一種電機(jī)用低揮發(fā)膠黏劑的研制

王楨楠，王維昆，王 崢，李微波，王子榮

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十一研究所，上海200233)

0 引 言

星用配套電機(jī)的磁鋼等部件采用粘接方式進(jìn)行固定，膠黏劑中的高分子材料在極端環(huán)境(低溫、高溫、高真空)作用下，材料自身因為發(fā)生物理變化或化學(xué)變化，導(dǎo)致膠黏劑內(nèi)小分子物質(zhì)發(fā)生逃逸(即“放氣”)。當(dāng)材料的質(zhì)量損失達(dá)到3%～10% 時，膠黏劑的力學(xué)強(qiáng)度就會顯著下降，并且放出的小分子會污染航天器內(nèi)部環(huán)境和相關(guān)部件，嚴(yán)重影響到航天電機(jī)和整機(jī)的可靠性。

所研制的四縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂/芳香族超支化樹脂是一種單組份無溶劑糊狀電機(jī)粘接用低揮發(fā)膠黏劑。要求室溫拉伸剪切強(qiáng)度≥15 MPa;耐溫等級從－60℃～130℃;真空試驗后(溫度:125℃±5℃，真空度＜7．0 × 10－3Pa，24 h)質(zhì)量損失率:＜1. 0%。

1 實(shí)驗部分

1.1 主要原料

四縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂，工業(yè)品;芳香族超支化樹脂，工業(yè)品;酸酐型固化劑，工業(yè)品;氣相二氧化硅，工業(yè)品。

1.2 膠黏劑的制備

將四縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂和芳香族超支化樹脂分別在130℃下預(yù)熱，然后冷卻至50℃左右，將其余各組分按比例在50℃～60℃下混合均勻，即可配制成可用的膠黏劑。

1.3 被粘物表面處理及粘接工藝

1．3．1 表面處理工藝

粘接試樣選擇1Cr18Ni9Ti 板材。粘接前試件用丙酮進(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

使用毛刷蘸取一定量的膠黏劑，均勻刷涂于測試板表面，在測試板表面形成一層0．05 mm～0．15 mm 膠層。無需晾置，直接將測試板合攏即可。將合攏后的測試板放入150℃± 2℃烘箱中，保溫30 min。時間到達(dá)后，試片隨箱降溫即可。

1.4 性能測試

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

質(zhì)量損失測試試驗條件參照《QJ1558－88 真空中材料揮發(fā)性測試方法》進(jìn)行。

2 結(jié)果和討論

2.1 芳香族超支化樹脂的用量對剪切強(qiáng)度的影響

超支化樹脂不僅粘度低，對環(huán)氧樹脂還有著增韌增強(qiáng)的作用。我們使用四縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂，以酸酐進(jìn)行固化，研究了芳香族超支化樹脂的用量對剪切強(qiáng)度的影響，如表1 所示。

表1 芳香族超支化樹脂用量的影響

圖1 是超支化樹脂用量與剪切強(qiáng)度的關(guān)系，從圖1 可以看出，隨著超支化樹脂的加入，膠黏劑的剪切強(qiáng)度先增加后減小，存在最大區(qū)間;當(dāng)超支化樹脂含量9%～12% 時，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，其強(qiáng)度是不加入超支化樹脂膠強(qiáng)度120．89%。

圖1 超支化樹脂用量與剪切強(qiáng)度關(guān)系

通過對不同固化物進(jìn)行斷面掃描，我們可以發(fā)現(xiàn)二者之間存在明顯的不同。圖2(a)中，環(huán)氧樹脂的斷面光滑、有裂紋，是典型的脆性斷裂。圖2(b)含有超支化樹脂的固化樣品斷面十分模糊，存在著大量的絲狀物。研究表明，超支化樹脂內(nèi)部存在大量的“空穴”。這些“空穴”使其固化物在受到外力作用時，發(fā)生變形，形成大量的絲狀物，從而增加膠黏劑體系的韌性。

圖2 加與不加超支化樹脂的固化物斷面形態(tài)

2.2 使用溫度對膠黏劑強(qiáng)度的影響

用電機(jī)溫升加環(huán)境溫度，計算出的膠黏劑的工作溫度范圍為－60℃～130℃。以－60℃和130℃為設(shè)定溫度，測定膠黏劑在此溫度下的強(qiáng)度，如表2所示。

結(jié)果表明該種膠黏劑在－60℃和130℃環(huán)境下，仍然具有10 MPa 以上的強(qiáng)度，可以滿足電機(jī)在－60℃～130℃溫度區(qū)間的零件間粘接要求。

表2 測定溫度下，膠黏劑的剪切強(qiáng)度

2.3 高真空環(huán)境對膠黏劑的影響

我們選擇了常用的幾類膠黏劑，制作成標(biāo)準(zhǔn)樣板。樣板在室溫環(huán)境下放置24 h 后，依據(jù)QJ1558 －88 真空中材料揮發(fā)性測試方法進(jìn)行質(zhì)量損失試驗。試驗條件:溫度125℃± 3℃，真空度7．0 × 10－3Pa，試驗時間24 h。試驗結(jié)束后，要求樣品質(zhì)損＜1．0%，結(jié)果如表3 所示。

表3 質(zhì)損測試數(shù)據(jù)

所有膠黏劑都存在質(zhì)損現(xiàn)象，本文研制的膠黏劑質(zhì)損值最小，質(zhì)損值0．7016%，達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。為了研究長時間下質(zhì)損的變化情況，我們?nèi)匀灰罁?jù)QJ1558－88 標(biāo)準(zhǔn)，測試了從0～250 h 各時間點(diǎn)下的質(zhì)損數(shù)據(jù)，并依據(jù)測試的數(shù)據(jù)繪制相關(guān)曲線，如圖3 所示。

圖3 各個時間點(diǎn)，質(zhì)量損失情況

曲線擬合后的放氣模型:

根據(jù)擬合結(jié)果，可以計算出125℃下，120 h、500 h 和30 000 h 的出氣情況。

表4 質(zhì)損模型計算數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)表明:根據(jù)出氣特性擬合模型，計算出125℃下的120 h 后質(zhì)損值分別為0．009 8，同實(shí)測值0．009 6 相近，該數(shù)學(xué)模型為可信模型。外推出500 h 和30 000 h 時的出氣量相同，而且等于120 h時的出氣量，質(zhì)量達(dá)到平衡。

同時，我們復(fù)測了在高溫高真空環(huán)境500 h 時的力學(xué)強(qiáng)度，破壞力達(dá)到4 376．05 N，剪切強(qiáng)度達(dá)到13．74 MPa。測試結(jié)果顯示強(qiáng)度仍然能夠滿足我們電機(jī)設(shè)計要求。

3 結(jié) 語

本文所研制的四縮水甘油胺型環(huán)氧樹脂/芳香族超支化樹脂是一種單組份無溶劑糊狀電機(jī)粘接用低揮發(fā)膠黏劑。該膠黏劑25℃剪切強(qiáng)度達(dá)到18．23 MPa，130℃時剪切強(qiáng)度達(dá)到10．83 MPa。該膠具有低揮發(fā)性能，固化樣品在7．0 × 10－3Pa、125℃環(huán)境下，24 h 質(zhì)量損失率為0．70%，具有很好的應(yīng)用前景。

［1］ 李寶庫．特殊環(huán)境條件下微特電機(jī)的絕緣與粘接［C］/ /第六屆中國小電機(jī)技術(shù)研討會論文集．上海，2001:112－114．

［2］ 張道洪，賈德民，黃險波．超支化環(huán)氧樹脂增韌增強(qiáng)雙酚A 型環(huán)氧樹脂［J］．華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2006，34(9):90－94．

［3］ 楊少華，張曉明，劉心廣，等．斯特林制冷機(jī)關(guān)鍵材料的出氣特性分析［J］．真空與低溫，2008(9):152－156．