CN105001826A

CN105001826A - 一种耐低温复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN105001826A
Application number: CN201510409784.8A
Authority: CN
Inventors: 党斌
Original assignee: Suzhou Kemiao New Material Co Ltd
Current assignee: Suzhou Kemiao New Material Co Ltd
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2015-10-28

Abstract

本发明涉及一种耐低温复合材料的制备方法，将木质素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯混合2小时，得到混合物；依次将氧化石墨烯、水合肼加入混合物中，搅拌4小时，然后加入银氨溶液、间硝基磺酸吡啶盐，于60℃搅拌8小时；最后加入三亚甲基环碳酸酯单体与聚乙二醇，于105℃搅拌3小时，加入树脂预聚物，80℃搅拌4小时得到复合物；再将复合物置入模具中，模压即得到耐低温复合材料；制备的耐低温复合材料具有优异的力学性能，常温固化效果好，在受低温时，银离子，与石墨烯等其他组分协同催化有机物链段活动，进一步舒展，形成稳定的结构，从而进一步增加了体系的抗脆性，同时保证低温力学稳定性，取得了意想不到的效果。

Description

一种耐低温复合材料的制备方法

技术领域

本发明属于新型复合材料技术领域，具体涉及一种耐低温复合材料的制备方法。

背景技术

凡是能将多种材料紧密粘合在一起且具有一定实用强度的物质统称为胶黏剂由于环氧树脂胶黏剂具有粘结力强、工艺性能好、胶层机械强度高、耐介质、耐老化性优良、电绝缘性能好、固化物收缩率小、材料来源广泛,因而得到广泛应用。环氧树脂胶黏剂中，固化剂是不可缺少的组成部分，根据种类可分为有机胺类、有机酸酐类、咪唑类、有机高聚物类和其它类等多种。

低温绝缘材料的发展和超导体、航天飞行器及导弹的发展有密切联系。1911年开始发展的金属或合金类型的超导体，要在液氦的温度下才有超导性。1986年开始发展的陶瓷型超导体也需要液氮的温度下才出现超导性。超导体对电工技术发展具有特殊重要意义，可是它要求深冷条件，因此低温绝缘材料的研究也就随之兴起。航天飞行器的发展要求某些电工装置在深冷（飞行器的某些部位或飞行器的背光黑暗面）环境中工作，导弹要求某些电工装置在液氧或液氢推进剂中工作，这些同样促进了低温绝缘材料的发展。　　低温下使用的绝缘材料应具有低温韧性，以保证在低温时具有足够高的机械强度和加工工艺性能；在电绝缘性能方面，介质损耗角正切应尽可能低（tgδ<10^-5），以减少介质损耗发热，节省致冷费用。用于超导和低温绕组线的绝缘，还应保证从室温到运行温度的过程中，不发生热应力引起的开裂；应能耐受从室温到运行温度的冷热循环；在涂敷绝缘漆时不会使超导线退火。　　常用的低温绝缘材料中，固体材料有聚乙烯、聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚对二甲苯和以环氧粘合的玻璃纤维带（用于固定绕组）；液体材料可以直接采用低温不导电液体。玻璃化温度越低，结晶性越小的聚合物，耐低温性能越好；比如，异戊橡胶，硅橡胶等橡胶反之，玻璃化温度越高，结晶性越高的聚合物，耐低温性能越差；比如塑料等；玻璃化温度越低且在使用温度以下的非晶聚合物耐低温性能越好；从力学性能来说，低温下材料韧性降低最严重低温韧性主要与低温的松弛行为有关。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐低温复合材料的制备方法，得到的产品具有优异的耐低温性能，特别是低温条件下力学性能优异。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种耐低温复合材料的制备方法，将二丙二醇二丙烯酸酯、丁二酸酐与间苯二异氰酸酯于150℃反应70分钟，得到树脂预聚物；将木质素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯混合2小时，得到混合物；依次将氧化石墨烯、水合肼加入混合物中，搅拌4小时，然后加入银氨溶液、间硝基磺酸吡啶盐，于60℃搅拌8小时；最后加入三亚甲基环碳酸酯单体与聚乙二醇，于105℃搅拌3小时，加入树脂预聚物，80℃搅拌4小时得到复合物；再将复合物置入模具中，模压，即得到耐低温复合材料。

本发明中，树脂预聚物、木质素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、氧化石墨烯、水合肼、银氨溶液、间硝基磺酸吡啶盐、三亚甲基环碳酸酯单体与聚乙二醇的质量比为100∶(7～10)∶(13～15)∶(28～32)∶(14～16) ∶(8～10)∶(5～8) ∶(6～8) ∶(19～22) ∶(2～3)。

本发明中，所述二丙二醇二丙烯酸酯、丁二酸酐与间苯二异氰酸酯的质量比为1∶0.3∶0.6，得到的树脂聚合物粘接好，反应性好；与其余组分聚合产物耐低温性较好，力学性强，稳定性好。

本发明中，银氨溶液为硝酸银与氨水混合后形成的络合物，氨水为常规产品。银氨络合物不仅利于体系的反应，增加固体复合材料各组分的相容性，与氧化石墨烯、间硝基磺酸吡啶盐协同，在极低温下防止材料失效，增加分子链的活动能力，提高固体材料的综合性能。

本发明中，有机物体系为耐低温复合材料的主要粘接成分，同时也是体系耐低温的关键组分；固化程度对于耐低温复合材料表现的性能有重要影响，特别关系到耐低温复合材料的固化后在极低温环境下的抗脆性；分子量太低则成物质干燥速度较慢，高了树脂体系相容性不佳。本发明的有机物体系不仅在常温下具有有效固化的功能，而且低温时不会脆化导致失效。

本发明中，木质素、水合肼为良好的添加剂，这些添加剂能通过空间位阻稳定作用使各个组分稳定分散，达到较好的相容效果；在制备聚碳酸酯的反应过程中，能将各组分串联，形成韧性好、有一定交联密度的固体产品。

将有机无机复合物置入模具中，模压（压力为0.2MPa），即得到复合耐低温复合材料；优选的，模压温度为60℃；时间为180秒。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:

1．本发明利用有机无机复合原理，用于制备耐低温复合材料的各组成分之间相容性好，由此制备得到了一种耐低温复合材料，具有良好的力学性能、粘接性能、耐冷热冲击性能，特别具有优异的耐低温性能，满足耐低温复合材料的发展应用。

2．本发明公开的制备耐低温复合材料的原料中，原料简单易得，无需现有技术的复杂反应，制备的耐低温复合材料具有优异的力学性能，常温固化效果好，在受低温时，银离子，与石墨烯等其他组分协同催化有机物链段活动，进一步舒展，形成稳定的结构，从而进一步增加了体系的抗脆性，同时保证低温力学稳定性，取得了意想不到的效果。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例

将100g二丙二醇二丙烯酸酯与30g丁二酸酐混合，再加入60g间苯二异氰酸酯，于150℃反应70分钟，得到树脂预聚物。

按表1的比例，将木质素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯混合2小时，得到混合物；依次将氧化石墨烯、水合肼加入混合物中，搅拌4小时，然后加入银氨溶液、间硝基磺酸吡啶盐，于60℃搅拌8小时；最后加入三亚甲基环碳酸酯单体与聚乙二醇，于105℃搅拌3小时，加入树脂预聚物，80℃搅拌4小时得到复合物；再将复合物置入模具中，模压（压力为0.2MPa、温度为60℃、时间为180秒），即得到耐低温复合材料。

表1 原料质量

注：对比例一的树脂预聚物为双酚A环氧树脂预聚40分钟产物；对比例二的树脂预聚物为实施例一的树脂预聚物。

性能测试

利用室温1hr降到-40℃，-40℃保持1hr，然后在2hr内从-40℃升温至80℃保持1hr测试耐冷热冲击；利用电子万能试验机测试弯曲强度（Rt/MPa）；利用液晶式摆锤冲击试验机测试冲击强度（α/KJ/m²）；采用动态力学测试仪测试储存模量（E/MPa）；利用热失重仪测试初始分解温度（T₀/℃）。

上述耐低温复合材料的性能测试结果见表2。

表2 耐低温复合材料的性能

注：低温指零下18度处理75分钟。

Claims

1.一种耐低温复合材料的制备方法，其特征在于：将二丙二醇二丙烯酸酯、丁二酸酐与间苯二异氰酸酯于150℃反应70分钟，得到树脂预聚物；将木质素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯混合2小时，得到混合物；依次将氧化石墨烯、水合肼加入混合物中，搅拌4小时，然后加入银氨溶液、间硝基磺酸吡啶盐，于60℃搅拌8小时；最后加入三亚甲基环碳酸酯单体与聚乙二醇，于105℃搅拌3小时，加入树脂预聚物，80℃搅拌4小时得到复合物；再将复合物置入模具中，模压，即得到耐低温复合材料。

2.根据权利要求1所述耐低温复合材料的制备方法，其特征在于：所述二丙二醇二丙烯酸酯、丁二酸酐与间苯二异氰酸酯的质量比为1∶0.3∶0.6。

3.根据权利要求1所述耐低温复合材料的制备方法，其特征在于：所述模压压力为0.2MPa；模压温度为60℃；模压时间为3分钟。

4.根据权利要求1所述耐低温复合材料的制备方法，其特征在于：所述银氨溶液为硝酸银与氨水混合后形成的络合物。

5.根据权利要求1所述耐低温复合材料的制备方法，其特征在于：所述树脂预聚物、木质素、聚氧乙烯山梨醇酐单油酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、氧化石墨烯、水合肼、银氨溶液、间硝基磺酸吡啶盐、三亚甲基环碳酸酯单体与聚乙二醇的质量比为100∶(7～10)∶(13～15)∶(28～32)∶(14～16) ∶(8～10)∶(5～8) ∶(6～8) ∶(19～22) ∶(2～3)。

6.根据权利要求1所述耐低温复合材料的制备方法，其特征在于：所述聚乙二醇分子量为5000～9000。