葉振東，徐 磊，王楨楠

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

航天用感應(yīng)同步器作為某型號(hào)高精度電機(jī)組件的核心部件，其加工制作尤為關(guān)鍵。感應(yīng)同步器是由銅箔、聚酰亞胺絕緣層和基板等疊壓而成，各層之間用膠黏劑進(jìn)行粘接。在過去的生產(chǎn)中，我們采用大量溶劑稀釋204酚醛膠后進(jìn)行噴涂，將膠黏劑均勻撒播在工件表面，晾干后，再進(jìn)行各個(gè)部件的粘接。這樣操作的缺點(diǎn)較多：大量使用溶劑，溶劑揮發(fā)會(huì)污染環(huán)境；膠膜晾置的過程受環(huán)境濕度影響，在雨季粘接效果不理想；噴涂后的膠膜往往裹挾大量的空氣，疊合過程中易產(chǎn)生鼓包，感應(yīng)同步器的成品不良率較高。為此，我們研制一種專用板-板粘接用膠膜。將這種專用膠膜放置于銅箔、聚酰亞胺絕緣層、基板疊壓之間，然后通過熱壓的方式將整個(gè)體系粘接成為一個(gè)整體部件，操作簡(jiǎn)單方便，可適用于各種尺寸、各種批量的生產(chǎn)加工。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器

原料：E-54雙酚A型環(huán)氧樹脂，D37聚醚胺樹脂，雙氰胺，改性咪唑，改性脲D，核殼共聚物(F型、M型、P型)，聚氨酯預(yù)聚體，端羧基丁腈橡膠(CTBN)。

儀器設(shè)備：加熱攪拌裝置，CMT4204電子控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)，DSC Q250差式掃描量熱儀，TGA Q5000熱重分析天平。

1.2 膠黏劑(膠膜)的制備

將環(huán)氧樹脂(E-54)、聚醚胺改性環(huán)氧樹脂(D37)于反應(yīng)釜中，水浴加熱至60 ℃～80 ℃，使其完全混合，攪拌均勻，加入增韌劑繼續(xù)攪拌30 min。攪拌均勻后冷卻至40 ℃左右時(shí)加入促進(jìn)劑，再次均勻攪拌后倒出產(chǎn)物，得到環(huán)氧樹脂膠黏劑。

用濕法流延成膜的方式將環(huán)氧樹脂膠黏劑在50 ℃左右涂覆在離型紙上，并添加無紡布骨架，制成環(huán)氧樹脂膠膜。

1.3 被粘物表面處理及粘接工藝

1.3.1 表面處理工藝

粘接試樣的測(cè)試板選擇1Cr18Ni9Ti不銹鋼板材，粘接前測(cè)試板粘接面需用丙酮進(jìn)行除油處理。處理結(jié)束后，放入草酸37份(質(zhì)量比)，98%濃硫酸36份，去離子水300份，配制成的處理液在85 ℃～90 ℃處理10 min，取出后清水沖洗，在93 ℃下干燥10 min～15 min，備用。

1.3.2 粘接工藝

使用筆刷蘸取一定量的膠黏劑，均勻刷涂于測(cè)試板表面，在測(cè)試板表面形成一層0.05～0.15 mm膠層。無需晾置，直接將測(cè)試板合攏即可。將合攏后的試樣放入150 ℃±2 ℃的烘箱中，保溫30 min。時(shí)間到達(dá)后，試樣隨箱降至室溫即可。

1.4 性能測(cè)試

拉伸剪切強(qiáng)度參照GB/T 7124—1986《膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)定方法(金屬-金屬)》在萬能材料測(cè)試儀上進(jìn)行。

質(zhì)量損失測(cè)試參照QJ 1558—88《真空中材料揮發(fā)性測(cè)試方法》進(jìn)行測(cè)試。

膠膜性能測(cè)試依據(jù)該型號(hào)無刷雙通道感應(yīng)同步器加工工藝以及感應(yīng)同步器試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行。

2 結(jié)果和討論

2.1 促進(jìn)劑對(duì)膠黏劑的影響

雙氰胺是一種性能較好的環(huán)氧樹脂潛伏性固化劑，主要缺點(diǎn)是固化溫度偏高(160 ℃～170 ℃)。為了降低固化溫度，提高固化速度，通常采取兩種途徑：添加促進(jìn)劑和改性雙氰胺。促進(jìn)劑一般選擇脲類或咪唑類，既能保證固化溫度在120 ℃以下，又可以保證室溫下有足夠長(zhǎng)的適用期。

我們采用自研的改性咪唑和改性脲D類促進(jìn)劑對(duì)雙氰胺的促進(jìn)效果進(jìn)行了對(duì)比，采用差式量熱儀對(duì)固化反應(yīng)進(jìn)行掃描通過實(shí)驗(yàn)，在加入促進(jìn)劑后固化反應(yīng)發(fā)生明顯的前移，反應(yīng)起始點(diǎn)由157.9 ℃前移至120 ℃附近(雙氰胺+改性脲D：114.3 ℃；雙氰胺+改性咪唑：122.5 ℃)，達(dá)到了降低反應(yīng)固化溫度的初衷。

圖1 改性咪唑和改性脲D促進(jìn)雙氰胺固化的DSC

我們又對(duì)兩種促進(jìn)體系的保存期進(jìn)行了室溫(23 ℃±2 ℃)和低溫(5 ℃～10 ℃)下的保存期實(shí)驗(yàn)考察，結(jié)果如表1所示。

表1 改性咪唑和改性脲D促進(jìn)雙氰胺體系室溫/低溫保存期實(shí)驗(yàn)

結(jié)合上述兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，改性咪唑和改性脲類對(duì)雙氰胺都具有較好的促進(jìn)效果，可以滿足在中溫(120 ℃左右)下的固化。在室溫/低溫保存期上，改性咪唑促進(jìn)雙氰胺時(shí)較改性脲D促進(jìn)雙氰胺更具有明顯優(yōu)勢(shì)。我們選用改性咪唑作為促進(jìn)劑。

2.2 增韌材料對(duì)膠黏劑的影響

環(huán)氧樹脂膠黏劑的增韌主要有液體端羧基丁腈橡膠(CTBN)增韌、聚丙烯酸酯類彈性體增韌、有機(jī)硅增韌、聚氨酯預(yù)聚體增韌、納米材料改性、柔韌性型環(huán)氧樹脂增韌等。我們選擇核殼共聚物(F型、M型、P型)、聚氨酯預(yù)聚體(E15)、端羧基丁腈橡膠(CTBN)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比，效果對(duì)比如表2所示。

表2 增韌材料對(duì)環(huán)氧樹脂的增韌效果對(duì)比

將相同份數(shù)的幾種增韌劑對(duì)環(huán)氧樹脂的進(jìn)行增韌，效果可見表2，相同份數(shù)的CTBN增韌效果較差，其余幾種核殼共聚物和聚氨酯改性環(huán)氧對(duì)環(huán)氧樹脂都具有較好的增韌效果，其中E15和F型的綜合性能最好。結(jié)合使用工藝，聚氨酯預(yù)聚體E15更為簡(jiǎn)便，確定聚氨酯預(yù)聚體E15作為增韌材料。

2.3 膠膜力學(xué)性能、低揮發(fā)性能測(cè)試及分析

用濕法流延成膜方式制成環(huán)氧樹脂膠膜，對(duì)該膠膜進(jìn)行綜合力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 膠膜的綜合力學(xué)性能測(cè)試

依據(jù)QJ 1558—88《真空中材料揮發(fā)性能測(cè)試方法》，對(duì)膠膜的低揮發(fā)性進(jìn)行真空放氣性測(cè)試，指標(biāo)如表4所示。

表4 膠膜真空質(zhì)損實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在固化反應(yīng)時(shí)，雙氰胺上的活潑氫與環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行加成反應(yīng)，產(chǎn)生大量的羥基；另外，剩余的腈基與羥基繼續(xù)反應(yīng)，同時(shí)腈基與環(huán)氧基團(tuán)也開始發(fā)生反應(yīng)。

2.4 感應(yīng)同步器壓合工藝及性能測(cè)試

感應(yīng)同步器主要是將不同的材質(zhì)進(jìn)行相互粘接，除了基本的強(qiáng)度測(cè)試，還需要測(cè)試不同材料的粘接情況。我們對(duì)感應(yīng)同步器鋁-銅材質(zhì)進(jìn)行壓裝粘接，加工過程如圖2所示。

圖2 感應(yīng)同步器壓合過程及壓合后成品

壓裝粘接后，鋁-銅材質(zhì)粘接效果良好，通過敲擊檢查粘接層完整，無氣孔。而后采用銑加工方式，對(duì)表面銅層進(jìn)行加工，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的刀具會(huì)對(duì)表面銅層產(chǎn)生沖擊。我們用模擬加工繞組圖樣的方式來檢驗(yàn)?zāi)z膜抗沖擊性能，使用直徑0.35 mm銑刀，轉(zhuǎn)速12 000 r/min，對(duì)銅箔及絕緣層進(jìn)行銑削加工，繞組紋路復(fù)雜，最細(xì)處只有0.48 mm寬。

機(jī)刻加工后，感應(yīng)同步器試樣繞組紋路清晰，切削邊界無翹曲、無翻邊現(xiàn)象，如圖3所示。將加工完成后的感應(yīng)同步器試樣進(jìn)行宇航環(huán)境試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容如表5所示。

表5 感應(yīng)同步器模擬件環(huán)境試驗(yàn)內(nèi)容

圖3 機(jī)刻后的感應(yīng)同步器樣品

環(huán)境試驗(yàn)后的感應(yīng)同步器，表面銅箔繞組圖樣完整、邊界清晰，無翹起、脫離等現(xiàn)象。材料受到環(huán)境應(yīng)力影響，材料會(huì)發(fā)生膨脹或收縮，鋁和銅作為金屬材料其膨脹系數(shù)相近，而膠黏劑作為非金屬材料，其膨脹系數(shù)是金屬材料的10倍以上。為了有效控制膠黏劑的不均勻膨脹(收縮)，我們?cè)谀z層中預(yù)設(shè)玻璃纖維織物，作為“骨架”填充其中，降低膨脹系數(shù)的同時(shí)，也可以對(duì)各層材料進(jìn)行有效的牽扯，平均分擔(dān)環(huán)境應(yīng)力產(chǎn)生的形變。試驗(yàn)結(jié)束后，證明該膠膜具有較好的抗機(jī)械沖擊性和耐環(huán)境性要求。

3 結(jié) 語

本文研制了一種航天用感應(yīng)同步器專用板-板粘接膠膜，這種膠膜采用環(huán)氧樹脂(E-54)/聚醚胺改性環(huán)氧樹脂(D37)/雙氰胺作為膠的主劑和固化劑，選用改性咪唑作為促進(jìn)劑，并輔以增韌材料和纖維織物“骨架”，使膠膜具有良好韌性、環(huán)境適應(yīng)性、機(jī)械性能和工藝可操作性。目前使用該膠膜制成的航天用感應(yīng)同步器已通過了某型號(hào)項(xiàng)目鑒定級(jí)試驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足技術(shù)要求，達(dá)到了研制的目的。