耐溫高韌性機(jī)車電機(jī)環(huán)氧灌封膠母料的制備

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，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：TQ433.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0001-04

隨著社會的進(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、分類及評價標(biāo)準(zhǔn)國內(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)度保持率來評定。而灌封膠的韌性一般表現(xiàn)在各種力學(xué)性能上，測試數(shù)據(jù)主要為拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、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，須對環(huán)氧樹脂體系按照適用場合和客戶需求進(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），國都化工（昆山）有限公司;有機(jī)硅嵌段共聚物W35，瓦克國際集團(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Nexus公司;TGA 4000型熱重分析儀，美國PE公司;GWGS-1000L型高溫高濕試驗(yàn)箱，上海凱測實(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《塑料拉伸性能的測定》在伺服控制材料試驗(yàn)機(jī)測試，試驗(yàn)速率20mm/rain，測試溫度為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)測試，試驗(yàn)速率10mm/min，測試溫度為25℃±2℃。

紅外光譜：測試光譜范圍為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，勻速搖動電阻表，絕緣電阻≥50Mn。

耐壓：將程控耐電壓測試儀的正負(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，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，拉伸強(qiáng)度提高88%，斷裂伸長率提高120%，彎曲強(qiáng)度提高81%。

2.3 MXl54添加量對灌封膠性能的影響

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)用性能測試。