CN108530836A - 一种低温补强衬板用复合材料及其低温补强衬板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温补强衬板用复合材料及其低温补强衬板，为了解决现有的补强衬板固化温度高需在电泳底漆前粘贴的问题，提供一种低温补强衬板用复合材料和该低温补强衬板，通过采用以下复合材料混炼压片而成，且该复合材料包括丁腈橡胶：10％～25％；环氧树脂：30％～40％；聚异丁烯：5％～10％；低温促进剂：0.5％～1.5％；补强剂：20％～30％；固化剂：3.0％～5.0％；石油树脂：3.0％～8.0％；助剂：5.0％～10％；低温促进剂选自有机脲促进剂和/或咪唑类促进剂。本发明的材料能够有效的实现降低材料的固化温度使固化温度达到在140℃左右的低温固化，同时兼具高剪切强度和粘结力的效果。

Description

一种低温补强衬板用复合材料及其低温补强衬板

技术领域

本发明涉及一种低温补强衬板用复合材料及其低温补强衬板，属于汽车材料技术领域。

背景技术

随着汽车行业的不断发展，消费者对汽车的综合性能的要求越来越高，使汽车品质不断的朝着轻量、节能和舒适的方向发展。然而，目前对于汽车轻量化的发展使得汽车车身的结构产生了改变，如外板薄壁化、结构件中空等，虽然，通过轻量化能够达到较好的节能优势，但是，车身钢板变薄后就会造成弊端，会造成薄弱处产生疲劳和导致裂纹的现象，一般车身的薄弱处如车门拐角、拉手等部位经常启闭会受到反复的拉力、撞击和震动等应用作用。因此，为了保证车身的机构强度，经常会在车身钢板局部的薄弱处使用补强胶片或补强衬板，来增强车身的抗冲击能力。对于补强胶片或补强衬板所采用的材料通常采用丁腈橡胶、环氧树脂的复合材料经过混炼和压片加工而成，但是，由于目前的补强胶片所采用的材料的固化温度一般都在170℃以上，因此，通常在是电泳涂装底漆工序前(也就是相当于在焊接工序)将相应的补强衬板粘贴在对于的需补强的部位后，再进行电泳涂装工序的过程中实现固化。这就导致了粘贴补强衬板处的钢板就无法在电泳涂装底漆工序中进行底漆，造成补强衬板与车身补强部位的钢板处的边缘轮廓处的防腐性能下降，在使用的过程中，就会造成补强衬板边缘处钢板产生腐蚀生锈现象。如中国专利申请(公开号：CN105385367A)公开了一种补强胶片，由下列质量份数的成分制备而成：环氧树脂：40～65份、丁腈橡胶：10～15份、丁苯橡胶：2～6份、固化剂：3～8份、增粘剂：1～5份、有机颜料：1～5份、过氧化物：1～5份、填料：5～15份、发泡剂：1～2份、触变剂：5～10份。其直接采用环氧树脂中加入固化剂进行固化，存在固化温度相对较高，一般达到170℃或以上，所以，通常均是在车身涂装工序的电泳涂装底漆之前的焊接工序中进行粘贴该补强衬板，这样就使补强衬板与钢板接触的边缘处无法涂覆底漆，从而无法保证增强板周边下方的钢板在使用过程中出现腐蚀的现象。因此，如何开发具有低温固化的性能使其能够适用于电泳底漆之后进行粘贴固化的材料是目前一个主要的研究方向。

发明内容

本发明针对以上现有技术中存在的缺陷，提供一种低温补强衬板用复合材料及其低温补强衬板，解决的问题是如何实现降低材料的固化温度和兼具高剪切强度性能。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现，一种低温补强衬板用复合材料，该复合材料包括以下成分的质量百分数：

丁腈橡胶：10％～25％；环氧树脂：30％～40％；聚异丁烯：5％～10％；低温促进剂：0.5％～1.5％；补强剂：20％～30％；固化剂：3.0％～5.0％；石油树脂：3.0％～8.0％；助剂：5.0％～10％；所述低温促进剂选自有机脲促进剂和/或咪唑类促进剂。

为了使补强衬板能够在电泳底漆工序(电泳烘烤温度在170℃～180℃)之后进行粘贴，需要对其材料进行改性，降温固化温度。因此，本发明通过在材料中添加低温促进剂来降低固化温度，但是，一方面，由于电泳底漆工序之后的中涂烘烤温度一般在140℃～160℃以及面漆烘烤温度一般在140℃～150℃，为了使补强衬板用复合材料能够适用于中涂烘烤和面漆烘烤的温度范围的要求内实现相对的低温固化，这就对低温促进剂的选择有着关键性的作用，本发明人经过长期的研究发现采用添加少量的有机脲促进剂或咪唑类促进剂材料到上述的复合材料内能够促进固化剂分解以及促进环氧树脂交联，更重要是能够有效的降低固化温度且能够实现在中涂烘烤和底漆烘烤的温度内进行固化而不至少使固化温度过低的问题，避免了另外增加工序进行固化的过程，有利于实现降低能耗的效果。另一方面，由于添加低温促进剂的复合材料中各成分的组成关系使在粘贴强度达不到较好的性能，形成的补强衬板使用后容易出现脱落或脱粘的问题，为了使材料兼具粘贴强度的性能，通过在材料中同时添加非反应性材料聚异丁烯和石油树脂进行改性，能够起到增加粘性和促进增强粘结能力使具有高剪切强度的性能，同时还能够使材料具有高耐烧烤性能，这里最好是采用低分子量聚异丁烯材料，最好是使聚异丁烯材料的分子量为2000Da～4000Da。也就是说，本发明通过采用选择的低温促进剂和聚异丁烯以及石油树脂的协同作用实现有效降低材料的固化温度在一定的范围内且兼具高剪切强度的效果。使采用本复合材料制成的补强衬板能够在电泳底漆工序之后进行粘贴而在中漆和面漆烘烤工序中进行固化的优点，使补强衬板在粘贴之前已经进行了底漆工序的涂装，这样就有效避免补强衬板与车身或车身钢板接触的边缘出现腐蚀的现象，提高汽车的整体性能。

在上述低温补强衬板用复合材料中，作为优选，所述咪唑促进剂选自1-氰基乙基-2-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰基乙基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三甲酸盐和1-氰基乙基-2-苯基咪唑偏苯三甲酸盐中的一种或几种；进一步的，还可以使所述有机脲促进剂选自N、N’-二甲基二苯基脲、N、N’-二乙基二苯基脲和3-苯基1，1二甲基脲中的一种或几种。

采用这些非潜伏性促进剂能够有效的使固化温度降低到140℃左右就可以达到固化的功能，使材料的中漆烘烤和面漆烘烤的过程中能够达到更好的固化作用，且由于中漆烘烤和面漆烘烤的温度一般是采用梯度升温的方式进行，这样也有利于能够更好的粘贴在钢板的表面，使具有更好的粘结强度，实现高剪切强度的效果。作为进一步的优选，所述低温促进剂为N、N’-二甲基二苯基脲和1-氰基乙基-2-苯基咪唑的混合物，且所述N、N’-二甲基二苯基脲与1-氰基乙基-2-苯基咪唑的质量比为1：0.2～1：0.4。

在上述低温补强衬板用复合材料中，作为优选，所述环氧树脂的环氧当量为180～220g/eq。能够进一步的提高材料的粘结性能，使采用本材料制成的补强衬板具有更好的粘附性和力学强度性能。

在上述低温补强衬板用复合材料中，作为优选，所述补强剂选自滑石粉、碳酸钙、二氧化硅和云母粉中的一种或几种。使材料具有更好的力学刚性强度和硬度性能。作为进一步的优选，所述补强剂采用碳酸钙和云母粉的混合物，且所述碳酸钙与云母粉的质量比为1：0.3～0.4。碳酸钙属于反应性材料，能够形成钙化，使有利于促进材料的固化。

在上述的低温补强衬板用复合材料中，所述的固化剂最好采用双氰胺、对二甲苯胺、二氨基二苯醚等。可以使材料形成固化的功能。所述助剂可以包括颜料、防老剂、硫化剂和交联剂等一些辅助类材料。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现，一种低温补强衬板，该补强衬板采用上述复合材料混炼压片而成。

在上述的低温补强衬板中，作为优选，所述补强衬板的表面覆合有增强纤维层。由于采用本复合材料制成的补强衬板本身具有粘性，能够使增强纤维层有效的粘附在其表面，具有结合力强的效果。一般最好使衬板的外表面复合有该增强纤维层，与车身粘贴的部分直接粘附即可。作为进一步的优选，所述增强纤维层选自玻璃纤维布或碳纤维布。

综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过添加低温促进剂、聚异丁烯和石油树脂到基体材料中，能够有效的实现降低材料的固化温度使固化温度达到在140℃左右的低温固化，同时兼具高剪切强度和粘结力的效果。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。

实施例1

本实施例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。

其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：24％；环氧树脂：30％；聚异丁烯：5.5％；1-氰基乙基-2-甲基咪唑：0.5％；补强剂碳酸钙：25％；固化剂双氰胺：3.0％；石油树脂：8.0％；助剂：5.0％，助剂可以为颜料氧化铁黑，还可以根据需要添加少量的防老剂或硫化剂等。

上述的补强衬板可以采用如下方法加工而成：

首先将上述原料丁腈橡胶和聚异丁烯以及石油树脂混合进行混炼，然后，再加入上述其它材料混合后再进行混炼，最后，采用压延机进行压片成型，切片符合汽车车身补强的补强衬板。如可以是车门补强等。

实施例2

本实施例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。

其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：10％；环氧树脂：40％；聚异丁烯：6.0％；1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三甲酸盐：1.0％；补强剂碳酸钙：20％；固化剂对二甲苯胺：5.0％；石油树脂：8.0％；助剂：10％，助剂可以为颜料氧化铁黑，还可以根据需要添加少量的防老剂或硫化剂等；上述环氧树脂的环氧当量为180g/eq，聚异丁烯为的数均分子量为3000Da。

其中，补强衬板的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。

实施例3

本实施例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。

其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：25％；环氧树脂：30％；聚异丁烯：10％；N、N’-二甲基二苯基脲：1.5％；补强剂碳酸钙和滑石粉的混合物：20％，其中碳酸钙与滑石粉的质量比为1：0.3；固化剂双氰胺：4.0％；石油树脂：4.0％；助剂：5.5％，助剂可以为颜料氧化铁黑，还可以根据需要添加少量的防老剂或硫化剂等；上述环氧树脂的环氧当量为220g/eq，聚异丁烯为的数均分子量为4000Da。

其中，补强衬板的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。

实施例4

本实施例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。

其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：12％；环氧树脂：30％；聚异丁烯：8.0％；N、N’-二甲基二苯基脲：1.0％；补强剂碳酸钙和滑石粉的混合物：30％，其中碳酸钙与滑石粉的质量比为1：0.5；固化剂双氰胺：3.0％；石油树脂：6.0％；助剂：8.0％，助剂可以为颜料氧化铁黑，上述环氧树脂的环氧当量为200g/eq，聚异丁烯为的数均分子量为3000Da。

其中，补强衬板的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。

实施例5

本实施例的初强衬板采用的复合材料基本同实施例4一致，区别仅在于，其中的低温促进剂采用N、N’-二甲基二苯基脲和1-氰基乙基-2-苯基咪唑的混合物，且N、N’-二甲基二苯基脲和1-氰基乙基-2-苯基咪唑的质量比为1：0.2。

实施例6

本实施例的初强衬板采用的复合材料基本同实施例4一致，区别仅在于，其中，低温促进剂采用N、N’-二甲基二苯基脲和1-氰基乙基-2-苯基咪唑的混合物进行代替，且N、N’-二甲基二苯基脲和1-氰基乙基-2-苯基咪唑的质量比为1：0.4。

比较例1

为了说明本发明的复合材料中聚异丁烯和石油树脂的添加对材料的粘结性能和剪切强度的影响，通过不添加这聚异丁烯材料进行比较实施，材料的具体成分组成如下：

本比较例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：10％；环氧树脂：46％；1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三甲酸盐：1.0％；补强剂碳酸钙：20％；固化剂对二甲苯胺：5.0％；石油树脂：8.0％；助剂：10％，助剂可以为颜料氧化铁黑，上述环氧树脂的环氧当量为180g/eq。

其中，补强衬板的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。

比较例2

为了说明本发明的复合材料中聚异丁烯和石油树脂的添加对材料的粘结性能和剪切强度的影响，通过不添加这聚异丁烯材料进行比较实施，材料的具体成分组成如下：

本比较例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：10％；环氧树脂：48％；聚异丁烯：6％；1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三甲酸盐：1.0％；补强剂碳酸钙：20％；固化剂对二甲苯胺：5.0％；助剂：10％，助剂可以为颜料氧化铁黑，上述环氧树脂的环氧当量为180g/eq，聚异丁烯为的数均分子量为3000Da。

其中，补强衬板的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。

比较例3

为了说明本发明的复合材料中聚异丁烯和石油树脂的添加对材料的粘结性能和剪切强度的影响，通过不添加这两种材料进行比较实施，材料的具体成分组成如下：

本比较例的补强衬板采用以下复合材料作为原料经过混炼、压片而成。其中补强衬板用复合材料包括以下质量百分数的成分组成：

丁腈橡胶：18％；环氧树脂：46％；1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三甲酸盐：1.0％；补强剂碳酸钙：20％；固化剂对二甲苯胺：5.0％；助剂：10％，助剂可以为颜料氧化铁黑，上述环氧树脂的环氧当量为220g/eq，聚异丁烯为的数均分子量为2000Da。

其中，上述低温补强衬板的具体制备方法同实施例1一致，这里不再赘述。

应用实施例

选取上述实施例和比较例得到的相应补强衬板进行具体的应用，具体可以应用的汽车的车身需要补强的部位，具体以对汽车车门补强应用进行具体说明。

根据汽车的车门外拉手处部位车门外板内侧板面形状进行轮廓定义，选取上述实施例和比较例得到的补强衬板进行剪切使得到合适大小和尺寸及形状的补强衬板；

在汽车的车身包括四个车门经过电泳底漆涂装工序之后，将补强衬板粘合在相应需补强部位的车门外钢板的拉手对应的内侧表面上，然后根据生产线的路水线进入中漆涂装工序和面漆涂装工序，使在中漆烘烤温度140℃～160℃和面漆烘烤温度的140℃～150℃的烘烤过程中使补强衬板进行低温固化15min～30min。

随机选取上述实施例和比较例得到的相应的补强衬板进行相关的性能测试，本发明的复合材料均能够实现在140℃左右的相对低温条件下进行一次烘烤20min即能够实施固化，而对于力学强度性能剪切强度和粘结力的性能测试的具体结果如下表1所示，具体为以下表1中的数据是采用本发明实施例1-6以及比较例1-3的相应补强衬板在底漆电泳涂装工序后粘贴并在140℃，一次烘烤20min固化后的相应性能。

表1：

随机选取上述实施例和比较例得到的相应的补强衬板进行相关的性能测试，本发明的复合材料均能够实现在140℃左右的相对低温条件下进行二次烘烤20min，相当于先后经过中漆烘烤工序(140℃～160℃)和面漆烘烤工序(140℃～150℃)的两个过程，同样能够实现固化，而对于经过两次烘烤固化的处理的相应产品的力学强度性能剪切强度和粘结力的性能测试的具体结果如下表2所示。

表2：

从上述表1和表2的性能测试结果可以看出，本发明补强衬板用复合材料能够更适用于车门补强的过程，在电泳涂装工序后粘贴，经过中漆烘烤工序和面漆烘烤工序两次烘烤过程的处理进行固化，能够使补强衬板的性能得到较好的提高。且在只经过一次烘烤20min进行固化，同样具有较好的性能表现；而从表1和表2的比较例数据结果还可以看出，本发明中聚异丁烯和石油树脂两种材料的添加对材料的性能能够起到一定的关键性作用，尤其在剪切强度和粘结力性能方面的表现，也佐证了本发明的复合材料中低温促进剂、聚异丁烯以及石油树脂与复合材料中的其它成分之间能够起到很好的协同效果，使实现降低固化温度的基础上兼具高剪切强度和粘结力的效果。

本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

Claims (9)

1.一种低温补强衬板用复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下成分的质量百分数：

丁腈橡胶：10％～25％；环氧树脂：30％～40％；聚异丁烯：5％～10％；低温促进剂：0.5％～1.5％；补强剂：20％～30％；固化剂：3.0％～5.0％；石油树脂：3.0％～8.0％；助剂：5.0％～10％；所述低温促进剂选自有机脲促进剂和/或咪唑类促进剂。

2.根据权利要求1所述低温补强衬板用复合材料，其特征在于，所述咪唑促进剂选自1-氰基乙基-2-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑、1-氰基乙基-2-苯基咪唑、1-氰基乙基-2-十一烷基咪唑偏苯三甲酸盐和1-氰基乙基-2-苯基咪唑偏苯三甲酸盐中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述低温补强衬板用复合材料，其特征在于，所述有机脲促进剂选自N、N’-二甲基二苯基脲、N、N’-二乙基二苯基脲和3-苯基1，1二甲基脲中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述低温补强衬板用复合材料，其特征在于，所述低温促进剂为N、N’-二甲基二苯基脲和1-氰基乙基-2-苯基咪唑的混合物，且所述N、N’-二甲基二苯基脲与1-氰基乙基-2-苯基咪唑的质量比为1：0.2～1：0.4。

5.根据权利要求1或2或3或4所述低温补强衬板用复合材料，其特征在于，所述环氧树脂的环氧当量为180～220g/eq。

6.根据权利要求1或2或3或4所述低温补强衬板用复合材料，其特征在于，所述补强剂选自滑石粉、碳酸钙、二氧化硅和云母粉中的一种或几种。

7.一种低温补强衬板，其特征在于，该补强衬板采用如权利要求1-6任意一项所述复合材料混炼压片而成。

8.根据权利要求7所述低温补强衬板，其特征在于，所述补强衬板的表面覆合有增强纤维层。

9.根据权利要求8所述低温补强衬板，其特征在于，所述增强纤维层选自玻璃纤维布或碳纤维布。