顧明泉 汪明珠 姚其勝

摘要：文章研制了一種大質(zhì)量灌造用環(huán)氧結(jié)構(gòu)灌封膠，研究其在延長(zhǎng)凝膠時(shí)間、降低熱效應(yīng)、提高粘接強(qiáng)度等方面的表現(xiàn)。結(jié)果表明：該灌封膠可室溫固化、反應(yīng)緩和、粘接牢固、耐化學(xué)腐蝕，適合電子、工程、復(fù)材等大灌造應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：大質(zhì)量;環(huán)氧;灌封膠;熱效應(yīng)

中圖分類號(hào)：TQ436⁺.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）06-0009-03

環(huán)氧樹脂聚合后具有優(yōu)良的粘捿性能、介電性能、機(jī)械性能和耐化性能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天、新能源、復(fù)合材料、工程防腐等高新技術(shù)領(lǐng)域。

近年來，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)性脆的先天缺陷，因增韌劑、柔性固化劑等新材料技術(shù)發(fā)展和不斷涌現(xiàn)，已近消弭于無形;隨著其應(yīng)用向工業(yè)與民用各行業(yè)滲透，原先加工成型工藝簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)卻日益喪失，一些精細(xì)制作和規(guī)模化大制造領(lǐng)域已不可能再簡(jiǎn)單使用手工混膠或人工操作方式，數(shù)控機(jī)械、精密模具、智能智造應(yīng)用得更多，不僅提高生產(chǎn)效率，而且提升了批量制造質(zhì)量穩(wěn)定性。但在大質(zhì)量灌造方面，因涉及反應(yīng)熱、熱應(yīng)力、收縮率、抗開裂等復(fù)雜的環(huán)氧內(nèi)在結(jié)構(gòu)機(jī)理，環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱不良易積累熱，無法運(yùn)用輔助手段，只能由灌封膠配方品性解決問題。

本研究采用低黏度環(huán)氧和低活性固化劑研制了一種低熱效應(yīng)、無填料的大質(zhì)量結(jié)構(gòu)灌封膠，該膠可室溫固化，反應(yīng)緩和，粘接牢固，柔韌性高，耐化學(xué)腐蝕，且抗開裂，已成功用于某復(fù)合材料管材壓力封頭的灌造，還可應(yīng)用于大型傳感器和線路板盒、工程塑料模鑄件等。

1 試驗(yàn)部分

1.1主要原材料

0164環(huán)氧樹脂，工業(yè)品，無錫藍(lán)星石油化工有限責(zé)任公司;CER-170環(huán)氧樹脂，工業(yè)品，武漢森茂精細(xì)化工有限公司;MDA，工業(yè)品，萬華化學(xué)集團(tuán);T-5000，工業(yè)品，Huntsman;TY-3051，工業(yè)品，天津燕海化學(xué)有限公司;CDX-1250，工業(yè)品，eq0.38-0.42，岳陽昌德化工實(shí)業(yè)有限公司;AncamineK-54，工業(yè)品，贏創(chuàng)特種化學(xué)（上海）有限公司。

1.2儀器及設(shè)備

電子萬能拉力試驗(yàn)機(jī)，50KN，英國(guó);流變儀，MCR302，奧地利;熱電偶溫度記錄儀，XSR80，北京;電子天平，3kg，質(zhì)量0.02g，上海;電子大屏幕計(jì)時(shí)器，上海。

1.2低活性固化劑的合成

在110℃以內(nèi)將400gMDA加熱至足夠溫度液化后投入反應(yīng)器中，再依次投入156gT-5000和200gCDX-1250，并加入適量促進(jìn)劑。均勻攪拌并在90%-110℃加熱恒溫反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間3h。降溫至40℃-60℃后，再向反應(yīng)釜中投入240gTY-3051和0-5gAncamine K-54，攪拌2h分散均勻，制得固化劑B組分。

1.3灌封膠的配制

按一定比例稱取0164環(huán)氧樹脂、CER-170環(huán)氧樹脂和微量助劑，邊真空脫氣邊攪拌混合均勻，制得樹脂主劑A組分。再向其中加入所需量的固化劑B組分，再次脫氣并攪拌混合均勻，即得產(chǎn)品。

1.4性能測(cè)試

凝膠時(shí)間測(cè)試：一次性透明塑料杯中混合100g膠液并靜置反應(yīng)，在杯子外壁液面齊平和液面上1cm處打上刻度線，待膠液黏度變大后每隔10min微傾斜杯子觀察一次，當(dāng)流動(dòng)變得困難，每隔5min將杯子平躺180°觀察，當(dāng)液面30s內(nèi)流淌不超過1cm刻度線時(shí)，即為凝膠時(shí)間的終點(diǎn)。

黏度測(cè)定：采用流變儀測(cè)試，分別測(cè)試灌封膠組分黏度、混合黏度和凝膠黏度。

粘接強(qiáng)度測(cè)定：按GB/T-7124，選擇與實(shí)用材質(zhì)吻合的剪切試片，涂膠粘合并于25℃-30%固化7天，制成單搭接拉伸剪切試樣，然后上拉力機(jī)測(cè)試。

拉伸和壓縮強(qiáng)度測(cè)定：采用專利玻璃模具制成樹脂固化板材，先40℃固化定時(shí)過夜后脫模，再RT固化6天，然后上拉力機(jī)測(cè)試。其余膠本體力學(xué)性能參照類似方法制樣測(cè)試。

模擬灌造試驗(yàn)：將φ2050內(nèi)徑的厚壁筒型管材端頭用塑料薄膜封住底端口，接著在真空攪拌釜中按比例混合均勻2kg膠液，然后直接注入觀察其放熱效應(yīng)、凝膠時(shí)間和固化狀態(tài)。

放熱效應(yīng)測(cè)試：在RT下用熱電偶測(cè)試端頭灌造體的放熱曲線，讀取放熱峰溫度。需要測(cè)試灌造體中心和任兩側(cè)共三點(diǎn)的溫度變化，選擇最高溫度發(fā)生的放熱峰曲線。

2結(jié)果與討論

2.1凝膠時(shí)間、黏度的影響因素

大質(zhì)量灌造用膠的要求凝膠時(shí)間充裕、黏度較低，以增強(qiáng)對(duì)灌造其內(nèi)的各種功能零部件或電子元器件的滲透浸潤(rùn)粘合性，并使反應(yīng)熱有充分的時(shí)間傳導(dǎo)出來。

研究了多種組合，發(fā)現(xiàn)增加CER-170能顯著降低黏度，而T-5000增加能延長(zhǎng)凝膠時(shí)間并增強(qiáng)附著力和膠體柔韌性。但該膠體系中，CER-170增加到A組分總量35%，或者T-5000增量至B組分總量20%時(shí)，RT條件完全固化變得困難，T-5000還使彎曲等本體力學(xué)性能明顯下降。

本次研制的大質(zhì)量灌封膠，選擇指標(biāo)為：混合黏度900-1400cps，凝膠時(shí)間為8-10h。

2.2粘接強(qiáng)度影響因素

壓力管材和電路板盒及電子傳感器的灌造主材質(zhì)一般為PVC、GFRP或ABS。本研究使用100cm×25mm×4mm的標(biāo)準(zhǔn)試片，進(jìn)行PVC-PVC、ABS-ABS、GFRP-GFRP粘接，測(cè)試?yán)旒羟袕?qiáng)度，結(jié)果如表1。

其中，WDJ-1、WDJ-2、WDJ-3依照一定規(guī)律變化：T-5000在B組份的含量在10%-20%之間增長(zhǎng)并取值三個(gè)點(diǎn)，CER-170在A組份的含量在5%-15%之間增量并取值三個(gè)點(diǎn)?？紤]其它性能需求，MDA與CDX-1250的液化反應(yīng)計(jì)量有所調(diào)整。

2.3拉伸和壓縮強(qiáng)度

玻璃模具制成本體膠板后，分別按ISO 527-2、GB/T 1041標(biāo)準(zhǔn)切割成1B型拉伸試樣、10mm×10mm×4mm的壓縮試樣并上機(jī)測(cè)試，結(jié)果見表2。

按照壓力封頭的要求，要求承壓能力強(qiáng)，同時(shí)具備較好的抗拉抗形變性能。

2.4模擬灌造試驗(yàn)和放熱曲線

厚壁筒型管材端頭規(guī)格尺寸為內(nèi)徑φ2050mm*150mm，壁厚為5mm，灌膠2kg，觀察其放熱效應(yīng)、凝膠時(shí)間和固化狀態(tài)。三種灌造體的放熱曲線如上圖3。

由圖3結(jié)果及灌造體觀察得知：（1）由于大質(zhì)量蓄積熱量，本膠灌造體在4-7h即完成了凝膠，較100g杯膠有明顯加快;（2）反應(yīng)過程熱較小，得到了放熱峰在40℃以下的灌封膠配方，反應(yīng)相對(duì)非常平緩;（3）灌造體沒有爆聚、縮孔、脫壁、開裂等不良狀況;（4）灌造體表面無明顯拱突，比較平整。

2.5灌封膠主要性能表

經(jīng)過研究和優(yōu)化，得到了一種大質(zhì)量灌造用灌封膠，其主要性能列表如下表3。

3 結(jié)語

通過低黏度環(huán)氧和低活性固化劑的合理搭配，使灌封膠的黏度大幅度下降，反應(yīng)活性變得平緩。

得到了一種綜合性能優(yōu)良的大質(zhì)量灌封膠，適合2kg質(zhì)量（積層厚度約7cm）灌造體的工程應(yīng)用。