CN110305611B - 一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不锈钢‑铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其由树脂溶液P425、树脂溶液PCA118按质量比为100：10.8‑11.5混合后，再通过稀释溶剂稀释后制成热固性树脂胶液，所述稀释溶剂采用对胶液具有良好的溶解性且不与胶液发生反应的有机溶剂，以热固性树脂胶液的总质量为100%计，稀释溶剂的用量为2～6%，以及所述热固性树脂胶的应用方法和应用后制得的产品，其应用后制得的不锈钢‑铝合金复合板卷具有优异的粘结强度。

Description

一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶及应用
技术领域
本发明涉及胶粘剂领域以及复合材料生产制造领域，尤其是一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶及应用。
背景技术
随着社会经济的发展与进步，在建筑装饰、轻工制造等行业，对各类金属板材需求巨大，但单种金属板材往往因金属固有特性（例如耐腐蚀性、光泽度等）与经济性的矛盾而限制其应用。在此背景下，复合材料因其组元选择的不同和复合制造方法的不同，可衍生出性能、表观、功能、经济性等兼具的双金属层状复合材料，在满足节约贵重金属的同时，还满足各应用领域对金属复合材料的特性需求，为双金属复合板材制造业带来无限机会，对国计民生影响意义深远。
现有层状金属复合技术较多，但主要采用爆炸复合、轧制复合和粘接法，前两种生产技术不仅投资规模巨大，工艺流程长，并且，有些金属间的复合在技术上也会受到限制，因此，粘接法技术应用最广。
目前，双金属复合板卷的生产大都采用热塑性粘接材料连续层压复合而成，相继开发出同种金属间的复合板并得以市场应用，但此种生产技术因热塑性胶膜（即热塑性粘接材料层）的热熔温度较低，与金属板间的浸润性不好，保持复合固化温度、压力和时间要求严格，存在明显局限性：一是只用于同种金属板材或导热系数相近的金属板材之间的层压复合，二是复合层间的180°线性剥离强度不高，一般＜25N/25mm。为得到较高的结合强度也有人采用金属结构胶作为粘接材料，金属结构胶虽然粘度很高，但其施胶操作时间较短，固化时间长，只可实现一定尺寸的金属板之间粘接复合，无法实现金属材料的大面积连续粘接，不能用于生产复合板卷，且容易出现薄层金属复合后不平整、复合层下腐蚀等缺陷。因此，迫切需要开发一种新型热固性胶粘剂，以此来制作高结合强度的双金属层压复合板卷。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶及应用，该热固性树脂胶具有优异的粘结强度。
一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其由树脂溶液P425、树脂溶液PCA118按质量比为100：10.8-11.5混合后，再通过稀释溶剂稀释后制成热固性树脂胶液，所述稀释溶剂采用对胶液具有良好的溶解性且不与胶液发生反应的有机溶剂，以热固性树脂胶液的总质量为100%计，稀释溶剂的用量为2～6%。
优选的，所述稀释溶剂采用甲基乙基酮、甲苯中的任一种。
本发明的目的之二在于提供一种所述不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶的应用方法，包括以下步骤：（1）准备金属基层和金属表层，并在金属基层的待复合面和金属表层的待复合面上分别涂覆一层所述的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，所述金属基层采用铝合金基层，所述表层采用不锈钢表层；（2）分别对涂覆有热固性树脂胶的金属基层和金属表层加热进行高温烘烤固化，高温烘烤的最高峰值温度（PMT）控制在225-265℃，在金属基层和金属表层上分别形成热固化的树脂胶层；（3）以金属基层上的热固化的树脂胶层与金属表层上的热固化的树脂胶层面对面进行叠加，并在步骤（2）所述的高温烘烤的最高峰值温度条件下对所述叠加后的板材进行连续辊压贴合，控制所述热固性树脂胶层的总厚度与金属表层的厚度百分比为17-24.8%，辊压后进行快速冷却，制得不锈钢-铝合金复合板卷。
本发明的目的之三在于提供根据所述不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶的应用方法制得的不锈钢-铝合金复合板卷，其包括自下而上顺序叠加设置的铝合金基层、热固性树脂胶层和不锈钢表层，所述热固性树脂胶层的总厚度与不锈钢表层的厚度百分比为17-24.8%。
本发明具有如下技术效果：
（1）本发明开发了一种新型的热固性树脂胶，该热固性树脂胶尤其适用于铝合金与不锈钢两种金属层之间的粘接；
（2）本发明的热固性树脂胶由树脂溶液P425、树脂溶液PCA118按质量比为100:10.8-11.5混合后，再通过稀释溶剂稀释后制得，突破常见的热固性树脂胶的主剂与固化剂的配合比例（100: 5）采用主剂与固化剂的配合比例为100: 10.8-11.5进行热固性树脂胶的配制；并且，所述稀释溶剂具有良好的溶解性且不会与胶液发生化学反应；所制得的树脂胶应用于不锈钢-铝合金双金属复合板卷的生产时，所制得的不锈钢-铝合金双金属复合板卷的层间180°线性剥离强度达到70N/25mm以上；
（3）本发明的热固性树脂胶在应用于不锈钢-铝合金双金属复合板卷的生产中时，在金属基层和金属表层上分别涂覆一层所述的热固性树脂胶；并分别对涂覆有热固性树脂胶的金属基层和金属表层加热进行高温烘烤固化，在加热的过程中，热固性树脂胶中的溶剂（包括树脂溶液P425和树脂溶液PCA118中的溶剂以及稀释溶剂）能够挥发并得以释放；同时，高温烘烤的最高峰值温度（PMT）控制在225-265℃，在此温度下保持3～5s，热固性树脂胶的固化程度通常仅为80～90%，此时将金属基层和金属表层叠加，并配合进行连续的辊压，使得金属基层上的热固性树脂胶与金属表层上的热固性树脂胶之间均匀贴紧粘合，实现金属材料的大面积连续粘接，在提高粘接强度的同时，也可保证复合板材的平整度及一致性；
（4）本发明所采用的热固性树脂胶在常温条件下施工粘度不高，但流平性与浸润性较好，而该热固性树脂胶在经高温烘烤固化后具有韧性结构，固化收缩系数小，具有一定厚度和韧性的热固性树脂胶耐疲劳抗蠕变性能优异，在应用于不锈钢-铝合金双金属复合板卷的生产中时不会出现层下腐蚀现象，可消除不同金属层间因导热系数的差异所带来的影响，大大提高了不同金属层间的结合可靠性；
（5）本发明的热固性树脂胶的总厚度主要取决于金属表层的厚度，合适的热固性树脂胶层的厚度是复合可靠性的重要保证，热固性树脂胶层过薄，无法完全消除双金属间热传导系数不同的影响，也容易造成金属层间粘接不牢，热固性树脂胶层过厚会降低复合板材的剪切强度，薄带材的复合板卷表面会出现不平整现象；
（6）本发明的高粘接强度的不锈钢-铝合金双金属复合板卷的生产工艺同样适用于各种厚度、宽度材料的复合，可实现较宽幅面（例如宽度为600-1500mm）复合板的生产，复合板的表面平整，粘接牢靠，其中所制得的铝合金-不锈钢双金属复合板卷后续可实现剪切、折弯、冲剪、钻孔等加工作业（要保证所得到的不锈钢-铝合金双金属复合板卷能够满足后续剪切、折弯、冲剪、钻孔等加工作业时不出现开裂、分层现象，不锈钢-铝合金双金属复合板卷的层间180°线性剥离强度一般需要达到50N/25mm以上），并可耐受冷热冲击环境，经济可靠，可广泛用于建筑装饰、家电、轿厢、箱柜等领域。
本发明的所述的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶的应用方法可做如下改进：
（1）优选的，步骤（1）中在铝合金基层的待复合面和不锈钢表层的待复合面上涂覆热固性树脂胶前，先对铝合金基层与不锈钢表层进行脱脂处理，避免金属层表面的油脂影响粘接效果；
（2）在具体实施过程中，所述不锈钢表层的厚度控制在0.03-0.8mm；
（3）在具体实施过程中，所述铝合金基层的厚度控制在0.2-2.5mm；
（4）优选的，在所述步骤（1）中，在铝合金基层的待复合面或不锈钢表层的待复合面上涂覆热固性树脂胶前，均先在所述金属层的待复合面上形成一层化学涂膜层，再在化学涂膜层上涂覆所述的热固性树脂胶，所述化学涂膜层采用与金属接触紧密且表面具有孔隙的化学转化膜。金属表面的化学涂膜层通常用作金属表面的保护层，起耐磨、防腐蚀的作用，本发明在热固性树脂胶层与金属层之间增加了化学涂膜层，起到增强热固性树脂胶与金属间的浸润性，达到进一步提高双金属之间的粘接强度的目的。当然，所述金属层与热固性树脂胶层之间也可以不设置化学涂膜层。进一步的，所述化学涂膜层优选为硅烷转化膜，实际上其为经铬酸盐钝化处理的钝化膜等任一种常见的与金属接触紧密且表面具有孔隙的化学转化膜均可。具体实施过程中，所述化学涂膜层5的厚度通常为0.2-0.8μm；
（5）优选的，所述步骤（3）中连续辊压过程中的辊压力控制在2-10kgf/mm2，既能在完全固化之前将热固性树脂胶层压制成所需厚度，同时又避免过压；
（6）优选的，所述步骤（3）中快速冷却步骤采用快速水冷并烘干；
（7）所述铝合金基层和不锈钢表层的金属板卷开卷张应力≤25kN/ mm2，合适的张应力不仅是稳定复合运行的保证，同时可以保证复合层间的连接不被破坏。必要时可对金属板卷的卷头卷尾通过缝合或焊接装置进行连接，同时配备储料装置，可保证生产连续性的同时提高层压复合的成品率；
（8）优选的，所述稀释后得到的热固性树脂胶的施工粘度控制在1000-2500CPS，合适的施胶粘度利于控制施胶膜厚及其流平性能；
（9）优选的，本发明的所述步骤（3）强制冷却后的复合板材温度为30-60℃；
（10）优选的，步骤（3）中将所制得的不锈钢-铝合金复合板卷外覆保护膜后切边，卷取或切板堆垛制得不锈钢-铝合金复合板卷成品。
附图说明
图1为根据本发明的热固性树脂胶的应用方法制得的不锈钢-铝合金复合板卷的结构图。
具体实施方式
现具体陈述本发明的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶及其应用方法和应用后制得的产品的实施方式：
一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其由树脂溶液P425、树脂溶液PCA118按质量比为100：10.8-11.5混合后，再通过稀释溶剂稀释后制成热固性树脂胶液，所述稀释溶剂采用对胶液具有良好的溶解性且不与胶液发生反应的有机溶剂，以热固性树脂胶液的总质量为100%计，稀释溶剂的用量为2～6%。
一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶的应用方法，包括以下步骤：（1）准备金属基层1和金属表层3，并在金属基层1的待复合面和金属表层3的待复合面上分别涂覆一层所述的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，所述金属基层采用铝合金基层，所述表层采用不锈钢表层；（2）分别对涂覆有热固性树脂胶的金属基层1和金属表层3加热进行高温烘烤固化，高温烘烤的最高峰值温度（PMT）控制在225-265℃，在金属基层1和金属表层3上分别形成热固化的树脂胶层；（3）以金属基层1上的热固化的树脂胶层与金属表层3上的热固化的树脂胶层面对面进行叠加，并在高温烘烤的最高峰值温度条件下对所述叠加后的板材进行连续辊压贴合，控制所述热固性树脂胶层的总厚度与金属表层的厚度百分比为17-24.8%，辊压后进行快速冷却，制得不锈钢-铝合金复合板卷。
根据所述的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶的应用方法制得的不锈钢-铝合金复合板卷，如图1所示，其包括自下而上顺序叠加设置的铝合金基层1、热固性树脂胶层2和不锈钢表层3，所述热固性树脂胶层2的总厚度与不锈钢表层3的厚度百分比为17-24.8%。
本申请人提供了根据本发明的热固性树脂胶及其应用方法和应用后制得的产品进行的8个实施例，并且，这些实施例1-实施例4的热固性树脂胶的应用方法中步骤（1）中在所述铝合金基层1、不锈钢表层3的待复合面上均先形成一层化学涂膜层（4；5），再在化学涂膜层（4；5）上涂覆热固性树脂胶，所述化学涂膜层采用硅烷转化膜；实施例5-实施例8的热固性树脂胶的应用方法中步骤（1）中所述铝合金基层1和不锈钢表层3的待复合面上均不涂覆化学涂膜层，在铝合金基层1和不锈钢表层3的待复合面上均直接涂覆热固定树脂胶层。现将实施例1-实施例8的铝合金基层1选材、不锈钢表层3选材、P425与PCA118的质量比、高温烘烤的PMT值、热固性树脂胶层2与不锈钢表层3的厚度百分比均列举于下表1中，同时，对所制得的不锈钢-铝合金复合板卷进行了180°线性剥离强度测试和冷热冲击试验，并将试验结果列举于下表2中。
表1
Figure 722226DEST_PATH_IMAGE001
表2
Figure 228293DEST_PATH_IMAGE002
由所述实施例1-实施例8的试验数据可知：采用本发明的热固性树脂胶的应用方法所制得的不锈钢-铝合金复合板卷具有连续高强度的联接，其层间180°线性剥离强度＞70N/25mm（其达到了保证所得到的双金属复合板卷能够满足后续剪切、折弯、冲剪、钻孔等加工作业时不出现开裂、分层现象的性能要求：层间180°线性剥离强度达到50N/25mm以上），同时，层间未出现明显剥离，使得所制得的双金属复合板卷能够顺利进行后续的剪切、折弯、冲剪、钻孔等加工作业。同时，根据实施例5与实施例1的试验结果的比较、实施例6与实施例2的试验结果的比较、实施例7与实施例3的试验结果的比较、实施例8与实施例4的试验结果的比较可看出：与所述铝合金基层1和不锈钢表层3的待复合面上均不涂覆化学涂膜层相比，在铝合金基层的待复合面或不锈钢表层的待复合面上涂覆热固性树脂胶前，均先在所述金属层的待复合面上形成一层化学涂膜层，再在化学涂膜层上涂覆所述的热固性树脂胶，能够起到增强热固性树脂胶与金属间的浸润性，达到进一步提高双金属之间的粘接强度的目的。
另外，为了体现高温烘烤的最高峰值温度（PMT）和P425与PCA118的重量比进行限定的意义，本申请人还提供了8个对比例（即对比例1-对比例8），其中，对比例1-对比例8的热固性树脂胶的应用方法中步骤（1）中所述铝合金基层1和不锈钢表层3的待复合面上均不涂覆化学涂膜层，在铝合金基层1和不锈钢表层3的待复合面上均直接涂覆热固定树脂胶层，并且，所述对比例1-对比例8的P425与PCA118的体积比、高温烘烤的PMT值、热固性树脂胶层2的厚度均列举于下表3中，同时，对所制得的不锈钢-铝合金复合板卷进行了180°线性剥离强度测试和冷热冲击试验，并将试验结果列举于下表4中。
表3
Figure 647773DEST_PATH_IMAGE003
表4
Figure 202383DEST_PATH_IMAGE004
由对比例1或对比例2与实施例5的试验结果的比较可看出：本发明的高温烘烤的最高峰值温度过低时，层间结合强度下降，甚至不能牢固结合，无法满足冷热冲击环境，给双金属复合板卷的机械加工性能带来不利影响，如折弯出现分层开裂、冲孔后出现分层现象等等。由对比例3或对比例4与实施例8的试验结果的比较可看出：本发明的高温烘烤的最高峰值温度过高时，层间结合强度不会直接提高粘接性能，在增加生产成本的同时，会对复合金属的机械性能、表面质量带来不利影响（如降低机械强度、表面氧化风险）。同时，由对比例5或对比例6与实施例7的试验数据的比较可看出：P425与PCA118的重量比在100:10.8-11.5为一个合适范围，当PCA118的重量比过低时，热固树脂层无法完全固化，会降低层间结合强度，甚至无法实现金属层间的牢固粘接。由对比例7或对比例8与实施例5的试验数据的比较可看出：当PCA118重量比过高时，金属层间的粘接强度不会明显提高，与此同时，反而会使热固树脂玻璃化严重，降低树脂的韧性，会对双金属复合板卷的抗拉伸、抗弯折、抗冲击性能带来不利影响。
上述实施例1-实施例8和对比例1-对比例8中所采用的铝合金卷材均为宽度为1250mm，H24的3003铝合金卷材；不锈钢卷材均为宽度为1250mm，2B表面的201不锈钢卷材。另，实施例1-实施例11中热固性树脂胶层的总厚度数值均为平均厚度，其允许存在±0.005mm的波动范围。
上述实施例1-实施例8和对比例1-对比例8中所制得的双金属复合板卷的冷热冲击试验按以下实验方法检测：
Figure 758129DEST_PATH_IMAGE005
本发明的热固性树脂胶也适用于其他厚度、宽度的不锈钢-铝合金双金属材料层的复合，可实现较宽幅面（例如宽度为600-1500mm）复合板的连续粘接生产，复合板的表面平整，结合牢靠。并且，其也适用于其他金属材质的双金属板卷的复合。
在具体实施过程中，所述不锈钢表层3的厚度通常控制在0.03-0.8mm。
在具体实施过程中，所述铝合金基层1通常控制在为0.2-2.5mm。
当然，所述化学涂膜层也可以选用经铬酸盐钝化处理的钝化膜等任一种常见的与金属接触紧密且表面具有孔隙的化学转化膜均可。具体实施过程中，所述化学涂膜层5的厚度通常为0.2-0.8μm。
另，所述金属层的未复合面上也涂覆一层化学涂膜层，对金属层的未复合面起到保护作用，所述化学涂膜层可以选用任意常见的金属防护材料层。
优选的，所述步骤（3）中连续辊压过程中的辊压力控制在2-10kgf/mm2，既能在完全固化之前将热固性树脂胶层2压制成所需厚度，同时又避免过压。
优选的，所述步骤（3）中快速冷却步骤采用快速水冷并烘干。
优选的，所述铝合金基层1和不锈钢表层3的金属板卷开卷张应力≤25kN/ mm2，合适的张应力不仅是稳定复合运行的保证，同时可以保证复合层件的连接不被破坏。必要时可对金属板卷的卷头卷尾通过缝合或焊接装置进行连接，同时配备储料装置，可保证生产连续性的同时提高层压复合的成品率。
优选的，步骤（3）中将所制得的不锈钢-铝合金复合板卷外覆保护膜后切边，卷取或切板堆垛制得双金属复合板卷成品。
优选的，本发明的所述步骤（3）强制冷却后的复合板材温度为30-60℃。
优选的，所述稀释后得到的热固性树脂胶2的施工粘度控制在1000-2500CPS，合适的施胶粘度可以保证施胶膜厚及其流平性能。
本发明所述的树脂溶液P425和树脂溶液PCA118均为韩国正友FINE株式会社生产，其中所述树脂溶液P425的化学性质如下：
组分 浓度或浓度范围（质量分数，%） CAS.No.
甲基乙基酮（MEK） 40-50% 78-93-3
聚酯树脂 45-55% *3
环氧树脂 5-15% *3
所述树脂溶液PCA118的化学性质如下：
组分 浓度或浓度范围（质量分数，%） CAS.No.
聚异氰酸酯 45-55% 53317-61-6
乙酸乙酯 45-55% 141-78-6
二异氰酸间-甲苯亚基酯＜1% 0.1-0.5% 26471-62-5
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，锁住的任何修改、等同替换、改进等，均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：其由树脂溶液P425、树脂溶液PCA118按质量比为100：10.8-11.5混合后，再通过稀释溶剂稀释后制成热固性树脂胶液，所述稀释溶剂采用对胶液具有良好的溶解性且不与胶液发生反应的有机溶剂，以热固性树脂胶液的总质量为100％计，稀释溶剂的用量为2～6％；其中所述树脂溶液P425的各组分质量浓度分别为：甲基乙基酮40-50％、聚酯树脂45-55％、环氧树脂5-15％，所述树脂溶液PCA118的各组分质量浓度分别为：聚异氰酸酯45-55％、乙酸乙酯45-55％、二异氰酸间-甲苯亚基酯0.1-0.5％；所述的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶的应用方法包括以下步骤：(1)准备金属基层和金属表层，并在金属基层的待复合面和金属表层的待复合面上分别涂覆一层所述的不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，所述金属基层采用铝合金基层，所述表层采用不锈钢表层；(2)分别对涂覆有热固性树脂胶的金属基层和金属表层加热进行高温烘烤固化，高温烘烤的最高峰值温度控制在225-265℃，在金属基层和金属表层上分别形成热固化的树脂胶层；(3)以金属基层上的热固化的树脂胶层与金属表层上的热固化的树脂胶层面对面进行叠加，并在步骤(2)所述的高温烘烤的最高峰值温度条件下对所述叠加后的板材进行连续辊压贴合，辊压后进行快速冷却，制得不锈钢-铝合金复合板卷。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：所述稀释溶剂采用甲基乙基酮、甲苯中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：辊压控制所述热固性树脂胶层的总厚度与金属表层的厚度百分比为17-24.8％。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：所述不锈钢表层的厚度控制在0.03-0.8mm。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：所述铝合金基层的厚度控制在0.2-2.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：在所述步骤(1)中，在铝合金基层的待复合面或不锈钢表层的待复合面上涂覆热固性树脂胶前，均先对铝合金基层与不锈钢表层进行脱脂处理，再在所述金属基层和金属表层的待复合面上形成一层化学涂膜层，再在化学涂膜层上涂覆所述的热固性树脂胶，所述化学涂膜层采用与金属接触紧密且表面具有孔隙的化学转化膜。
7.根据权利要求6所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：所述化学涂膜层采用硅烷转化膜。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：所述步骤(3)中连续辊压过程中的辊压力控制在2-10kgf/mm2。
9.根据权利要求1所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶，其特征在于：所述稀释后得到的热固性树脂胶的施工粘度控制在1000-2500CPS。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的一种不锈钢-铝合金复合板卷生产用热固性树脂胶制得的不锈钢-铝合金复合板卷，其包括自下而上顺序叠加设置的铝合金基层、热固性树脂胶层和不锈钢表层，所述热固性树脂胶层的总厚度与不锈钢表层的厚度百分比为17-24.8％。
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