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        耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)環(huán)氧灌封膠母料的制備

        2019-12-02 14:54:12蔣寅
        粘接 2019年10期
        關(guān)鍵詞:高韌性耐溫

        蔣寅

        摘要:以雙酚A型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和增韌劑作為A主劑,以有機(jī)酸酐和促進(jìn)劑作為固化劑制備一種耐溫高韌性環(huán)氧膠。研究了各物料種類和添加量對(duì)膠體玻璃化溫度和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)各物料為一定比例時(shí),制備的環(huán)氧膠玻璃化溫度為137°C,拉伸強(qiáng)度為76.1MPa,彎曲強(qiáng)度為130MPa。以此環(huán)氧膠作為母料制備的機(jī)車電機(jī)灌封膠可以滿足機(jī)車電機(jī)的應(yīng)用要求。

        關(guān)鍵詞:耐溫;高韌性;機(jī)車電機(jī);環(huán)氧灌封膠

        中圖文獻(xiàn)號(hào):TQ433.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1001-5922(2019)10-0001-04

        隨著社會(huì)的進(jìn)步,環(huán)氧膠在航空航天、汽車、電子、軍工和機(jī)械制造業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。關(guān)于灌封膠耐溫性的定義、分類及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)外尚未統(tǒng)一,一般來說,耐溫性能應(yīng)按照在特定的溫度、時(shí)間和介質(zhì)中能保持設(shè)計(jì)所要求的粘接強(qiáng)度,或具有一定的強(qiáng)度保持率來評(píng)定。而灌封膠的韌性一般表現(xiàn)在各種力學(xué)性能上,測(cè)試數(shù)據(jù)主要為拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彎曲強(qiáng)度和彈性模量等。環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的粘接性、物理機(jī)械性和良好的加工性能得到了廣泛的應(yīng)用,但是其固化后膠體中的C-C鍵、C-H鍵鍵能較小且?guī)в辛u基等結(jié)構(gòu),使得環(huán)氧固化物具有很脆,抗剝離、抗沖擊等能力較差,易受水影響,耐溫性能較差等缺點(diǎn)。因此,須對(duì)環(huán)氧樹脂體系按照適用場(chǎng)合和客戶需求進(jìn)行一定的改性和研究。

        目前市面上機(jī)車大型電機(jī)普遍采用的是環(huán)氧一改性胺體系的環(huán)氧灌封膠,其具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度,優(yōu)良的伸長(zhǎng)率。但由于其玻璃化溫度較低,在電機(jī)運(yùn)行中,膠體自身強(qiáng)度和絕緣性大大降低。文章探究一種環(huán)氧一有機(jī)酸酐體系的灌封膠的母料,著重提高灌封膠的耐溫和韌性,使其應(yīng)用于機(jī)車大型電機(jī)的灌封中。

        1實(shí)驗(yàn)部分

        1.1主要原料

        雙酚A型環(huán)氧樹脂E-39D(環(huán)氧值0.39mol/100g),江蘇三木集團(tuán)股份有限公司;3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3,4—環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯TIA21LP(環(huán)氧值0.77mol/100g),江蘇泰特爾新材料科技有限公司;有機(jī)硅核殼環(huán)氧樹脂EPX-152(環(huán)氧值0.42mol/100g)、核殼增韌環(huán)氧樹脂EPX-153(環(huán)氧值0.40mol/100g),上海絡(luò)合化學(xué)有限公司;超支化聚酯環(huán)氧多功能改性劑cYH-277,自逸超支化聚合物科技(武漢)有限公司;丁腈橡膠861340(環(huán)氧值0.30mol/100g),深圳佳迪達(dá)新材料科技有限公司;聚已內(nèi)酯多元醇210,深圳光華偉業(yè)實(shí)業(yè)有限公司;BPA-PO柔性環(huán)氧樹脂KDSF-180(環(huán)氧值0.30tool/100g),國(guó)都化工(昆山)有限公司;有機(jī)硅嵌段共聚物W35,瓦克國(guó)際集團(tuán)有限公司;聚丁二烯橡膠核殼環(huán)氧樹脂MXl50(環(huán)氧值0.32mol/100g)、MXl54(環(huán)氧值0.33mol/100g),大連連晟貿(mào)易有限公司;甲基四氫鄰苯二甲酸酐(MeTHPA)、六氫鄰苯二甲酸酐(HHPA),濮陽惠成電子材料股份有限公司;芐基二甲胺(BDMA),杭州施特安化工有限公司。

        1.2儀器與設(shè)備

        TY8000系列伺服控制材料試驗(yàn)機(jī),上海天源試驗(yàn)設(shè)備有限公司;DSC示差掃描量熱儀,日本日立公司;370型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR),美國(guó)Nexus公司;TGA 4000型熱重分析儀,美國(guó)PE公司;GWGS-1000L型高溫高濕試驗(yàn)箱,上海凱測(cè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;GDJS-1000L型高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱,廈門群隆儀器有限公司;3CJ-100S型高低溫沖擊試驗(yàn)箱,江蘇艾默生試驗(yàn)儀器科技有限公司;ZC25-3型絕緣電阻表,500V,南京金川電表制造有限公司;YD981 1A型程控耐電壓測(cè)試儀,常州揚(yáng)子電子有限公司。

        1.3膠樣的制備

        按一定的比例將E-39D、TFA21LP和增韌劑混合,攪拌均勻后,在-0.1MPa/50°C下保溫2h,制得灌封膠的主劑A。

        按一定的比例將有機(jī)酸酐與BDMA混合,攪拌均勻后,在0.1MPa/50°C下保溫2h,制得灌封膠的固化劑B。

        1.4性能測(cè)試

        玻璃化溫度(Tg):采用DSC示差掃描量熱儀,升溫速率為30°C/min,溫度區(qū)間為30-160°C。

        拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、彈性模量:使用模具將灌封膠澆注成200mmX 10mmX3mm的啞鈴狀試樣,參考GB/T 1040.1《塑料拉伸性能的測(cè)定》在伺服控制材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試,試驗(yàn)速率20mm/rain,測(cè)試溫度為25℃±2℃。

        彎曲強(qiáng)度:使用模具將灌封膠澆注成200mmX10mmX3ram的長(zhǎng)方形試樣,參考GB/T 9341-2000《塑料彎曲性能試驗(yàn)方法》在伺服控制材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)試,試驗(yàn)速率10mm/min,測(cè)試溫度為25℃±2℃。

        紅外光譜:測(cè)試光譜范圍為400-4000cm-1,掃描32次。

        熱重分析:樣品于氮?dú)夥諊?,?0°C/min的升溫速率從30℃掃描至850℃,并于850℃保持5min。

        絕緣電阻:將絕緣電阻表的正負(fù)極分別接連電機(jī)的外殼和銅線,勻速搖動(dòng)電阻表,絕緣電阻≥50Mn。

        耐壓:將程控耐電壓測(cè)試儀的正負(fù)極分別接連電機(jī)的外殼和銅線,設(shè)定為1500V/60s,漏電流≤10mA。

        2結(jié)果與討論

        2.1TFA21LP添加量對(duì)灌封膠性能的影響

        將TFA21LP和E-39D按照不同的比例混合,固化劑選用MeTHPA,促進(jìn)劑選用BDMA(用量為固化劑總質(zhì)量的2%),攪拌混合均勻。固化條件為90℃/2h+110℃/2h。試樣的要求和測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以E-39D和TYA21LP混合物作為主劑,MeTHPA作為固化劑。制備的環(huán)氧膠隨著TFA21LP用量的增加,試樣的玻璃化溫度逐漸上升,力學(xué)性能逐漸下降。因?yàn)門IA21LP作為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂,其環(huán)氧基直接連接在脂環(huán)上,能形成緊密的剛性分子結(jié)構(gòu),固化后交聯(lián)密度增大,因此玻璃化溫度比較高。但由于其環(huán)氧當(dāng)量小,交聯(lián)密度高,固化物較脆,韌性較差。綜上,當(dāng)TrA21IJP為A組份用量的30%時(shí),試樣玻璃化溫度為133℃,已能滿足高溫要求,將在其力學(xué)性能上做進(jìn)一步調(diào)整。

        2.2增韌劑種類對(duì)灌封膠性能的影響

        將E-39D、TA21LP和增韌劑按照質(zhì)量比50:30:20混合。固化劑選用MeTHPA,促進(jìn)劑選用BDMA(用量為固化劑總質(zhì)量的2%),攪拌混合均勻。固化條件為90℃/2h+1 10℃/2h。試樣的要求和測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以E-39D、TrA21LP和增韌劑按照質(zhì)量比50:30:20混合后作為主劑,MeTHPA作為固化劑。制備的環(huán)氧膠在玻璃化溫度和力學(xué)性能上有較大的差異。其中核殼類增韌劑對(duì)玻璃化溫度有較好的保持作用。在力學(xué)方面,聚丁二烯橡膠核殼環(huán)氧樹脂MXl54表現(xiàn)出色,當(dāng)添加量為20份時(shí),拉伸強(qiáng)度提高88%,斷裂伸長(zhǎng)率提高120%,彎曲強(qiáng)度提高81%。

        2.3 MXl54添加量對(duì)灌封膠性能的影響

        將E-39D、TTA21LP和MXl54按照不同的比例混合,其中TYA21LP為30份。固化劑選用MeTH.PA,促進(jìn)劑選用BDMA(用量為固化劑總質(zhì)量的2%),攪拌混合均勻。固化條件為90℃/2h+110%/2h。試樣的要求和測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以E-39D、TYA21LP和MXl54按照不同的比例混合后作為主劑,MeTHPA作為固化劑。制備的環(huán)氧膠由于MXl54添加量的改變,其玻璃化溫度未有明顯變化,可見該類橡膠核殼環(huán)氧樹脂對(duì)玻璃化溫度的保持效果明顯。隨著MXl54在體系中逐漸增加,力學(xué)性能有較大的改善,而隨著用量的繼續(xù)加大,會(huì)引起核殼粒子在物料內(nèi)部出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,產(chǎn)生缺陷,成為應(yīng)力集中點(diǎn),進(jìn)而使物料應(yīng)對(duì)外力破壞的能力下降,使物料力學(xué)性能有所下降。故E-39D、TFA21LP和MXl54的最佳質(zhì)量比選擇為50:30:20。

        2.4HHPA添加量對(duì)灌封膠性能的影響

        將E-39D、TFA21LP和MXl54的按照質(zhì)量比50:30:20混合。固化劑選用MeTHPA和HHPA混合物,促進(jìn)劑選用BDMA(用量為固化劑總質(zhì)量的2%),攪拌混合均勻。按照質(zhì)量比100:82攪拌混合。固化條件為90℃/2h+110%/2h。試樣的要求和測(cè)試數(shù)據(jù)如表4所示。

        實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:以E-39D、TrA21LP和MXl54按照質(zhì)量比50:30:20混合后作為主劑,MeTHPA和HHPA混合物作為固化劑。制備的環(huán)氧膠由于MeTH.PA和HHPA添加比例的改變,其玻璃化溫度未有明顯變化,是因?yàn)門YA21LP等的加人,已使試樣的交聯(lián)密度達(dá)到極限。隨著HHPA在固化劑中逐漸增加,力學(xué)性能逐漸下降,故選擇MeTHPA作為固化劑。

        2.5熱重分析

        由圖1可知,耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)環(huán)氧灌封膠母料熱失重5%和10%的溫度分別為330%和350%左右,400℃時(shí)的殘?zhí)悸蕿?4.7%,表明物料具有較好的耐高溫性能。

        2.6耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)灌封膠的制備和測(cè)試

        2.6.1耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)灌封膠的建議配方

        將母料加人相應(yīng)的填料和助劑,配置成耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)灌封膠,參考配方如表5所示。

        2.6.2耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)灌封膠的測(cè)試數(shù)據(jù)

        使用本文所述灌封膠澆筑大型機(jī)車電機(jī)后進(jìn)行應(yīng)用性能測(cè)試,數(shù)據(jù)如表6所示。

        3結(jié)語

        1)制備了一種耐溫高韌性環(huán)氧膠,其玻璃化溫度為137%,拉伸強(qiáng)度為76.1MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為6.4%,彈性模量為1116MPa,彎曲強(qiáng)度為130MPa,可作為機(jī)車大型電機(jī)灌封膠的母料。

        2)以雙酚A型環(huán)氧樹脂E-39D、3,4一環(huán)氧環(huán)己基甲基-3,4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯TTA21LP和聚丁二烯橡膠核殼環(huán)氧樹脂MXl54為主劑,其質(zhì)量比為50:30:20。以甲基四氫鄰苯二甲酸酐MeTHPA和芐基BD.MA二甲胺為固化劑,其質(zhì)量比為98:2。主劑和固化劑的混合質(zhì)量比為100:82。

        3)以該種環(huán)氧膠作為母料制備的機(jī)車大型電機(jī)灌封膠可以滿足電機(jī)的應(yīng)用性能測(cè)試。

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