CN103374319A - 一种改性低温结构胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改性低温结构胶及其制备方法，它涉及高分子材料技术领域。本发明的改性低温结构胶，其特征在于由如下组分及重量分数组成：环氧树脂50-180份，固化剂10-30份，硅烷偶联剂2-8份，无机纳米粒子2-15份；其制备方法为在适量丙酮溶剂中，利用硅烷偶联剂对无机纳米粒子首先进行分散和表面改性，然后加入到环氧树脂中，经适当机械搅拌后脱除丙酮溶剂，然后再加入相应比例的固化剂即可得改性低温结构胶。本发明中的改性低温结构胶在保持良好的流动性、填充性和粘接强度等优点时，突入优点是具有更好的热导性能和较小的热收缩率，且制备工艺简单，具有很强的实用性。

Description

一种改性低温结构胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体是指一种无机纳米粒子改性的低温结构胶及其制备方法，它用于对DW-3环氧树脂胶进行改性。 

背景技术

环氧树脂是一种粘接性好、耐腐蚀性强，电绝缘性优异，并具有良好力学性能的热固性高分子合成材料，作为胶粘剂、涂料和复合板等材料的基体树脂广泛地应用于建筑、机械、航天航空、电子电气等领域。环氧树脂合成材料的性能与树脂结构、配比和制备工艺密切相关，常规的环氧树脂合成物脆性大，热收缩率高，耐疲劳和耐湿热性较差，使用时性能降低，甚至出现物理断裂，尤其是在一些高温、低温、高负荷和高场强的特殊环境里。纳米粒子(粒径1-100nm)比表面积大，活性高，易与环氧树脂分子键合，是一种环氧树脂改性的重要填料，在质量分数较低的情况下就可以大幅度地改变环氧树脂合成材料的性能，从而可以满足不同环境条件下的需求。Goyal等制备的纳米氧化铝PEEK材料，当纳米Al₂O₃的含量为12vol%时，材料的热膨胀系数与铜相当(R.K.Goyal,A.N.Tiwari,U.P.Mulik et al.Novel high performance Al₂O₃/poly(ether ether ketone)nanocomposites for electronics applications.Composites Science and Technology.2007,67:1802-1812)；在张淑慧等人利用纳米SiO₂改性环氧树脂胶粘剂的研究中，当基体树脂中的纳米SiO₂含量为3%时，改性环氧树脂胶粘剂的拉伸强度和冲击强度分别提高了28.8%和22.6%(张淑慧,梁国正,崔红等.纳米SiO₂改性环氧树脂胶粘剂的研究.中国胶粘剂,2008,17(6):1-9)。DW-3低温结 构胶也是以环氧树脂为基体树脂的胶粘剂，工作温度范围-269℃-60℃，主要用于低温环境下的结构封装，其中最典型的应用就是致冷性红外探测器的封装，如探测器与制冷机装载面的连接、探测器铟柱互连区的灌封保护。由于结构胶与其它材料之间较大的热膨胀系数差异，当探测器上温度由室温降至80K的工作温度时，在有结构胶连接的界面层必然产生相当大的应力，因此时常导致连接的失效和探测器性能的降低。 

发明内容

为了解决当前低温结构胶热收缩率大，热传导性差的技术问题，本发明的目的是提供一种热收缩率相对较小，热传导性相对更佳的改性低温结构胶及相应的制备方法，所釆用的技术方案是：利用无机纳米粒子表面活性高，与基体环氧树脂结合能力强等特点，首先用硅烷偶联剂对其进行表面活性处理，并经磁力搅拌、超声分散后，加入到基体环氧树脂中，从而达到对低温结构胶改性提高其性能的目的。 

本发明的改性低温结构胶，它包括环氧树脂、固化剂、硅烷偶联剂和无机纳米粒子，其特征在于：所述的改性低温结构胶由如下组分及重量分数组成：环氧树脂50-180份，固化剂10-30份，硅烷偶联剂2-8份，无机纳米粒子2-15份；其中，所述的环氧树脂采用上海合成树脂研究所生产的DW-3低温结构胶中的聚氨酯改性环氧树脂，所述的固化剂采用DW-3低温结构胶中的590固化剂；所述的硅烷偶联剂采用DW-3低温结构胶中的KH-550硅烷偶联剂；所述的无机纳米粒子采用纳米粒子平均粒径在10nm至100nm的纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅或纳米碳化硅。 

改性低温结构胶的制备方法步骤如下： 

1）无机纳米粒子在温度50℃-65℃环境下干燥去除水分，干燥时间10-15 小时； 

2）2-15份的纳米无机粒子和2-8份的硅烷偶联剂加入到丙酮溶剂中，磁力搅拌15-30分钟，随后超声分散15-30分钟； 

3）步骤2）中溶液超声完后立即将其倒入50-180份的环氧树脂中，玻璃棒机械搅拌3-5分钟； 

4）步骤3）样品脱除丙酮溶剂，温度40℃-60℃，烘烤时间依溶剂量不同而不同,烘烤期间定期用步骤3）中玻璃棒进行机械搅拌，促进溶剂挥发； 

5）10-30份的固化剂加入步骤4）中环氧树脂中，用步骤3）中玻璃棒继续机械搅拌3-5分钟； 

6）环氧树脂样品真空脱气，得到改性低温结构胶。 

本发明的优点： 

1.改性低温结构胶保持了良好的流动性、填充性和粘接强度等特点，具有更好的热传导性能和较小的热收缩率。 

2.利用低温结构胶配方中的硅烷偶联剂对纳米无机粒子进行表面处理，在不引入新的有机材料成分情况下，既达到了对无机纳米粒子活性处理的目的，又能保持低温结构胶原有的其它优异性能。 

3.纳米粒子填料改性环氧树脂，用量相对更少。 

4.磁力搅拌、超声分散以及无机纳米粒子表面活性处理等物理、化学方法的引入，使得纳米粒子在环氧树脂合成材料的分散性好，整个制备工艺过程简单，实用性强。 

具体实施方式

通过实例对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，实施例中所需的环氧树脂，固化剂，硅烷偶联剂分别为上海合成树脂研究所生产出售的DW-3 低温结构胶中的聚氨酯改性环氧树脂、590固化剂和KH-550硅烷偶联剂三种原成分；无机纳米粒子为平均粒径约80nm的三氧化二铝纳米粉末，如下所用的物质份数均为重量份数： 

实施例1 

1）将平均粒径约80nm的三氧化二铝纳米粉末在温度55℃的烘箱中干燥12小时，以去除水分。 

2）称取2份三氧化二铝纳米粉末和2份KH-550硅烷偶联剂加入到40份丙酮溶剂中，磁力搅拌20分钟，随后超声分散20分钟。 

3）步骤2）中溶液超声完后立即将其倒入50份的聚氨酯改性环氧树脂中，玻璃棒机械搅拌4分钟。 

4）步骤3）样品在温度50℃下脱除丙酮溶剂，时间30分钟，期间每10分钟用步骤3）中玻璃棒机械搅拌一次。 

5）10份的590固化剂加入步骤4）中环氧树脂中，用步骤3）中玻璃棒继续机械搅拌4分钟。 

6）环氧树脂样品真空脱气，得到改性低温结构胶，从而便可用于后续粘接与灌封。 

实施例2 

1）将平均粒径约80nm的三氧化二铝纳米粉末在温度55℃的烘箱中干燥12小时，以去除水分。 

2）称取7份三氧化二铝纳米粉末和4份KH-550硅烷偶联剂加入到100份丙酮溶剂中，磁力搅拌25分钟，随后超声分散25分钟。 

3）步骤2）中溶液超声完后立即将其倒入100份的聚氨酯改性环氧树脂中，玻璃棒机械搅拌4分钟。 

4）步骤3）样品在温度50℃下脱除丙酮溶剂，时间40分钟，期间每10分钟用步骤3）中玻璃棒机械搅拌一次。 

5）20份的590固化剂加入步骤4）中环氧树脂中，用步骤3）中玻璃棒继续机械搅拌4分钟。 

6）环氧树脂样品真空脱气，得到改性低温结构胶，从而便可用于后续粘接与灌封。 

实施例3 

1）将平均粒径约80nm的三氧化二铝纳米粉末在温度55℃的烘箱中干燥12小时，以去除水分。 

2）称取15份三氧化二铝纳米粉末和8份KH-550硅烷偶联剂加入到200份丙酮溶剂中，磁力搅拌30分钟，随后超声分散30分钟。 

3）步骤2）中溶液超声完后立即将其倒入180份的聚氨酯改性环氧树脂中，玻璃棒机械搅拌4分钟。 

4）步骤3）样品在温度50℃下脱除丙酮溶剂，时间50分钟，期间每10分钟用步骤3）中玻璃棒机械搅拌一次。 

5）30份的590固化剂加入步骤4）中环氧树脂中，用步骤3）中玻璃棒继续机械搅拌4分钟。 

6）环氧树脂样品真空脱气，得到改性低温结构胶，从而便可用于后续粘接与灌封。 

对比例(上海合成树脂研究所生产出售的DW-3低温结构胶) 

1）依次称取20份590固化剂、4份KH-550硅烷偶联剂加入到100份聚氨酯改性环氧树脂中 

2）用玻璃棒对步骤1）中合成物持续机械搅拌4分钟。 

3）步骤2）中合成物真空脱气，得到DW-3低温结构胶 

低温结构胶样品热收缩率测试：将实施例1、实施例2和实施例3和对比例中的低温结构胶充入到长20mm x宽1.5mm x高1mm长方体模具中，固化后成型制成低温结构胶样品，测量样品从室温降至低温80K时长度收缩率，得到其线膨胀收缩系数，测量结果如下表所示，可知经过无机纳米粒子改性后的低温结构胶与上海合成树脂研究所生产出售的DW-3低温结构胶相比具有相对更小的线膨胀收缩系数。 

Claims (2)

1.一种改性低温结构胶，它包括环氧树脂、固化剂、硅烷偶联剂和无机纳米粒子，其特征在于：所述的改性低温结构胶由如下组分及重量分数组成：环氧树脂50-180份，固化剂10-30份，硅烷偶联剂2-8份，无机纳米粒子2-15份；其中，所述的环氧树脂采用上海合成树脂研究所生产的DW-3低温结构胶中的聚氨酯改性环氧树脂，所述的固化剂采用DW-3低温结构胶中的590固化剂；所述的硅烷偶联剂采用DW-3低温结构胶中的KH-550硅烷偶联剂；所述的无机纳米粒子采用纳米粒子平均粒径在10nm至100nm的纳米三氧化二铝、纳米二氧化硅或纳米碳化硅。

2.根据权利要求1所述的一种改性低温结构胶，其特征在于：所述的改性低温结构胶的制备方法包括如下步骤：

1）无机纳米粒子在温度50℃-65℃环境下干燥去除水分，干燥时间10-15小时；

2）2-15份的纳米无机粒子和2-8份的硅烷偶联剂加入到丙酮溶剂中，磁力搅拌15-30分钟，随后超声分散15-30分钟；

3）步骤2）中溶液超声完后立即将其倒入50-180份的环氧树脂中，玻璃棒机械搅拌3-5分钟；

4）步骤3）样品脱除丙酮溶剂，温度40℃-60℃，烘烤时间依溶剂量不同而不同,烘烤期间定期用步骤3）中玻璃棒进行机械搅拌，促进溶剂挥发；

5）10-30份的固化剂加入步骤4）中环氧树脂中，用步骤3）中玻璃棒继续机械搅拌3-5分钟；

6）环氧树脂样品真空脱气，得到改性低温结构胶。