CN109439269A - 一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂及其制备方法，该固化胶黏剂按重量份数百分比计组成为：环氧丙烯酸酯预聚物10～30％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物20～40％、丙烯酸类活性稀释剂15～30％、光引发剂0.5～5％、增感剂0.1～1％、附着力促进剂1～15％、导热填料5～20％、助剂0.2～3％。使用本发明方法制备得到的胶黏剂能够实现线圈大厚度灌封固化，在全温范围可有效降低光纤线圈的温度梯度，提高光纤线圈全温稳定性。本发明成果设计科学，具有创新性，适合推广应用。

Description

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及光纤陀螺传感线圈灌封技术领域，尤其是一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂及其制备方法。

背景技术

光纤陀螺是一种新型的全固态角速率传感器，具有成本低、寿命长、动态范围大和可靠性高等优点，已被广泛的应用于军用及民用领域。

光纤线圈是光纤陀螺的核心敏感元件，其环境适应性直接影响光纤陀螺的应用性能，在工作过程中，光纤线圈要经历-45～70℃温度环境，能否快速适应外界高低温环境是决定线圈全温稳定性的重要因素。灌封胶是一种高分子材料，占据环圈比例高，其理化性能很大程度上关系着光纤线圈的全温稳定性。作为光纤陀螺敏感元件的关键组成材料而言，灌封胶不仅要求具有良好的力学性能和耐久性能，还要具有良好的温度适应性。高导热灌封胶不仅能够灌封固化光纤线圈，起到固定和尺寸保持功能，还具有较高的导热系数，在线圈经历高低温过程中能够加速热量传递，有效降低光纤线圈的温度梯度，降低线圈全温温度误差。

胶黏剂通常导热系数较低，固化后不易传导热量，导致整个产品体系温度不均匀，影响产品应用。因此，很多科研工作者对胶黏剂导热性能进行了研究，通常通过掺杂大量的导热填料来提高胶黏剂的导热效果，但这样一方面增加了体系粘度，胶黏剂施工困难，不易实现真空灌封工艺，另一方面导热填料会影响紫外光透过，导致固化效果变差，固化后内层固化层比较柔软，性能较差。

因此，需要研制一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，提升光纤陀螺的全温温度稳定性。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂及其制备方法，用来解决现有胶黏剂在光纤线圈灌封固化后温度梯度大、热导性能差的问题，同时实现光纤线圈灌封胶的大厚度充分固化。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：按重量份数百分比计组成为：

环氧丙烯酸酯预聚物10～30％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物20～40％、丙烯酸类活性稀释剂15～30％、光引发剂0.5～5％、增感剂0.1～1％、附着力促进剂1～15％、导热填料5～20％、助剂0.2～3％。

而且，所述的环氧丙烯酸酯预聚物为氰特EB6040、氰特EB600、沙多玛CN121、沙多玛CN2100、巴斯夫LR8986、巴斯夫LR8765、科宁3215、科宁3660、长兴6210G、长兴621A-80、三木61040、三木6104中的一种或几种。

而且，所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为沙多玛CN972、沙多玛CN999、沙多玛CN968、氰特EB210、氰特EB5129、科宁6572、科宁6891、拜耳UA VP LS2265、拜耳UA VP LS2337、巴斯夫UA9030A、巴斯夫LR8987、巴斯夫UA 9031V、三木SM6201、长兴6146-100、长兴615-100、长兴611B-85中的一种或几种。

而且，所述的丙烯酸类活性稀释剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、领苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、三乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲氧基乙氧基三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇单丙烯酸酯中的一种或几种。

而且，所述的光引发剂为α,α-二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或几种。

而且，所述的增感剂为Doublecure 225、Doublecure EPD和Doublecure ITX中的一种或几种。

而且，所述的附着力促进剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、2,3-环氧丙基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-二甲基氨基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

而且，所述的导热填料为粒径0.05μm的氮化硼微粉、粒径0.6μm的氮化硼微粉、粒径1μm的氮化硼微粉中的一种或几种。

而且，所述的助剂为迪高Foamex N、迪高Dispers710中的一种或几种。

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将环氧丙烯酸酯预聚物、聚氨酯丙烯酸酯预聚物、丙烯酸类活性稀释剂混合，加入到反应釜中，于一定转速下混合均匀，升温至80℃，保温1.5～2.5h，得到混合预聚体；

步骤2：将步骤1得到的混合预聚体降温至45℃，加入导热填料和助剂，45℃恒温下搅拌混合均匀，保温0.5～1.5h，得到掺杂预聚物；

步骤3：将步骤2得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入光引发剂、增感剂和附着力促进剂，65℃恒温下搅拌混合均匀，按照0.5℃/min降温速率冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明制备的高导热紫外光固化胶黏剂可实现大厚度光纤线圈灌封固化，固化深度大于7mm，固化后样品内外层固化效果均匀。

2、本发明运用纳米氮化硼为导热填料，极大提高了胶黏剂体系的导热性能，导热系数为1.1W/m·K，同时纳米氮化硼纳米粒径选择又最大限度降低了填料对胶黏剂体系粘度升高的影响，同时匹配相应的活性稀释剂，令体系粘度得到有效控制。

3、本发明制备的胶黏剂为光纤线圈灌封用，极大提升了环圈全温温度稳定性，运用该高导热紫外光固化胶黏剂的光纤线圈，-45～70℃全温温度误差小于0.08°/h，较改进前提升近1倍。

4、本发明提供的一种光纤线圈用高导热紫外光固化胶黏剂，有效提高了胶黏剂的热导效率。该胶黏剂可实现大厚度固化，工作温度范围宽，上述胶黏剂性能提升可有效提高光纤线圈全温稳定性。

具体实施方式

下面详细叙述本发明的实施例，需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，按重量份数百分比计组成为：

环氧丙烯酸酯预聚物10～30％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物20～40％、丙烯酸类活性稀释剂15～30％、光引发剂0.5～5％、增感剂0.1～1％、附着力促进剂1～15％、导热填料5～20％、助剂0.2～3％。

所述的环氧丙烯酸酯预聚物为氰特EB6040、氰特EB600、沙多玛CN121、沙多玛CN2100、巴斯夫LR8986、巴斯夫LR8765、科宁3215、科宁3660、长兴6210G、长兴621A-80、三木61040、三木6104中的一种或几种。

所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为沙多玛CN972、沙多玛CN999、沙多玛CN968、氰特EB210、氰特EB5129、科宁6572、科宁6891、拜耳UA VP LS2265、拜耳UA VP LS2337、巴斯夫UA9030A、巴斯夫LR8987、巴斯夫UA 9031V、三木SM6201、长兴6146-100、长兴615-100、长兴611B-85中的一种或几种。

所述的丙烯酸类活性稀释剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、领苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、三乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲氧基乙氧基三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇单丙烯酸酯中的一种或几种。

所述的光引发剂为α,α-二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或几种。

所述的增感剂为Doublecure 225、Doublecure EPD和Doublecure ITX中的一种或几种。

所述的附着力促进剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、2,3-环氧丙基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-二甲基氨基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

所述的导热填料为粒径0.05μm的氮化硼微粉、粒径0.6μm的氮化硼微粉、粒径1μm的氮化硼微粉中的一种或几种。

所述的助剂为迪高Foamex N、迪高Dispers710中的一种或几种。

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将环氧丙烯酸酯预聚物、聚氨酯丙烯酸酯预聚物、丙烯酸类活性稀释剂混合，加入到反应釜中，于一定转速下混合均匀，升温至80℃，保温1.5～2.5h，得到混合预聚体；

步骤2：将步骤1得到的混合预聚体降温至45℃，加入导热填料和助剂，45℃恒温下搅拌混合均匀，保温0.5～1.5h，得到掺杂预聚物；

步骤3：将步骤2得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入光引发剂、增感剂和附着力促进剂，65℃恒温下搅拌混合均匀，按照0.5℃/min降温速率冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。

以下举出具体实施例对本发明方法进行说明：

实施例一：

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、按重量百分比计，分别称取环氧丙烯酸酯预聚物28％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物40％、丙烯酸类活性稀释剂15％、光引发剂3.9％、増感剂0.1％、附着力促进剂7％、导热填料5％、助剂1％；

步骤一中所述的环氧丙烯酸酯预聚物为科宁3215；

步骤一中所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为氰特EB210；

步骤一中所述的丙烯酸类活性稀释剂为三乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；

步骤一中所述的光引发剂为2,4,6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化膦；

步骤一中所述的増感剂为Doublecure EPD；

步骤一中所述的附着力促进剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷；

步骤一中所述的导热填料为粒径0.05μm的氮化硼微粉；

步骤一中所述的助剂为迪高Foamex N；

二、将步骤一中称取的28％环氧丙烯酸酯预聚物、40％聚氨酯丙烯酸酯预聚物和15％丙烯酸类活性稀释剂混合，将混合均匀的物料加入到反应釜中，转速800r/min条件下搅拌混合20min，然后升温至80℃，保温2h，得到混合预聚体；

三、将步骤二中得到的混合预聚体降温至45℃，然后加入5％导热填料和1％助剂，再置于500r/min条件下搅拌混合20min，然后于恒温条件下保温1h，得到掺杂预聚物；

四、将步骤三得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入3.9％光引发剂、0.1％増感剂和7％附着力促进剂，置于300r/min且恒温条件下搅拌混合均匀，最后按照0.5℃/min冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。

实施例二：

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、按重量百分比计，分别称取环氧丙烯酸酯预聚物30％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物20％、丙烯酸类活性稀释剂26％、光引发剂0.5％、増感剂0.5％、附着力促进剂1％、导热填料20％、助剂2％；

步骤一中所述的环氧丙烯酸酯预聚物为氰特EB6040；

步骤一中所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为沙多玛CN972；

步骤一中所述的丙烯酸类活性稀释剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯；

步骤一中所述的光引发剂为α,α-二乙氧基苯乙酮；

步骤一中所述的増感剂为Doublecure 225；

步骤一中所述的附着力促进剂为2,3-环氧丙基丙基三甲氧基硅烷；

步骤一中所述的导热填料为粒径0.6μm的氮化硼微粉；

步骤一中所述的助剂为迪高Dispers710；

二、将步骤一中称取的30％环氧丙烯酸酯预聚物、20％聚氨酯丙烯酸酯预聚物和26％丙烯酸类活性稀释剂混合，将混合均匀的物料加入到反应釜中，转速800r/min条件下搅拌混合20min，然后升温至80℃，保温1.5h，得到混合预聚体；

三、将步骤二中得到的混合预聚体降温至45℃，然后加入20％导热填料和2％助剂，再置于500r/min条件下搅拌混合20min，然后于恒温条件下保温0.5h，得到掺杂预聚物；

四、将步骤三得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入0.5％光引发剂、0.5％増感剂和1％附着力促进剂，置于300r/min且恒温条件下搅拌混合均匀，最后按照0.5℃/min冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。

实施例三：

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、按重量百分比计，分别称取环氧丙烯酸酯预聚物10％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物30％、丙烯酸类活性稀释剂30％、光引发剂2％、増感剂1％、附着力促进剂15％、导热填料9％、助剂3％；

步骤一中所述的环氧丙烯酸酯预聚物为巴斯夫LR8986和长兴621A-80；

步骤一中所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为科宁6891、拜耳UA VP LS2265和巴斯夫UA9030A；

步骤一中所述的丙烯酸类活性稀释剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和异冰片基丙烯酸酯；

步骤一中所述的光引发剂为1-羟基-环己基苯甲酮和2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮；

步骤一中所述的増感剂为Doublecure EPD；

步骤一中所述的附着力促进剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂和N-二甲基氨基三甲氧基硅烷；

步骤一中所述的导热填料为0.05μm的氮化硼微粉；

步骤一中所述的助剂为迪高Foamex N和迪高Dispers710；

二、将步骤一中称取的10％环氧丙烯酸酯预聚物、30％聚氨酯丙烯酸酯预聚物和30％丙烯酸类活性稀释剂混合，将混合均匀的物料加入到反应釜中，转速800r/min条件下搅拌混合20min，然后升温至80℃，保温2.5h，得到混合预聚体；

三、将步骤二中得到的混合预聚体降温至45℃，然后加入9％导热填料和3％助剂，再置于500r/min条件下搅拌混合20min，然后于恒温条件下保温1.5h，得到掺杂预聚物；

四、将步骤三得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入2％光引发剂、1％増感剂和15％附着力促进剂，置于300r/min且恒温条件下搅拌混合均匀，最后按照0.5℃/min冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。

实施例四：

一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

一、按重量百分比计，分别称取环氧丙烯酸酯预聚物12％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物35％、丙烯酸类活性稀释剂19％、光引发剂5％、増感剂0.8％、附着力促进剂12％、导热填料16％、助剂0.2％；

步骤一中所述的环氧丙烯酸酯预聚物为三木6104；

步骤一中所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为长兴611B-85；

步骤一中所述的丙烯酸类活性稀释剂为甲氧基乙氧基三羟甲基丙烷二丙烯酸酯；

步骤一中所述的光引发剂为2-羟基-2-甲基-苯基丙酮、；

步骤一中所述的増感剂为Doublecure EPD和Doublecure ITX；

步骤一中所述的附着力促进剂为N-二甲基氨基三甲氧基硅烷；

步骤一中所述的导热填料为粒径1μm的氮化硼微粉；

步骤一中所述的助剂为迪高Dispers710；

二、将步骤一中称取的12％环氧丙烯酸酯预聚物、35％聚氨酯丙烯酸酯预聚物和19％丙烯酸类活性稀释剂混合，将混合均匀的物料加入到反应釜中，转速800r/min条件下搅拌混合20min，然后升温至80℃，保温2h，得到混合预聚体；

三、将步骤二中得到的混合预聚体降温至45℃，然后加入16％导热填料和0.2％助剂，再置于500r/min条件下搅拌混合20min，然后于恒温条件下保温1h，得到掺杂预聚物；

四、将步骤三得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入5光引发剂、0.8％増感剂和12％附着力促进剂，置于300r/min且恒温条件下搅拌混合均匀，最后按照0.5℃/min冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。

本发明针对现有胶黏剂在光纤线圈灌封固化后温度梯度大、热导性能差的问题，通过高掺杂导热填料，提高灌封胶导热系数，匹配相应的活性稀释剂实现灌封胶体系粘度较低，保证线圈灌封工艺实现，同时通过匹配高活性光引发体系，实现光纤线圈灌封胶的大厚度紫外光固化，克服固化后胶层内层偏软问题。

Claims (10)

1.一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：按重量份数百分比计组成为：

环氧丙烯酸酯预聚物10～30％、聚氨酯丙烯酸酯预聚物20～40％、丙烯酸类活性稀释剂15～30％、光引发剂0.5～5％、增感剂0.1～1％、附着力促进剂1～15％、导热填料5～20％、助剂0.2～3％。

2.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的环氧丙烯酸酯预聚物为氰特EB6040、氰特EB600、沙多玛CN121、沙多玛CN2100、巴斯夫LR8986、巴斯夫LR8765、科宁3215、科宁3660、长兴6210G、长兴621A-80、三木61040、三木6104中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的聚氨酯丙烯酸酯预聚物为沙多玛CN972、沙多玛CN999、沙多玛CN968、氰特EB210、氰特EB5129、科宁6572、科宁6891、拜耳UA VP LS2265、拜耳UA VP LS2337、巴斯夫UA9030A、巴斯夫LR8987、巴斯夫UA 9031V、三木SM6201、长兴6146-100、长兴615-100、长兴611B-85中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的丙烯酸类活性稀释剂为甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、领苯二甲酸乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、异冰片基丙烯酸酯、三乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、甲氧基乙氧基三羟甲基丙烷二丙烯酸酯、甲氧基三丙二醇单丙烯酸酯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的光引发剂为α,α-二乙氧基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-苯基丙酮、1-羟基-环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-对羟乙基醚基苯基丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-乙氧基-苯基氧化膦、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的增感剂为Doublecure 225、Doublecure EPD和Doublecure ITX中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的附着力促进剂为γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷、2,3-环氧丙基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、N-二甲基氨基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的导热填料为粒径0.05μm的氮化硼微粉、粒径0.6μm的氮化硼微粉、粒径1μm的氮化硼微粉中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的一种光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂，其特征在于：所述的助剂为迪高Foamex N、迪高Dispers710中的一种或几种。

10.一种如权利要求1所述的光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将环氧丙烯酸酯预聚物、聚氨酯丙烯酸酯预聚物、丙烯酸类活性稀释剂混合，加入到反应釜中，于一定转速下混合均匀，升温至80℃，保温1.5～2.5h，得到混合预聚体；

步骤2：将步骤1得到的混合预聚体降温至45℃，加入导热填料和助剂，45℃恒温下搅拌混合均匀，保温0.5～1.5h，得到掺杂预聚物；

步骤3：将步骤2得到的掺杂预聚物升温至65℃，避光条件下加入光引发剂、增感剂和附着力促进剂，65℃恒温下搅拌混合均匀，按照0.5℃/min降温速率冷却至室温，得到光纤线圈灌封用高导热紫外光固化胶黏剂。