CN104497483B

CN104497483B - 一种轻质环氧树脂微孔发泡材料及其制备方法

Info

Publication number: CN104497483B
Application number: CN201410766696.9A
Authority: CN
Inventors: 王醴均; 高萍; 张纯; 蒋团辉; 龚维; 何力
Original assignee: Guizhou Material Industrial Technology Research Institute
Current assignee: Guizhou Material Industrial Technology Research Institute
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: CN104497483A

Abstract

本发明公开了一种轻质环氧树脂微孔发泡材料及其制备方法，按照重量计算，该材料成分包括：环氧树脂40~60份、固化剂30~50份、助剂0.001~1份、纳米无机粒子1~20份、发泡剂0.05~5份、增韧剂1~10份；其制备方法是：取环氧树脂、固化剂、纳米无机粒子、固化助剂、增韧剂预固化至室温下体系成固体状态，冷却后与发泡剂一起碾磨成粉，然后取料粉在高温下发泡成型即可。本发明制备的发泡材料泡孔平均直径小，泡孔尺寸分布均匀，表观密度可控，可以制备中密度、高密度微孔发泡材料和低密度发泡材料，并且得到的粉末环氧树脂的低温稳定性好，高温下能够继续固化成型。

Description

一种轻质环氧树脂微孔发泡材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种轻质环氧树脂微孔发泡材料及其制备方法，属于环氧树脂微孔发泡材料技术领域。

背景技术

环氧发泡材料具有较好的热稳定性、力学性能、绝缘性能、隔热性能以及轻质等优点，已经广泛应用在汽车、电子灌封、飞机制件、船体外壳等领域。环氧发泡材料的制备方法主要有物理发泡法、化学发泡法和中空微球固化成型法。前两种方法适于制备低密度（≤0.06 g/cm³）和中密度（0.06-0.32 g/cm³）发泡材料，而高密度发泡材料多采用最后一种方法制备。采用化学发泡法制备的环氧发泡材料，一般泡孔尺寸较大，泡孔分布也不均匀，通过预反应增加体系的粘度可以使泡孔直径减小，但是材料的表观密度会增大，且通常难以制备出泡孔均匀的微孔发泡材料。此外，过大的增加体系的粘度又会使得环氧树脂流动性差，成型时容易引入过多的空气泡，使得制品中存在较大空气孔，影响制品的质量。因而，开发一种方便简单，便于运输、易于成型、泡孔小、泡孔密度大、表观密度小，能够规模化生产的环氧树脂微孔发泡材料的方法具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种轻质环氧树脂微孔发泡材料及其制备方法，以解决传统化学发泡两步法工艺中存在的预聚体流动性差、成型困难、化学发泡剂单一，以及表观密度大等问题。

本发明的技术方案：

一种轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：按照重量计算，它包含环氧树脂40~60份、固化剂30-50份、固化助剂0.001~1份、纳米无机粒子1~20份、化学发泡剂0.05~5份、增韧剂1~10份。

按照重量计算，它包含环氧树脂50份、固化剂42.5份、固化助剂0.001~1份、纳米无机粒子5份、化学发泡剂0.05~5份、增韧剂3份。

所述纳米无机粒子为纳米二氧化硅、纳米蒙脱土、纳米碳酸钙中任一种或几种。

所述增韧剂为多元醇、聚醚化合物中的一种或几种。

所述化学发泡剂为碳酸氢钠、4,4-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、N,N’-二亚硝基五次甲基四胺中的任一种。

轻质环氧树脂微孔发泡材料的制备方法，取环氧树脂、固化剂、纳米无机粒子、固化助剂、增韧剂预固化至室温下体系成固体状态，冷却后与化学发泡剂一起碾磨成粉料，然后放入烘箱在50~220℃下发泡10~480min成型，得到发泡样品。

所述粉料平均粒径为1~300μm。

所述粉料平均粒径为30μm。

上述采用球磨机进行碾磨。

本发明技术方案的原理：环氧树脂、纳米无机粒子、发泡剂、固化剂、固化助剂和增韧剂混合后制备微孔发泡材料时，纳米无机纳米粒子能够作为成核剂改善泡孔形态；粉末环氧树脂混合物具有合适的黏弹性，能够有效的稳定泡孔。

与现有技术相比，本发明在环氧树脂中加入纳米无机粒子，能够作为成核剂改善泡孔形态；通过加入一定量的增韧剂，能调节环氧树脂的粘弹性，从而能够有效抑制泡孔的合并、坍塌；得到的粉末环氧树脂混合物，具有合适的黏弹性，能够与各种市售发泡剂复配，且在很宽的工艺范围内都能达到很好的发泡效果；该粉末环氧树脂运输方面，成型容易，操作清洁简单；所制备的发泡材料泡孔平均直径小，泡孔尺寸分布均匀，表观密度可控，可以制备中密度、高密度微孔发泡材料和低密度发泡材料。

附图说明：

图1~图3为粉末环氧树脂平均粒径分别为200μm，100μm和30μm对环氧树脂泡孔形态的影响的电镜照片；

图4为不同温度下发泡材料的表观密度图（发泡剂含量0.5%）；

图5为不同发泡剂含量下材料的表观密度图（发泡温度75℃）；

图6~图7为本发明配方下泡孔形态不同放大倍数下的电镜照片；

图8~图9为本发明配方下泡孔形态不同放大倍数下的电镜照片。

具体实施方式：

实施例1：

环氧树脂100克，固化剂85克，固化助剂0.5克，纳米二氧化硅5克，二氧化双环氧戊基醚2克，加入反应器中反应至室温下体系成固体状态，冷却后，取100克固体与0.5克N,N’-二亚硝基五次甲基四胺研磨均匀成粉料后，粉末放入预先加热的模具中于110℃下发泡，经过3小时后，提升烘箱温度至150℃，保温3小时后自然冷却至室温脱模。重复以上步骤，研磨粉料平均粒径分别为200μm，100μm和30μm。取粉末放入模具中，在不同的温度下发泡可得到不同密度的微孔发泡材料。粉料中加入不同含量的发泡剂，也可以得到不同发泡密度的环氧树脂微孔材料。

实验结果：如图1~图3所示，随着粉料粒径减小，泡孔的形态越来越规则，泡孔密度不断提高，对应的发泡材料的表观密度不断下降。当粉料平均粒径为30μm时，所示泡孔基本为圆形闭口结构，且泡孔平均直径小于100μm。如图4所示，随着发泡温度的上升，发泡材料的表观密度先下降然后上升，最后基本不变。如图5所示，在该发泡温度下，随着发泡剂含量的增大，发泡材料的表观密度不断降低。因此，通过调控温度和发泡剂含量可以制备不同表观密度的环氧树脂基微孔发泡材料。

实施例2：

环氧树脂100克，固化剂80克，固化助剂0.5克，纳米碳酸钙5克，聚乙二醇3克，加入反应器中反应至室温下体系成固体状态，冷却后，取100克固体与0.01克偶氮二甲酰胺研磨均匀成粉后，放入预先加热的模具中于180℃下发泡，经过30分钟后，将烘箱温降至150℃，保温3小时后自然冷却至室温脱模。

实验结果：如图6~图7所示，加入微量的发泡剂，材料的泡孔密度较小，表观密度为1.1 g/cm³，而泡孔直径约为15μm。

实施例3：

环氧树脂100克，固化剂80克，固化助剂0.1克，纳米蒙脱土5克，纳米二氧化硅10克，二氧化双环氧戊基醚2克，加入反应器中反应至室温下体系成固体状态，冷却后，取100克固体与0.5克4,4-氧代双苯磺酰肼研磨均匀成粉后，放入预先加热的模具中于150℃下发泡，保温3小时后自然冷却至室温脱模。

实验结果：如图8~图9所示，发泡材料的表观密度为0.8 g/cm³，泡孔直径约为50μm。

本发明中采用机械碾磨（球磨机）来碾磨得到粉料，通过转速和时间可以得到不同粒径的粉末环氧树脂，是碾磨过程中要注意的是不能连续长时间碾磨，要采用间歇式碾磨的方式。

Claims

1.一种轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：按照重量计算，它包含环氧树脂40~60份、固化剂30-50份、固化助剂0.001~1份、纳米无机粒子1~20份、化学发泡剂0.05~5份、增韧剂1~10份；其制备方法为：取环氧树脂、固化剂、纳米无机粒子、固化助剂、增韧剂预固化至室温下体系成固体状态，冷却后与化学发泡剂一起碾磨成粉料，然后放入烘箱在50~220℃下发泡10~480min成型，得到发泡样品。

2.根据权利要求1所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：按照重量计算，它包含环氧树脂50份、固化剂42.5份、固化助剂0.001~1份、纳米无机粒子5份、化学发泡剂0.05~5份、增韧剂3份。

3.根据权利要求1或2所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：所述纳米无机粒子为纳米二氧化硅、纳米蒙脱土、纳米碳酸钙中任一种或几种。

4.根据权利要求1或2所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：所述增韧剂为多元醇、聚醚化合物中的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：所述化学发泡剂为碳酸氢钠、4,4-氧代双苯磺酰肼、偶氮二甲酰胺、N,N’-二亚硝基五次甲基四胺中的任一种。

6.根据权利要求1所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：所述粉料平均粒径为1~300μm。

7.根据权利要求1或6所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：所述粉料平均粒径为30μm。

8.根据权利要求1所述的轻质环氧树脂微孔发泡材料，其特征在于：采用球磨机进行碾磨。