CN106147645B

CN106147645B - 导电粘合剂和使用导电粘合剂的复合材料粘合方法

Info

Publication number: CN106147645B
Application number: CN201510947273.1A
Authority: CN
Inventors: 崔荣镐; 郑基然; 金锡焕
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-12-17
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2035-12-17
Also published as: DE102015225077A1; KR20160134241A; US10351735B2; KR101836566B1; DE102015225077B4; US20160333231A1; CN106147645A

Abstract

导电粘合剂包括80‑90wt％的粘合剂和10‑20wt％的导电纤维。通过将导电纤维与单组分粘合剂或双组分粘合剂混合，根据本公开内容的导电粘合剂具有优异的导电性，以使电传导更顺利，并提高粘合特性和对温度变化而言的耐久性。

Description

导电粘合剂和使用导电粘合剂的复合材料粘合方法

发明领域

本公开内容涉及导电粘合剂和使用导电粘合剂的复合材料粘合方法。更具体地，其涉及导电粘合剂，其可以通过将导电纤维与单组分粘合剂或双组分粘合剂混合具有优异的导电性，以使电传导更顺利。

背景技术

由于燃料调节，需要降低车辆重量。因此，已将轻质复合材料应用于车辆外壳，特别是车顶。

对于使用该轻质复合材料的车顶与车身的结合，使用机械接合，包括螺栓连接或铆接，也使用粘合剂粘合。具体地，在机械接合方法中，操作者可以将钢法兰插入到复合材料车顶中用于成型，然后将法兰焊接至车身，但是这具有成型变得复杂并且重量因钢部件而增加的缺点。而且，存在有在法兰件处穿孔、然后将法兰与车身螺栓连接或铆接的方法，但该方法可以因加入穿孔而变得复杂，而且因为紧固区域处的电势差而可以发生腐蚀。

但是，粘合剂粘合方法具有以下优势：其不需要钻孔加工用于固定，重量通常不增加，水密性好，负载可以在大面积上分布。但是，应当考虑要粘合的材料的热膨胀，因为粘合剂的热膨胀系数(CTE)可以与钢车身和复合材料车顶不同。因此，存在根据外部环境的温度变化可以产生应力的缺点。而且，由于要粘附的材料之间的电传导变得困难，存在以下缺点：不利于静电涂漆车顶的电传导或者当发生闪电或雷击时通过车身外部的电传导。

该背景部分公开的上述信息仅仅用于增强对本公开内容背景的理解，因此，其可以含有不构成在该国家中本领域普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本公开内容已致力于解决现有技术相关的上述问题。

本公开内容通过以下发现完成：通过将导电纤维与单组分粘合剂或双组分粘合剂混合，可以得到优异的导电性，从而使电传导更顺利，并提高粘附特性和根据温度变化的耐久性，而且还可以用于将复合材料部件例如车顶与车身粘合或者将用于发动机盖、车门、挡泥板或行李箱盖的复合材料与钢部件粘合。

本公开内容目的在于提供具有优异导电性的导电粘合剂。

而且，本公开内容目的在于提供使用导电粘合剂的用于车辆的复合材料的粘合方法。

为了实现上述目的，本公开内容包括以下组成部分。

一方面，本公开内容提供一种导电粘合剂，其包括80-90wt％的单组分粘合剂或双组分粘合剂和10-20wt％的导电纤维。

另一方面，本公开内容提供一种用于车辆的复合材料的粘合方法，其包括以下步骤：制备导电纤维；通过将10-20wt％的导电纤维与80-90wt％的单组分粘合剂或双组分粘合剂混合，制造导电粘合剂；将导电粘合剂涂覆在要粘附的材料上；和将复合材料粘附在涂有导电粘合剂的材料上。

本公开内容的其他方面和优选实施方式在下文中讨论。

应当理解到，本文所用的术语“车辆(vehicle)”、“车用”或其它类似术语包括通常的机动车辆，例如载客车辆，包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆，包括各种船只和船舶的水运工具，航空器和类似物，并包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其它代用燃料车辆(例如，源自石油以外的资源的燃料)。如本文所用，混合动力车辆是具有两种或更多种动力来源的车辆，例如，汽油动力和电动力的车辆。

附图说明

现将参考某些示例性实施方式对本公开内容的上述和其他特征加以详述，附图仅出于说明目的在以下给出，因此对本公开内容没有限定性，其中：

图1是显示根据本公开内容通过使用搅拌/配制机将粘合剂和导电纤维混合制造导电粘合剂的过程的图。

图2A是根据本公开内容用于评价粘附强度的拉伸剪切强度样品的平面图，图2B是其剖视图。

应当理解到，附图不必要成比例，而是对说明本发明基本原理的各种优选特征的略微简化的呈现。在本文公开的本发明的特定设计特征，包括，例如，特定的尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体的既定应用和使用环境所决定。

在附图中，在通篇几张图中参考数字是指本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

以下将详细参考本公开内容的各种实施方式，其实施例在附图中加以图示，并在下文加以说明。尽管本公开内容结合示例性实施方式进行说明，但应当理解到，本说明书无意于将本公开内容限定于这些示例性实施方式。相反地，本公开内容不仅要涵盖示例性的实施方式，还要涵盖各种变化方式、修改方式、等同方式和其他实施方式，其，包括在如所附权利要求定义的本发明的构思和范围之内。

本公开内容提供一种导电粘合剂，其可以包括80-90wt％的单组分粘合剂或双组分粘合剂和10-20wt％的导电纤维。

根据本公开内容的优选实施方式，为了保证导电性，导电粘合剂可以包括10-20wt％的导电纤维。具体地，如果导电纤维的含量小于10wt％，由于很难保证导电性，电传导会差，而如果其超过20wt％，由于钢车身的线性膨胀系数差异会发生应力。

根据本公开内容的优选实施方式，粘合剂可以是单组分粘合剂或双组分粘合剂。具体地，当在用于车辆的复合材料(例如，碳纤维复合材料)保证足够热阻之后需要涂覆时，可以使用双组分结构粘合剂进行粘合，然后可以在经过涂覆线的同时使粘合剂硬化。另一方面，当用于车辆的复合材料不保证足够的涂覆线热阻或者需要透明涂层用于碳纤维图案时，可以使用室温固化型单组分结构粘合剂进行涂覆车身的粘附。单组分或双组分粘合剂可以是选自环氧树脂(epoxys)、聚氨酯(urethanes)和丙烯酸酯类(acrylates)的至少一种。

根据本公开内容的优选实施方式，导电纤维可以是碳纤维、镀有导电金属的碳纤维或其混合物。导电纤维可以具有优异的导电性，从而使电传导更加顺利，另外提高了就温度变化而言的耐久性。

根据本公开内容的优选实施方式，导电金属可以是选自铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、锑(Sb)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)、铟(In)和锡(Sn)的至少一种。

根据本公开内容的优选实施方式，导电金属的平均厚度可以是0.1-0.5μm。具体地，如果比0.1μm薄，会难以形成均匀的导电路径，而如果比0.5μm厚，粘附层的厚度可以不均匀，或者可以加速搅拌/配制机的磨损。

根据本公开内容的优选实施方式，在镀有导电金属的碳纤维中，导电金属的镀覆量基于碳纤维可以是8-150wt％。具体地，如果导电金属的镀覆量小于8wt％，会难以形成均匀的导电路径，如果超过150wt％，会难以加工，并很大程度上增加重量。

根据本公开内容的优选实施方式，导电纤维的平均纤维长度可以是0.8-8mm。具体地，如果纤维长度短于0.8mm，由于需要大量的导电纤维形成导电路径，会不经济，如果长于8mm，可以由局部分散问题导致粘附厚度的不平衡。

根据本公开内容的优选实施方式，导电纤维的平均纤维直径可以是2-12μm。具体地，如果纤维直径小于2μm，由于长径比增加会有益处，但分散会很困难，且制造成本会增加。如果纤维直径大于12μm，切割和加工会变得困难，并且粘附层的厚度会不均匀。优选地，导电纤维的平均纤维直径可以是6-8μm。

另一方面，本公开内容的用于车辆的复合材料的粘合方法可以包括以下步骤：制备导电纤维；通过将10-20wt％的导电纤维与80-90wt％的单组分粘合剂或双组分粘合剂混合，制造导电粘合剂；将导电粘合剂涂覆在要粘附的材料上；和将复合材料粘附在涂有导电粘合剂的材料上。

根据本公开内容的优选实施方式，在制备导电纤维的步骤中，可以进行导电纤维的切割处理，以具有0.8-8mm的平均纤维长度。具体地，可以通过使切割机刀片以与进料速率相比的恒定速率转动将导电纤维切割成纤维长度(0.8-8mm)。

根据本公开内容的优选实施方式，在制造导电粘合剂的步骤中，粘合剂和导电纤维可以通过搅拌/配制机的不同入口插入，然后混合。在此，搅拌/配制机起到将插入到搅拌室中的粘合剂和导电纤维混合、并将混合物涂覆在要粘附的材料的一侧上的作用。

图1是显示根据本公开内容通过使用搅拌/配制机将粘合剂和导电纤维混合制造导电粘合剂的过程的图。参考图1，将单组分或双组分粘合剂通过第一入口插入，导电纤维通过第二入口插入，然后将其混合。

根据本公开内容的优选实施方式，导电粘合剂的涂覆量可以是1.42-5.20kg/要粘附的材料的粘附单位面积。

因此，通过将导电纤维与单组分粘合剂或双组分粘合剂混合，根据本公开内容的导电粘合剂可以具有优异的导电性，以使电传导更顺利，并提高粘附特性和对温度变化而言的耐久性。而且，导电粘合剂可以用于将复合材料部件例如车顶与车身粘合，或者将用于发动机盖、车门、挡泥板或行李箱盖的复合材料与钢部件粘合。

实施例

以下实施例对公开内容进行说明，但无意对其加以限定。

实施例1

制备由12,000股镀镍碳纤维组成的导电纤维，将其切割成3mm的纤维长度。镀镍碳纤维的厚度为0.22μm，以基于碳纤维为28wt％的量镀有镍，碳纤维的纤维直径为7μm。然后，将12wt％的导电纤维和88wt％的单组分粘合剂混合，制造导电粘合剂。在此，作为单组分粘合剂，使用BETAMATE^TM1822等级(来自Dow Automotive System的结构粘合剂)。然后，将导电粘合剂均匀涂覆在钢基质(要粘附的材料)的一侧上，然后在其上重叠复合材料，然后在80℃下粘附5分钟用于粘合。

实施例2

重复实施例1的方法，不同之处在于将15wt％的切割成6mm纤维长度的导电纤维与85wt％的单组分粘合剂混合。

实施例3

重复实施例1的方法，不同之处在于将18wt％的切割成纤维长度1mm的导电纤维与82wt％的单组分粘合剂混合。

比较例1

不混合导电纤维，仅将单组分粘合剂涂覆在钢基质(要粘附的材料)上，然后在其上重叠复合材料用于粘附。

比较例2

重复实施例1的方法，不同之处在于将5wt％的导电纤维与95wt％的单组分粘合剂混合。

比较例3

重复实施例1的方法，不同之处在于将35wt％的导电纤维与65wt％的单组分粘合剂混合。

比较例4

重复实施例1的方法，不同之处在于将切割成0.5mm纤维长度的导电纤维混合。

比较例5

重复实施例1的方法，不同之处在于将切割成10mm纤维长度的导电纤维混合。

测试例

对于使用实施例1-3和比较例1-5粘合的复合材料，评价粘附强度，结果示于下表1和2中。

[粘附强度评价方法]

制备用于评价粘附强度的拉伸搭接剪切强度(tensile lap-shear strength)样品，并根据ISO 4587进行评价。但是，在样品的一侧上，使用抗张强度270MPa级别的钢板，在另一侧上，以[0°/90°/45°/-45°/-45°/45°/90°/0°]的顺序使用50vol％的梭织碳纤维，使用环氧树脂作为基底材料，以制造厚1.8mm的样品。图2A和图2B显示了根据本公开内容用于评价粘附强度的拉伸剪切强度样品的平面图和剖视图。

通过如上所述制备样品评价粘附强度，为了测量电阻值和线性膨胀系数，使用在Teflon离型膜之间浇铸的膜。通过将膜厚度乘以4-点测量测得的表面电阻，计算(比)电阻值。

表1

表2

根据上表1和2的结果，可以发现，与仅使用粘合剂的比较例1相比较，因为实施例1、2和3的线性膨胀系数与钢和复合材料的线性膨胀系数类似，并且由于粘附强度增加耐久性提高，实施例1、2和3在粘合的表面处通过外部环境的温度变化产生应力的可能性低。而且，它们具有优异的导电性，因此，几乎不担忧车身和复合材料之间的绝缘性。

相反，经确认，由于因比较例2的线性膨胀系数与钢的线性膨胀系数不同的温度变化，含有较少强化粘合剂层的导电纤维的比较例2的膨胀表现差。

而且，经确认，在比较例3和5的情形中，其中含有太多导电纤维，或者纤维太长，粘附强度反而因分散不均匀而降低。相反地，经确认，在比较例4的情形中，其中导电纤维太短，导电性降低。

因此，经确认，通过将导电纤维与单组分粘合剂混合，实施例1、2和3中制造的导电粘合剂具有优异的导电性，因此，它们可以使电传导更顺利，并且可以提高粘附特性和对温度变化而言的耐久性。

通过将导电纤维与单组分粘合剂或双组分粘合剂混合，根据本公开内容的导电粘合剂可以具有优异的导电性，以使电传导更顺利，并提高粘附特性和对温度变化而言的耐久性。

这可以用于将复合材料部件例如车顶与车身粘合，或者将用于发动机盖、车门、挡泥板或行李箱盖的复合材料与钢部件粘合。

本公开内容已参考其优选实施方式加以详述。但是，本领域技术人员将会认识到，可以在不偏离本公开内容原则和精神的前提下对这些实施方式进行变化，其范围在所附权利要求及其等同方式中定义。

Claims

1.一种导电粘合剂，其包括：

80-90wt％的粘合剂和10-20wt％的导电纤维，

其中所述导电纤维是镀有导电金属的碳纤维，且

其中所述导电纤维的平均纤维长度为1-6mm，

其中所述导电金属的平均厚度为0.1-0.5μm，且

其中所述导电粘合剂的线性膨胀系数为12.6×10^-6-14.2×10^-6(m/m·K)，

其中所述导电纤维的平均纤维直径为2-12μm。

2.根据权利要求1所述的导电粘合剂，其中所述粘合剂选自环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸酯类。

3.根据权利要求1所述的导电粘合剂，其中所述导电金属包括选自铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、锑(Sb)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)、铟(In)和锡(Sn)的至少一种。

4.根据权利要求1所述的导电粘合剂，其中在所述镀有导电金属的碳纤维中，所述导电金属的镀覆量基于所述碳纤维为8-150wt％。

5.根据权利要求1所述的导电粘合剂，其中所述粘合剂包括单组分粘合剂。

6.根据权利要求1所述的导电粘合剂，其中所述粘合剂包括双组分粘合剂。

7.一种用于车辆的复合材料的粘合方法，其包括以下步骤：

制备导电纤维；

通过将10-20wt％的所述导电纤维与80-90wt％的粘合剂混合，制造导电粘合剂；

将所述导电粘合剂涂覆在要粘附的材料上；和

将复合材料粘附在所述涂有导电粘合剂的材料上，

其中所述导电纤维的平均纤维长度为1-6mm，

其中所述导电纤维是镀有导电金属的碳纤维，且

其中在所述制备导电纤维的步骤中，进行所述导电纤维的切割处理，以实现1-6mm的平均纤维长度，

其中所述导电金属的平均厚度为0.1-0.5μm，且

其中所述导电粘合剂的线性膨胀系数为12.6×10^-6-14.2×10^-6(m/m·K)。

8.根据权利要求7所述的用于车辆的复合材料的粘合方法，其中所述导电金属包括选自铜(Cu)、锌(Zn)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、锑(Sb)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)、铟(In)和锡(Sn)的至少一种。

9.根据权利要求7所述的用于车辆的复合材料的粘合方法，其中在所述镀有导电金属的碳纤维中，所述导电金属的镀覆量基于所述碳纤维为8-150wt％。

10.根据权利要求7所述的用于车辆的复合材料的粘合方法，其中所述导电粘合剂的涂覆量是1.42-5.20kg/要粘附的材料的粘附单位面积。

11.根据权利要求7所述的用于车辆的复合材料的粘合方法，其中所述粘合剂包括单组分粘合剂。

12.根据权利要求7所述的用于车辆的复合材料的粘合方法，其中所述粘合剂包括双组分粘合剂。