——性质

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有在25℃下约1000cPs或更低的粘度。粘度可例如使用具有CPA-52Z型转子的Brookfield DV2T粘度计在4rpm的旋转速度下进行测量。在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有如下范围的粘度：从选自1cPs、5cPs、10cPs、20cPs、30cPs、40cps以及50cPs之一的下限，到选自500cPs、550cPs、600cps、650cPs、700cps、750cPs 800cPs、850cPs、900cPs、950cPs、以及1000cPs之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有在35℃下约400cPs或更低的粘度。粘度可例如使用具有CPA-52Z型转子的Brookfield DV2T粘度计在4rpm的旋转速度下进行测量。在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有如下范围的粘度：从选自0.1cps、1cps、5cPs、10cPs、20cPs、30cps、40cps以及50cps之一的下限，到选自200cps、250cps、300cps、350cps、400cps、450cps、500cPs、550cps、以及600cps之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有在25℃下约6小时或更长，例如6小时或更长、7小时或更长、8小时或更长、9小时或更长、10小时或更长、15小时或更长、或20小时或更长的适用期。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有在35℃下约3小时或更长，例如3小时或更长、4小时或更长、5小时或更长、6小时或更长、7小时或更长、8小时或更长、9小时或更长、或10小时或更长的适用期。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有低于约120℃的初始固化温度。初始固化温度是指适当固化环氧基树脂组合物并提供最佳固化性质所需的最低温度。在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有选自如下之一的初始固化温度：120℃或更低、115℃或更低、110℃或更低、105℃或更低、100℃或更低、95℃或更低、90℃或更低、85℃或更低、以及80℃或更低。

在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有低于约300J/g的反应焓。反应焓是当环氧树脂和固化剂在环氧基树脂组合物中反应时以热量形式释放的能量的量。作为反应的结果产生的热量提高了组合物的温度并进一步加速了反应，从而以更快的速率生成额外的热量。这种现象经常被称为“放热”，并且如果控制不当，则可能导致反应失控以及组合物过热。在一些情况下，这样的失控反应可能导致组合物的焚烧和热降解。降低放热风险的一种方式是通过优化环氧基树脂组合物的配制物，使得组合物的反应焓足够低。在一种或多种实施方式中，反应焓可由DSC图确定并且通过TA Instruments UniversalAnalysis 2000软件计算。反应焓由峰下的面积表示，或者如果在DSC图中存在多个峰，则由峰下的总面积表示。在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可具有选自如下之一的反应焓：300J/g或更低、280J/g或更低、260J/g或更低、240J/g或更低、220J/g或更低以及200J/g或更低。

制造方法——环氧基树脂组合物

根据本公开内容的环氧基树脂组合物可在任意常规的间歇式、半间歇式、或连续混合装置中制备。在一种或多种实施方式中，环氧基树脂组合物可通过以用于环氧树脂组合物的任意已知工艺进行混合来制备，例如高剪切混合器、行星式混合器、双轴和三轴混合器、静态混合器以及任意其它可用的制造工艺。

在一种或多种实施方式中，所有组分，包括一种或多种环氧树脂和固化剂，可在单个步骤中混合在一起。在其中固化剂被选择成使得树脂组合物可具有相对短的适用期的两部分体系中，混合过程可在临使用环氧组合物之前进行。

在一种或多种实施方式中，可存在一种或多种环氧树脂和其它组分(例如添加剂、其它类型的树脂以及溶剂)的预混步骤。这样的混合物可称为“预混物”或“母料”，并且可安全地大量生产并储存直至其使用。因为这样的混合物典型地不含固化剂或催化剂，因此不可能发生组合物的意外固化。

固化的环氧基树脂产物

在一个方面，本文中公开的实施方式涉及用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物的固化的环氧基树脂产物。含有环氧树脂和固化剂的环氧基树脂组合物在适当的温度下经历不可逆的放热反应，以形成聚合物网络并且变成固化的环氧基树脂产物，其为环氧基树脂组合物的固化产物。

在一种或多种实施方式中，固化的环氧基树脂产物可具有约1.520至1.565的RI。固化的环氧基树脂产物的RI可通过折射计例如Rudolph J357自动折射仪进行测定。在一种或多种实施方式中，固化的环氧基树脂产物可具有选自如下范围的RI：从选自1.520、1.521、1.522、1.523以及1.524之一的下限，到选自1.555、1.556、1.557、1.558、1.559、1.560、1.561、1.562、1.563、1.564、以及1.565之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。在一种或多种实施方式中，固化的环氧基产物的RI可使得当固化的环氧基产物与玻璃纤维处于相同的温度时，固化的环氧基树脂产物的RI与玻璃纤维的RI之间的差可为0.001或更小、0.0009或更小、0.0008或更小、0.0007或更小、0.0006或更小、或0.0005或更小。

在一种或多种实施方式中，根据动态力学分析(DMA)，固化的环氧基树脂产物可具有高于约120℃的玻璃化转变温度(Tg)。在一种或多种实施方式中，Tg可通过使用分析仪例如Q800 DMA(可从TA Instruments获得)进行DMA来测定，其中参数包括例如25℃至350℃的温度范围、5℃/分钟的斜坡速度、1Hz的频率、以及10微米的振幅。在一个或多个实施方式中，固化的环氧基树脂产物可具有选自如下之一的Tg：120℃或更高、125℃或更高、130℃或更高、135℃或更高、140℃或更高、145℃或更高、150℃或更高、155℃或更高、以及160℃或更高。

在一种或多种实施方式中，根据ASTM D790，固化的环氧基树脂产物可具有高于约3GPa的弯曲模量。在一种或多种实施方式中，固化环氧基树脂产物可具有选自如下之一的弯曲模量：3GPa或更高、3.25GPa或更高、3.5GPa或更高、3.75GPa或更高、以及4GPa或更高。

在一种或多种实施方式中，根据ASTM D790，固化的环氧基树脂产物可具有高于约3％的弯曲应变。在一种或多种实施方式中，固化环氧基树脂产物可具有选自如下的弯曲应变：3％或更高、3.25％或更高、3.5％或更高、3.75％或更高、4％或更高、以及5％或更高。

在一种或多种实施方式中，固化的环氧基树脂产物可具有低于约1.2g/cm³的密度。在一种或多种实施方式中，密度可通过使用具有密度测量特征的天平例如MettlerToledo ML3002E天平进行测量。在一种或多种实施方式中，固化的环氧基树脂产物可具有选自如下之一的密度：1.2g/cm³或更低、1.19g/cm³或更低、1.18g/cm³或更低、1.17g/cm³或更低、1.16g/cm³或更低、1.15g/cm³或更低、1.14g/cm³或更低、1.13g/cm³或更低、1.12g/cm³或更低、1.11g/cm³或更低、以及1.10g/cm³或更低。

环氧基透明纤维复合物

在一个方面，本文中公开的实施方式涉及环氧基透明纤维复合物。环氧基透明纤维复合物可提供良好的抗UV性、透光率和机械性质，并且举例来说，可用作太阳能电池板中的盖板。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可包括固化的基体树脂和纤维增强材料。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有拥有在约1.520至1.530、或1.550至1.565范围内的折射率(RI)的纤维增强材料，并且在纤维增强材料的RI与固化的基体树脂的RI之间的差可为0.001或更小。

在一种或多种实施方式中，固化的基体树脂可为如前面章节中提供的固化的环氧基树脂组合物。然而，固化的基体树脂不限于固化的环氧基树脂组合物，并且可使用任意合适的环氧基树脂。在一种或多种实施方式中，固化的基体树脂可包括一种或多种环氧树脂和固化剂，并且所述固化剂可为酸酐固化剂。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可包括至少一种折射率(RI)高于玻璃纤维的RI的环氧树脂。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可包括至少一种脂环族环氧树脂。

在一种或多种实施方式中，基于所述一种或多种环氧树脂和所述固化剂的总量计，环氧基透明纤维复合物可以30重量％或更高的量包括固化的基体树脂中的非芳族组分。在一种或多种实施方式中，基于所述一种或多种环氧树脂和所述固化剂的总量计，环氧基透明纤维复合物以选自如下范围的量含有非芳族组分：从选自30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、61重量％、62重量％、63重量％、64重量％、65重量％、以及70重量％之一的下限，到选自90重量％、95重量％、96重量％、97重量％、98重量％、99重量％、以及100重量％之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物的纤维增强材料可含有玻璃纤维(也称为纤维玻璃)。在一种或多种实施方式中，玻璃纤维可为多种市售可得的玻璃纤维和特种玻璃纤维中的任一种，包括E-玻璃、A-玻璃、C-玻璃、D-玻璃、AR--玻璃、以及高强度玻璃纤维。高强度玻璃纤维提供比E玻璃纤维更高的强度和模量，并且可包括S-1glass^TM、S-2、S-3glass^TM、(由AGY Holding Corp制造)、R玻璃，以及T玻璃(由NittoBoseki Col，Ltd.制造)。在一种或多种实施方式中，可使用针对环氧基透明纤维复合物设计和优化的定制玻璃纤维。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物的纤维增强材料可为适合用于环氧基透明纤维复合物中的任意类型的纤维。在一种或多种实施方式中，这样的纤维可包括聚合物纤维和石英纤维。

在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可为基于纺织品的增强材料。基于纺织品的增强材料可包括但不限于织造织物、针织织物、编织织物、缝编织物、针刺织物、非织造织物(包括纺粘/水刺织物)、气流成网织物、干法成网织物、以及湿法成网织物。

在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可作为单向增强材料(UD)提供。UD可含有一根或多根纱线，其可为单股长丝或多股长丝；或者一根或多根粗纱，其含有沿一个方向布置的多根纱线。

在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可为未经处理的或坯布增强材料。在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可用各种试剂处理以优化环氧基透明纤维复合物的各种性质。纤维增强材料的处理可在纤维的生产期间、在中间材料例如基于纺织品的增强材料或预浸渍材料(预浸料)的生产期间、或在环氧基透明纤维复合物的生产期间进行。

在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可包括一种或多种类型的纤维。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可含有纤维增强材料的一个或多个层。纤维增强材料的多个层可包括相同类型的纤维增强材料或不同纤维增强材料的组合以便优化环氧基透明纤维复合物的各种性质。

在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可具有约1.520至1.530的折射率(RI)。在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可具有如下范围的RI：从选自1.520、1.5205、1.5210、1.5215、1.5220、1.5225、以及1.5230之一的下限，到选自1.5270、1.5275、1.5280、1.5285、1.5290、1.5295以及1.5300之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可具有约1.550至1.565的折射率(RI)。在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可具有如下范围的RI：从选自1.550、1.551、1.552、1.553、以及1.554之一的下限，到选自1.562、1.563、1.564、以及1.565之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有固化的基体树脂，该固化的基体树脂的RI使得纤维增强材料的RI与固化的基体树脂的RI之间的差为约0.001或更小。在一种或多种实施方式中，纤维增强材料与固化的基体树脂的RI之间的差可选自如下之一：0.001或更小、0.00095或更小、0.00090或更小、0.00085或更小、以及0.00080或更小。

在另一方面，本文中公开的实施方式涉及多层环氧基透明纤维复合物(“多层透明复合物”)，该多层环氧基透明纤维复合物包括多种(个)环氧基透明纤维复合物。在一种或多种实施方式中，多层透明复合物可含有相同类型的环氧基透明纤维复合物。在一种或多种实施方式中，多层环氧基透明纤维复合物可含有不同类型的环氧基透明纤维复合物，其可包括不同类型的纤维增强材料和/或固化的基体树脂。在一种或多种实施方式中，多层透明复合物可通过堆叠多种环氧基透明复合物来生产，并且通过各种方法使各层固定在一起，包括使用螺栓、钉子、夹钳、铆钉等进行机械紧固，或者使用粘合剂、胶带等进行粘结。在一种或多种实施方式中，多层透明复合物可通过如下来生产：首先部分地固化各层，组合所有层，并随后将所有层完全固化在一起。

环氧基透明纤维复合物——性质

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有约1.5g/cm³至2.0g/cm³范围内的密度，并且密度可通过使用天平例如Mettler Toledo ML3002E来测定。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有如下范围的密度：从选自1.50g/cm³、1.52g/cm³、1.54g/cm³、1.56g/cm³、1.58g/cm³、以及1.60g/cm³之一的下限，到选自1.90g/cm³、1.92g/cm³、1.94g/cm³、1.96g/cm³、1.98g/cm³、以及2.00g/cm³之一的上限，其中任意下限可与任意上限配对。

在一种或多种实施方式中，根据ASTM D3171，环氧基透明纤维复合物可具有约10％至90％范围内的纤维增强材料的纤维体积分数。纤维体积分数表示基于复合物的总体积计复合物中存在的纤维的量。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有如下范围的纤维体积分数：从选自10％、20％、30％、35％、以及40％之一的下限，到选自60％、65％、70％、80％、以及90％之一的上限。

在一种或多种实施方式中，当光具有450nm至650nm范围内的波长并且环氧基透明纤维复合物具有0.6mm至0.8mm范围内的厚度时，环氧基透明纤维复合物可具有高于约90％的透光率。在一种或多种实施方式中，透光率可通过使用光谱仪系统例如OceanOptics光纤光谱仪系统采用氙光源例如HPX2000进行测量。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有选自如下之一的透光率：90％或更高、91％或更高、92％或更高、93％或更高、94％或更高、以及95％或更高。

在一种或多种实施方式中，根据动态力学分析(DMA)，环氧基透明纤维复合物可具有高于约120℃的Tg。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有选自如下之一的Tg：120℃或更高、125℃或更高、130℃或更高、135℃或更高、140℃或更高、145℃或更高、150℃或更高、155℃或更高、以及160℃或更高。

在一种或多种实施方式中，根据ASTM D790，环氧基透明纤维复合物可具有约15GPa或更高的弯曲模量。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可具有选自如下之一的弯曲模量：15GPa或更高、20GPa或更高、25GPa或更高、30GPa或更高、35GPa或更高、以及40GPa或更高。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物的抗冲击性可高于与所述环氧基透明纤维复合物具有相同厚度的玻璃的抗冲击性。

制造方法——环氧基透明纤维复合物

根据本公开内容的环氧基透明纤维复合物可通过各种各样的纤维复合物生产方法进行制备。这样的生产方法可包括但不限于树脂灌注工艺(各种技术，包括树脂传递模塑(RTM)、真空辅助树脂传递模塑(VARTM)、Seemann Composites树脂灌注模塑工艺(SCRIMP^TM)、膜熔渗工艺等)、湿法叠涂工艺、以及其中使用预浸料的工艺，例如高压釜/真空袋成型、热压成型、压缩成型以及烘箱/真空袋成型。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可通过树脂灌注工艺来生产，该工艺可包括如下步骤：将纤维增强材料放置到工具或模具上，然后将柔性膜状物/膜放置在增强材料上并沿周边提供密封(“装袋”)，通过从密封的袋中排出空气以施加压力来施加压力，然后将未固化的环氧基树脂组合物灌注或注入到纤维增强材料中。在一种或多种实施方式中，可在增强材料而非柔性膜状物/膜上使用刚性模具，并且通过在引入树脂之前关闭刚性模具来施加正压。在树脂灌注工艺中，纤维增强材料可作为干纤维增强材料铺叠到模具上。在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可含有少量的粘结剂或“增粘剂”材料以便使纤维增强材料的层保持在一起并防止纤维增强材料在铺叠和装袋过程期间移位。增粘剂可为高粘性组合物或者可在适度升高的温度下熔融的组合物，并且增粘剂可为与被注入或灌注的环氧基树脂组合物相容的组合物。增粘剂可在铺叠过程期间施加至纤维增强材料，或者可在纤维增强材料的生产期间施加。树脂灌注工艺可在室温或升高的温度下进行。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可由预浸料生产。“预浸料”是指其中纤维增强材料与未固化的环氧基树脂组合物组合的中间材料。在一种或多种实施方式中，预浸料可含有“B阶段的”树脂组合物，其中树脂组合物可预先部分地反应，使得树脂组合物的粘度增加并且预浸料的粘合性或“粘性”被优化以用于处理。在一种或多种实施方式中，预浸料可含有潜在固化剂，并且可在其使用之前预先(例如数周或数月)生产。在一种或多种实施方式中，预浸料可在其临用前生产。在这样的实施方式中，可在预浸料中使用更快固化的环氧组合物。

在一种或多种实施方式中，预浸料可通过如下生产：将纤维增强材料浸入具有环氧基树脂组合物的树脂浴中，将树脂组合物从纤维增强材料中挤出以获得增强材料中期望量的树脂，并且干燥经树脂浸渍的纤维增强材料以调节粘性和/或除去挥发性组分。在一种或多种实施方式中，可生产环氧基树脂组合物的膜，并且可将膜和纤维增强材料在升高的压力和/或温度下组合以生产预浸料。在一种或多种实施方式中，预浸料可含有经树脂组合物完全浸渍的纤维增强材料，而在一种或多种实施方式中，纤维增强材料可被部分地浸渍。纤维增强材料可包括前面章节中描述的任意纤维增强材料，并且可包括基于纺织品的增强材料以及UD增强材料。在一种或多种实施方式中，用于生产预浸料的环氧基树脂组合物可含有溶剂。在一种或多种实施方式中，用于生产预浸料的环氧基树脂组合物可不含溶剂或挥发性有机化合物，并且在室温下可为液体、半固体、或固体。不含溶剂且在室温下不为半固体或固体的环氧基树脂组合物可称为“热熔”组合物，因为在由环氧基树脂组合物生产预浸料或膜之前可能需要热量来使树脂熔融。

当预浸料用于生产一种或多种实施方式的环氧基透明纤维复合物时，可能需要升高的压力和/或温度来生产实施方式的环氧基透明纤维复合物。合适的工艺可包括但不限于高压釜/真空袋成型、热压成型、压缩/压制成型、以及烘箱/真空袋成型。

在一种或多种实施方式中，可使用湿法叠涂工艺来生产环氧基透明纤维复合物。在湿法叠涂工艺中，可使用各种施加技术例如辊、刷、喷涂等将环氧基树脂组合物直接施加到纤维增强材料。“湿”纤维增强材料、或含有未固化的环氧树脂组合物的增强材料可使用前面章节中描述的任意成型工艺在升高的温度和/或压力下进一步加工。

在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可在室温下生产而无需添加热量。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可通过使用具有斜坡和驻留阶段的固化周期来生产。固化周期、或固化特征是指指定材料(如纤维复合物)所经受的温度和压力的时间计划表。在斜坡阶段，温度从一个温度升高或降低到另一温度，并且斜坡速率可为恒定的或可变的。在驻留阶段，特定的温度被保持特定的时间量。固化周期可具有一个或多个斜坡阶段以及一个或多个驻留阶段。在一种或多种实施方式中，环氧基透明纤维复合物可在升高的温度和压力下生产，而无需使用斜坡阶段。这样的生产方法可称为“热进、热出”工艺。

实施例

提供以下实施例以说明本公开内容的实施方式。这些实施例并非旨在限制本发明的范围，并且它们不应被如此解释。

实施例1

通过生产如下来制备两部分的环氧基树脂组合物：100g包括脂环族环氧树脂、RI为1.51050-1.51150的双酚A环氧树脂的部分A组分，以及85g包括酸酐固化剂的部分B组分。将部分A和部分B混合在一起，并在25℃和35℃下测量粘度。搁置混合的组合物的一部分以测定组合物的适用期，同时将混合的组合物的另一部分在90℃下固化1.5小时，然后在120℃下固化1.5小时。由实施例1获得的物理性质显示于表1中：

表1：

实施例2

将实施例1的环氧基树脂组合物与2层的S-2织物型758-AC-1400(可从AGY获得)组合，以通过真空辅助树脂传递模塑工艺(VARTM)生产环氧基透明纤维复合物。实施例2和常规可用材料的物理和机械性质显示于表2中：

表2

*在420-680nm的光波长范围、0.91mm的板厚度(基于2层织物)下所测量的透射率

**基于380-1100nm光波长范围的透射率

表2中的数据示出了实施例2的透明环氧基纤维复合物具有90％以上的显著高的透射率，这对于太阳能电池板的盖板而言可被视为可接受的透射率水平。实施例2的面积重量比相同厚度的玻璃板低大约30％。

该数据进一步示出了实施例2的弯曲模量显著高于聚合物材料例如聚碳酸酯和PMMA。因为弯曲模量决定了盖板的刚度，较高模量的材料(例如实施例2的环氧基透明纤维复合物)将在比较低模量的材料(例如聚碳酸酯和PMMA)更低的板厚度下提供等效的板刚度。因此，尽管聚合物例如聚碳酸酯和PMMA具有比实施例2更低的密度，但使用环氧基透明纤维复合物可导致总盖板重量减小。

此外，环氧基透明纤维复合物的抗冲击性显著高于玻璃，并且不会破碎以产生危险的尖锐碎片。这些特征使得环氧基透明纤维复合物成为玻璃盖板的更安全的替代品。

除了用作太阳能电池板中的盖板之外，环氧基透明纤维复合物的一种或多种实施方式也可用于已组装在车辆、飞机以及其它机动装置上的透明弹道保护系统中，以及除了弹道性质之外还需要透明性的建筑物中。在尤其是用于机动装置的多种应用中，轻质系统提供了益处。

尽管以上仅详细描述了几个示例性实施方式，但本领域技术人员将容易理解，在实质上不背离本发明的情况下，许多修改在示例性实施方式中是可能的。因此，所有这些修改旨在包括在如以下权利要求中所限定的本公开内容的范围内。在权利要求中，手段加功能条款旨在涵盖在本文中描述为执行所叙述功能的结构，并且不仅涵盖结构等同物，还涵盖等同结构。因此，尽管钉子和螺钉在钉子采用圆柱形表面将木制部件固定在一起而螺钉采用螺旋表面方面可能不是结构等同物，但在紧固木制零件的环境中，钉子和螺钉可以是等同结构。申请人的明确意图并非援引35U.S.C.§112(f)对本文中任意权利要求进行任意限制，除了其中权利要求明确地使用词语“用于……的手段”与相关联的功能一起的那些。

Claims (22)

1.用于透明纤维复合物的环氧基树脂组合物，包含：

一种或多种环氧树脂；以及

酸酐固化剂；

其中：

所述一种或多种环氧树脂包含至少一种折射率高于玻璃纤维的折射率的环氧树脂，

所述一种或多种环氧树脂包含至少一种脂环族环氧树脂，

所述环氧基树脂组合物中的非芳族组分的量为基于所述一种或多种环氧树脂和所述酸酐固化剂的总量计60重量％或更高，

所述环氧基树脂组合物具有在25℃下低于1000cPs且在35℃下低于400cPs的粘度，并且

所述环氧基树脂组合物具有在25℃下大于6小时且在35℃下大于3小时的适用期。

2.根据权利要求1所述的环氧基树脂组合物，还包含一种或多种催化剂。

3.根据权利要求1或2所述的环氧基树脂组合物，还包含一种或多种添加剂。

4.根据以上权利要求任一项所述的环氧基树脂组合物，其具有120℃或更低的初始固化温度。

5.根据以上权利要求任一项所述的环氧基树脂组合物，其具有300J/g或更低的反应热。

6.环氧基预浸料，其包含纤维增强材料以及根据以上权利要求任一项所述的环氧基树脂组合物。

7.根据以上权利要求任一项所述的环氧基树脂组合物的固化的环氧基树脂产物。

8.根据权利要求7所述的固化的环氧基树脂产物，其具有1.520至1.565范围内的折射率。

9.根据权利要求7或8所述的固化的环氧基树脂产物，其根据动态力学分析(DMA)具有高于120℃的玻璃化转变温度(Tg)。

10.根据权利要求7-9任一项所述的固化的环氧基树脂产物，其具有根据ASTM D790高于3GPa的弯曲模量以及高于3％的弯曲应变。

11.根据权利要求7-10任一项所述的固化的环氧基树脂产物，其具有低于1.2g/cm³的密度。

12.用于太阳能电池板中盖板的环氧基透明纤维复合物，所述环氧基透明纤维复合物包含：

固化的基体树脂；以及

纤维增强材料，

其中所述纤维增强材料的折射率在1.520至1.530、或1.550至1.565的范围内，并且

所述纤维增强材料的折射率与所述固化的基体树脂的折射率之间的差为0.001或更小。

13.根据权利要求12所述的环氧基透明纤维复合物，其具有1.520至1.530、或1.550至1.565范围内的折射率。

14.根据权利要求12或13所述的环氧基透明纤维复合物，其中所述固化的基体树脂由如下固化：

一种或多种环氧树脂；以及

固化剂；

其中：

所述一种或多种环氧树脂包含至少一种折射率高于玻璃纤维的折射率的环氧树脂，

所述一种或多种环氧树脂包含至少一种脂环族环氧树脂，以及

所述固化的基体树脂中的非芳族组分的量为基于所述一种或多种环氧树脂和所述固化剂的总量计30重量％或更高。

15.根据权利要求12-14任一项所述的环氧基透明纤维复合物，其中所述固化的基体树脂还包含一种或多种添加剂。

16.根据权利要求12-15任一项所述的环氧基透明纤维复合物，其具有根据ASTM D790为15GPa或更高的弯曲模量。

17.根据权利要求12-16任一项所述的环氧基透明纤维复合物，当光具有在450nm至650nm范围内的波长并且所述环氧基透明纤维复合物具有0.6mm或更大的厚度时，其具有高于90％的透光率。

18.根据权利要求12-17任一项所述的环氧基透明纤维复合物，其具有根据动态力学分析(DMA)高于120℃的Tg。

19.根据权利要求12-18任一项所述的环氧基透明纤维复合物，其抗冲击性高于与所述环氧基透明纤维复合物具有相同厚度的玻璃的抗冲击性。

20.根据权利要求12-19任一项所述的环氧基透明纤维复合物，其通过树脂灌注工艺或湿法叠涂工艺生产。

21.根据权利要求12-19任一项所述的环氧基透明纤维复合物，其由包含纤维增强材料和环氧基树脂组合物的环氧基预浸料生产。

22.多层环氧基透明纤维复合物，其包含多种根据权利要求12-21任一项所述的环氧基透明纤维复合物。