CN110511705B - 一种焊装用薄板补强胶基体组合物、补强胶片及制备方法 - Google Patents
一种焊装用薄板补强胶基体组合物、补强胶片及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种焊装用薄板补强胶基体组合物、补强胶片及制备方法，涉及汽车用材料领域，以基体组合物的总量为基准，包括如下组分：15‑35wt％的环氧树脂、2‑15wt％的热塑性塑料、30‑50wt％的无机填料、3‑7wt％的固化剂、3‑10wt％的助剂、0.1‑1wt％的膨胀剂、1.5‑4wt％的抑制剂。本发明采用热塑性塑料，热塑性塑料具有良好的热塑性粘结性，可提高基体组合物与上层玻璃纤维布的附着力；热塑性塑料都含有孤对电子，可作为电子供体，与钢板表面金属离子提供的电子受体空轨道相吸引，也改善了钢板与补强片基体组合物的粘结力；并且，热塑性塑料与环氧树脂的相容性较好，且拉伸强度高、韧性佳，可以增韧环氧树脂，其自身也可以制备结构塑料，提供机械强度，可以制备高补强倍数的补强胶片。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用材料领域，具体涉及一种焊装用薄板补强胶基体组合物、补强胶片及制备方法。
背景技术
随着汽车行业的快速发展，人们对汽车的要求越来越高，汽车轻量化和环保逐渐成为汽车发展的趋势。汽车轻量化也是节省能源和降低污染的有效途径。目前汽车轻量化的一种经济有效方法是使用薄钢板作为汽车材料减轻车身重量的方法，钢板变薄会使车身局部刚度下降，在汽车行驶中易产生噪音和共振，抗冲击性变差，威胁到驾驶人员的生命。为了保证汽车驾驶员的安全性，汽车厂家一般采用在车门内板、门把手、车顶、轮罩、行李箱盖、引擎盖内侧和侧围粘贴补强片的方法局部增加钢板刚性、抗弯强度和冲击强度。
补强片的补强效果是补强片的关键技术指标，主要的评价方式有三种：挠度法、补强倍率法、最大弯曲强度法。欧美主机厂通常使用补强倍率法，我国汽车用补强胶片行业标准QC/T 851也采用补强倍率法，此标准按照应用工序将补强片分为焊装工序和涂装工序，每一种工序的补强片按照补强倍数分为低补强、中补强和高补强三种。其中高补强倍数的补强片：挠度2.5mm时，补强倍数≥3.0；挠度5mm时，补强倍数≥4.0；最大负荷时，补强倍数≥5.0。
中补强倍数的补强片在主机厂应用较广，高补强补强片技术还不成熟。为了应对主机厂对高补强片的需求，生产厂家一般会在中补强配方的基础上，增加补强片厚度提高补强倍数，而产品厚度增加，导致重量增加，与汽车轻量化背道而驰。另外一种办法是加入发泡体系，将补强片做成结构发泡增强材料，具有密度低、强度高的优点，而发泡泡孔多，可连通到钢板上，雨水老化作用下，增大了钢板锈蚀的风险，另外发泡体系补强片在固化时，有一个向外膨胀的力，减小了与钢板的粘结力，增大了补强片脱落的风险。
目前补强片的配方主要由环氧树脂、橡胶(丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶)、硫化体系组成，有的产品为了实现轻量化的目的还添加了发泡剂。补强片配方体系中，橡胶主要是用来增韧补强片的，而采用热塑性树脂增韧的补强片体系较少，其中北京龙苑伟业新材料有限公司在《中国建材》2006年第1 期77页公开的薄板补强片基料是PVC树脂、环氧树脂和特种橡胶等，已成功应用于汽车上，但加入PVC树脂后的补强胶片工艺性能不稳定、固化后收缩率大，与钢板粘结力较低，而且PVC分解温度低，高温固化产生大量气体，导致基体树脂与增强玻纤布部分分离，降低补强效果。CN 1038334325A中公开了一种基体复合树脂及其制备方法、补强胶片及其制备方法，该树脂基料为环氧树脂、橡胶、聚烯烃树脂(聚丙烯或聚乙烯)和填料等，该类型的补强片增强倍率为4.3倍左右，气味约为2～2.5级，其他性能未列出。该体系对温度控制很严格，工艺较复杂，需要两次混炼，第一次混炼温度高达130℃。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种焊装用薄板补强胶基体组合物、补强胶片及制备方法，具有工艺简单、产品失效风险低、玻纤布与基体树脂结合力好、钢板与补强片结合力好的优点。
本发明采用如下技术方案：
一种焊装用薄板补强胶基体组合物，以基体组合物的总量为基准，包括如下组分：
优选的，所述热塑性塑料为对苯二甲酸类塑料、聚醚砜、聚酰胺和苯乙烯嵌段共聚物的一种或几种的组合；热塑性塑料具有良好的热塑性粘结性，可提高基体组合物与上层玻璃纤维布的附着力；另外，上述几种塑料中均含有一些羰基氧原子和氨基氮原子，这些原子都含有孤对电子，可作为电子供体，与钢板表面金属离子提供的电子受体空轨道相吸引，也改善了钢板与补强片基体组合物的粘结力；并且，上述几种塑料与环氧树脂的相容性较好，且拉伸强度高、韧性佳，可以增韧环氧树脂，其自身也可以制备结构塑料，提供机械强度。
更优选的，热塑性塑料为粒径为2-20μm的粉末，热塑性粉末粒径小，可以更好的在环氧树脂中分散，补强片体系更均匀。
优选的，所述的环氧树脂包括双酚A环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂、多酚型环氧树脂中的一种或几种的组合；环氧树脂在高温下与固化剂反应，形成交联网络，提供机械强度，也就是补强倍率；另外环氧树脂的分子结构中含有一些极性基团和比较活泼的环氧基团，对钢板有较强的粘附能力。
优选的，所述无机填料包括滑石粉、碳酸钙、云母粉、膨润土、粉煤灰和玻璃微珠中的一种或几种的组合；无机填料主要起补强和降低基体组合物成本的作用，无机填料的粒径不同，可以调节补强片胶料室温下的粘度；更优选的是800目或1250目的滑石粉或碳酸钙的一种或两种的组合，此时，补强片胶料在室温下的粘度最优。
优选的，所述固化剂包括双氰胺、酸酐、芳香胺和潜伏性改性胺的一种或几种的组合，更优选的是双氰胺和有机酸酰胺肼的混合物。本发明的补强胶片的固化温度为160-200℃，固化时间为20-40min，为保证室温储存稳定性，选择高温固化的潜伏性固化剂。
优选的，所述抑制剂包括硼酸、马来酸、烷酸盐、金属卤化物、磷酸盐和硼酸氧化物中的一种，更优选的为三聚磷酸铝。一般主机厂要求补强片的保质期≥6个月，夏季运输温度可达到50℃以上，环氧树脂的分子结构中的环氧基团与固化剂会缓慢反应，补强片慢慢失去粘结性，在客户处施工时有脱落的可能性。为保证补强片的储存稳定性，故引入固化抑制剂，环氧树脂最大的特征是含有反应活性很高的环氧基团，环氧基三元环的两个碳原子和一个氧原子在同一平面，氧的电负性比碳大，导致静电极化作用，使氧原子云密度密度增加，环氧基团的电荷明显偏向氧原子。当亲电子试剂靠近时就攻击氧原子，当亲核试剂靠近时就攻击碳原子。本发明中的固化剂属于碱性物，抑制剂为弱亲核酸性化合物，两者作用相抵，故环氧基团在室温下基本不反应，抑制剂的引入可保证补强片体系在运输途中不反应，而在高温下活性大，可迅速与环氧基团反应。
优选的，所述助剂包括增粘剂、增塑剂、偶联剂与颜料的组合；
所述增粘剂包括烷基酚醛树脂、脂环族环氧树脂、松香树脂、氢化松香树脂和萜烯树脂的一种或几种，增粘剂可以增强补强胶片与钢板的粘结力，增粘剂的用量为基体组合物总量的1-7wt％；
所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二异壬酯的一种或两种的组合，增塑剂的用量为基体组合物总量的2-3wt％；
所述偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ―(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的一种，可以改善填料和热塑性塑料在树脂中的分散性、改善玻纤布与基体树脂组合物的结合力，偶联剂的用量为基体组合物总量的 0.05-0.10wt％；
所述颜料为炭黑，其作用有调节产品颜色和补强两种，本发明中炭黑的用量为基体组合物总量的0.3％-0.5％，仅用来调节产品颜色。
本发明还公开了一种焊装用薄板补强胶基体组合物的制备方法，包括如下步骤：
称取原料如下：15-35wt％的环氧树脂、2-15wt％的热塑性塑料、 30-50wt％的无机填料、3-7wt％的固化剂、3-10wt％的助剂、0.1-1wt％的膨胀剂、1.5-4wt％的抑制剂；
将称量好的环氧树脂、热塑性塑料、无机填料、固化剂、助剂、膨胀剂和抑制剂加入到捏合机中，在55-70℃的温度下进行捏合并挤出，得到所述基体组合物。
本发明的基体组合物的配方体系中没有橡胶体系，不需要高温 (120-130℃)混炼，只需在55-70℃的温度下捏合即可，因此，相比目前补强胶片生产中采用的高温混炼，具有节能、工艺简单、环保等优点。
本发明还公开了一种焊装用薄板补强胶片，所述补强胶片是由上述的基体组合物经压制而成。
优选的，所述补强胶片由底层、中间层和顶层经压辊压制而成，所述中间层为所述基体组合物，所述顶层为玻璃纤维布或铝箔，所述底层为离型纸。离型纸为双硅纸，双硅纸的离型力大，方便夏季使用时客户揭开双硅纸，表面不残留基体组合物。
本发明的有益效果：本发明采用热塑性塑料，热塑性塑料具有良好的热塑性粘结性，可提高基体组合物与上层玻璃纤维布的附着力；热塑性塑料都含有孤对电子，可作为电子供体，与钢板表面金属离子提供的电子受体空轨道相吸引，也改善了钢板与补强片基体组合物的粘结力；并且，热塑性塑料与环氧树脂的相容性较好，且拉伸强度高、韧性佳，可以增韧环氧树脂，其自身也可以制备结构塑料，提供机械强度，可以制备高补强倍数的补强胶片。
具体实施方式
以下对本发明的各个方面进行详述：
如无具体说明，本发明的各种原料均可以通过市售得到；或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明，本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
实施例1(按重量份计)
按照配比将上述实施例1组分中YD128、SQE172、DINP增塑剂和PET 树脂于65℃，转速为180转/min下捏合15min，然后将滑石粉和双氰胺加入到捏合机中，混合10min，最后加入ATP、C5、炭黑和剩余的滑石粉，捏合40min。
将基体复合树脂从调节好厚度的挤出模头挤出，玻璃纤维布在上、隔离纸在下同时叠加到基体组合物中，然后经过多次压辊，冷却后，采用自动裁切机裁切至所需尺寸，得到2.0mm厚补强胶片，挤出模头和压辊温度均为60℃，冷却机温度设为-5℃，记为REP1。
实施例2(按重量份计)
按照配比将上述实施例2组分中YD128、SQE172、DINP增塑剂和 PA66粉末于65℃，转速为180转/min下捏合15min，然后将滑石粉和双氰胺加入到捏合机中，混合10min，最后加入ATP、C5、炭黑和剩余的滑石粉，捏合40min。
将基体复合树脂从调节好厚度的挤出模头挤出，玻璃纤维布在上、隔离纸在下同时叠加到基体组合物中，然后经过多次压辊，冷却后，采用自动裁切机裁切至所需尺寸，得到2.0mm厚补强胶片，挤出模头和压辊温度均为60℃，冷却机温度设为-5℃，记为REP2。
实施例3(按重量份计)
按照配比将上述实施例3组分中YD128、SQE172、DINP增塑剂和 PES粉末于65℃，转速为180转/min下捏合15min，然后将滑石粉和双氰胺加入到捏合机中，混合10min，最后加入ATP、C5、炭黑和剩余的滑石粉，捏合40min。
将基体复合树脂从调节好厚度的挤出模头挤出，玻璃纤维布在上、隔离纸在下同时叠加到基体组合物中，然后经过多次压辊，冷却后，采用自动裁切机裁切至所需尺寸，得到2.0mm厚补强胶片，挤出模头和压辊温度均为60℃，冷却机温度设为-5℃，记为REP3。
实施例4(按重量份计)
按照配比将上述实施例4组分中YD128、SQE172、DINP增塑剂和 PET树脂于65℃，转速为180转/min下捏合15min，然后将滑石粉和双氰胺加入到捏合机中，混合10min，最后加入ATP、C5、炭黑和剩余的滑石粉，捏合40min。
将基体复合树脂从调节好厚度的挤出模头挤出，玻璃纤维布在上、隔离纸在下同时叠加到基体组合物中，然后经过多次压辊，冷却后，采用自动裁切机裁切至所需尺寸，得到2.0mm厚补强胶片，挤出模头和压辊温度均为60℃，冷却机温度设为-5℃，记为REP4。
实施例5(按重量份计)
按照配比将上述实施例5组分中YD128、SQE172、DINP增塑剂和 PET树脂于65℃，转速为180转/min下捏合15min，然后将滑石粉和双氰胺加入到捏合机中，混合10min，最后加入ATP、C5、炭黑和剩余的滑石粉，捏合40min。
将基体复合树脂从调节好厚度的挤出模头挤出，玻璃纤维布在上、隔离纸在下同时叠加到基体组合物中，然后经过多次压辊，冷却后，采用自动裁切机裁切至所需尺寸，得到2.0mm厚补强胶片，挤出模头和压辊温度均为60℃，冷却机温度设为-5℃，记为REP5。
对比例1(按重量份计)
按照配比将上述对比例1组分中聚异戊二烯橡胶、炭黑和DINP增塑剂放入捏合机中，捏合温度为150℃，捏合2h，得到橡胶糊；将称量好的 YD128、SQE172和橡胶糊于65℃，转速为180转/min下捏合15min，然后将滑石粉和双氰胺加入到捏合机中，混合10min，最后加入ATP、C5 和剩余的滑石粉，捏合40min。
将基体复合树脂从调节好厚度的挤出模头挤出，玻璃纤维布在上、隔离纸在下同时叠加到基体组合物中，然后经过多次压辊，冷却后，采用自动裁切机裁切至所需尺寸，得到2.0mm厚补强胶片，挤出模头和压辊温度均为60℃，冷却机温度设为-5℃，记为对比例。
性能测试
按照汽车用补强片行业标准QC/T 851测试补强倍率(5mm挠度)、初始粘结力、外板适应性，采用胶黏剂剪切强度的方法测试固化后的胶片与钢板的粘结力，固化温度为180℃。测试结果如表1所示。
表1
从表1的测试结果可以看出，本发明的补强胶片REP1-REP5中，采用热塑性树脂，可以制备高补强片，而且基体组合物与玻纤布的粘结强度好、与钢板的粘结力也好。
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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种焊装用薄板补强胶基体组合物，其特征在于，以基体组合物的总量为基准，包括如下组分：
所述助剂包括增粘剂、增塑剂、偶联剂与颜料的组合；
所述增粘剂包括烷基酚醛树脂、脂环族环氧树脂、松香树脂、氢化松香树脂和萜烯树脂的一种或几种，增粘剂的用量为环氧树脂和热塑性塑料总用量的1-2％；
所述增塑剂包括邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二异壬酯的一种或两种的组合，增塑剂的用量为基体组合物总量的2-3wt％；
所述偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷的一种，偶联剂的用量为基体组合物总量的0.05-0.10wt％；
所述颜料为炭黑，颜料的用量为基体组合物总量的0.3％-0.5％；所述热塑性塑料为粉末状的对苯二甲酸类塑料、聚醚砜、聚酰胺的一种或几种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种焊装用薄板补强胶基体组合物，其特征在于，所述的环氧树脂包括双酚A环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚型环氧树脂、二聚酸改性环氧树脂、多酚型环氧树脂中的一种或几种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种焊装用薄板补强胶基体组合物，其特征在于，所述无机填料包括滑石粉、碳酸钙、云母粉、膨润土、粉煤灰和玻璃微珠中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的一种焊装用薄板补强胶基体组合物，其特征在于，所述固化剂包括双氰胺、酸酐、芳香胺和潜伏性改性胺的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种焊装用薄板补强胶基体组合物，其特征在于，所述抑制剂包括硼酸、马来酸、烷酸盐、金属卤化物、磷酸盐和硼酸氧化物中的一种。
6.一种焊装用薄板补强胶基体组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、称取原料如下：15-35wt％的环氧树脂、2-15wt％的热塑性塑料、30-50wt％的无机填料、3-7wt％的固化剂、3-10wt％的助剂、0.1-1wt％的膨胀剂、1.5-4wt％的抑制剂；
S2、将称量好的环氧树脂、热塑性塑料、无机填料、固化剂、助剂、膨胀剂和抑制剂加入到捏合机中，在55-70℃的温度下进行捏合并挤出，得到所述基体组合物。
7.一种焊装用薄板补强胶片，其特征在于，所述补强胶片是由权利要求1所述的基体组合物经压制而成。
8.根据权利要求7所述的一种焊装用薄板补强胶片，其特征在于，所述补强胶片由底层、中间层和顶层经压辊压制而成，所述中间层为所述基体组合物，所述顶层为玻璃纤维布或铝箔，所述底层为离型纸。
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