高膨胀比颗粒状中温固化发泡胶的研制

作者：匡弘 吴健伟 付春明 于昕 王冠 付刚

欢迎访问e展厅 展厅 2 复合材料/胶粘剂展厅 阻尼材料, 环氧树脂, 密封胶, 硅胶, 厌氧胶, ... 摘要：本文报道了一种适用于高蜂窝芯的填充的高膨胀比颗粒状发泡胶的研制及其性能。该胶粘剂以聚砜改性环氧树脂为主体材料，以双氰胺为固化剂，以偶氮二异丁腈为发泡剂，以铝粉为填料，具有较高的粘接强度和较好的耐久性。该胶用于高峰芯的部件填充，显示出较好的节重效果；用其胶接的结构件经受震动，静力，冲击等各种环境的考核试验，均获成功。 关键词：中温固化，蜂窝填充，高膨胀比，发泡胶 前 言 随着我国航天、航空工业的迅速发展，蜂窝夹层结构已成为卫星、运载器、飞机等的主要结构形式。蜂窝夹层结构的尺寸有时很高，过去蜂芯高度只有20-30mm，现在有时达到70mm高。随着蜂芯高度的增加，蜂芯填充难度也逐渐增大。为此，填充高峰芯的发泡胶需要较高的膨胀比(＞4)，以减轻结构重量。高膨胀比带状发泡胶适用于蜂芯高度15-30mm，可在压机上压入蜂格内；而蜂芯高度＞50mm时，由于胶带层数多，压入时产生移位，不能控制填充空间尺寸，也会造成局部缺胶而影响补强性能。为此，需要采用高膨胀比粉状发泡胶填充高峰芯结构。但高膨胀比粉状发泡胶满填充时，由于膨胀过大，不仅填充空间尺寸不能控制，还容易产生鼓包。若采用部分填充，由于施工面积大，蜂格孔多，不易掌握加入量和均匀程度，因而也影响补强效果。为此，我们研制一种具有一定外形尺寸的颗粒状高膨胀比发泡胶，以适应高蜂芯夹层结构的需求，它因具有一定外形和尺寸满填充时，尚可留有一定的自由空间，以保障高膨胀比发泡胶发泡时，不鼓包且能严格控制应填充的空间尺寸。 研制中温固化颗粒状发泡胶较难，因胶基体的软化温度与固化温度(120—130℃)更为接近，基体的软化点范围更难控制。如果软化点稍高，在其软化或粘流状态下，混入铝粉、固化剂、发泡剂时，部分发泡剂已分解，会产生膨胀比不稳定，使工件表面凹凸不平，还由于胶基体软化时中温固化的固化剂和促进剂已经开始了固化反应，使体系粘度迅速增大而难以发泡；如果软化点较低，颗粒状的发泡胶在运输和储存时就会发生粘连而无法使用。我们通过实验，研制出一种具有一定外形尺寸的高膨胀比颗粒发泡胶。 1 试验部分 1．1 原材料 E—51环氧树脂 工业品 岳阳树脂厂 聚砜 工业品 大连塑料二厂 铝粉 工业品 东北轻合金厂 偶氮二异丁腈 化学纯 上海试剂四厂 1．2试验步骤 (1)将环氧树脂与增韧材料反应使环氧树脂增韧 (2)将上述环氧树脂与一定量的固化剂在一定条件下(温度和时间)反应，得到B态树脂 (3)将上述B态树脂与一定量的固化剂，促进剂，铝粉，发泡剂，及其他辅料在混料机加入树脂中 (4)在制片机上制成厚度1～2mm的薄片，放入冰箱中冷冻 (5)在切片式粉碎机上粉碎并逐级过筛制成直径2～4mm的成品，小于2mm和大于4mm的返回重新制片并粉碎 2 结果与讨论 2．1 固化剂的筛选 筛选、合成适宜固化剂A，使其混溶于环氧树脂及其增韧剂中，而后于160～180℃ × 2h充分预反应，(反应不充分会影响产物软化点和稳定性)。根据A的不同加入量，制成一系列不同软化点的B态树脂，选择其中适宜的软化点范围。软化点过低，运输和储存过程中易于粘连而不能保持形状；软化点过高，近于中温固化的温度(120～130℃)，发泡胶在此温度下不流动难以膨胀，达不到高膨胀比。 2．2 筛选、合成适宜中温固化的促进剂体系 该体系应具有良好的潜伏性能(在B态树脂软化温度下不进行固化反应)。双氰胺是环氧树脂胶粘剂常用的固化剂，无毒、无三废污染。但由于其热分解温度高，需要在150℃以上才能固化环氧树脂，要在120～130℃下固化须改性。中温固化促进剂是中温固化结构胶的核心，它对结构胶的耐久性和其它性能有重要影响。据文献报道，国外的中温胶大都采用各种脲类，一般多为N－氯苯基－N，N－二甲基脲(简称氯脲)或4，4－二氯苯基－N，N－二甲基脲为促进剂来提高双氰胺的固化活性，固化温度由170～180℃降至120～130℃，且有良好潜伏性，但固化物耐湿热老化性能差。以2－乙基－4－甲基咪唑促进双氰胺，虽耐湿热性能有所改进但潜伏性极差，为达到国外胶粘剂所具有的高活性和良好潜伏性及耐久性我们研制了中温固化促进剂K用于胶粘剂中。 2．3增韧剂的选择 对环氧树脂的增韧改性途径大体可分为：(1)加入改性剂形成两相结构；(2)改变交联网络的化学结构；(3)可与热塑性树脂形成半IPN(互穿网络)；(4)控制分子交联状态的不均匀性。做为结构胶粘剂常用丁腈橡胶增韧环氧树脂。特别是带有活性端基(如竣基、氨基等)的丁腈橡胶与环氧树脂反应形成嵌段，在环氧树脂固化过程中，这些橡胶一般从环氧树脂中折出，在物理上形成两相结构形态，大幅度地提高环氧树脂的断裂韧性。但同时体系的其他性能，如热变形温度和某些机械性能可能下降。此外在橡胶增韧环氧的过程中，虽然大部分橡胶从环氧基体中析出，形成两相结构形态；但仍有很少部分橡胶“溶解”在环氧基体中起“增柔”作用，致使改性的环氧树脂的模量和玻璃化温度有所下降。这是橡胶增韧环氧树脂的不足之处。为克服其不足，采用韧性好的耐热塑料树脂，如酚氧，聚砜树脂改性环氧。由于其本身具有较高的Tg和模量，用其改性的环氧树脂，不会使其Tg和模量下降，而且能够改善韧性。象聚砜加入环氧树脂中能形成半IPN(互穿网络)结构。热塑性树脂连续地贯穿于热固性环氧树脂的网络之中，使其韧性提高。 加入聚砜树脂的量应适当。无聚砜树脂，不能制成片状；加入量过多，难以粉碎。 2．4 合成、筛选软化点调节剂 调节B态树脂软化点，使其既便于低温粉碎，不易受热粘连，又能为发泡创造有利条件(一旦达到一定温度后，能充分流动，降低整个体系的粘度)。 2．5 发泡剂的选择 由于需要在120～130℃固化，树脂的软化点在80～90℃，通过实验我们选择偶氮二异丁腈作为发泡剂。 2．6 该胶的影响因素及基本性能如下： 3 结 论 我们以聚砜改性环氧树脂为主体材料，以双氰胺为固化剂，以偶氮二异丁腈为发泡剂，以铝粉为填料的研制出的高膨胀比颗粒状发泡胶能够满足高峰芯的填充要求，取得了较好的节重效果；用其胶接的结构件经受震动，静力，冲击等各种环境的考核试验，均获成功。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/27/2005)