一種環氧基結構泡沫組合物，其制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種環氧基結構泡沫組合物，具體涉及一種環氧基結構泡沫組合物， 其制備方法及應用。
【背景技術】
[0002] 環氧樹脂結構泡沫是一種低密度泡沫，固化后有著低的吸水率、收縮性，同時對金 屬材料有著良好的粘結性和化學穩定性，因此環氧樹脂結構泡沫通常用在汽車、航天航空、 海洋運輸等交通和建筑領域。
[0003] 近年來，汽車輕量化成為降低汽車排放、提高燃燒效率的有效措施，也是汽車材料 發展的主要方向，致使塑料在汽車中的用量迅速上升。在實現整車輕量化目的的同時，整車 的安全性也是必須要考慮的主要因素，所以需要一種具有輕質高強特點的材料，來實現整 車輕量化的要求。
[0004] 環氧基結構泡沫具有質量輕、強度和剛度高的特點，在整車上使用不僅可以減輕 整車重量，同時在碰撞的情況下還能提高車輛骨架對能量的吸收，從而提高了整車的安全 性。國內外不少研究人員在環氧結構泡沫方面做了不少研究，然而往往隨著材料的密度降 低，導致材料的力學強度顯著下降，不能很好的發揮環氧結構泡沫的作用。
[0005] P.M.Stefani等人在Journal of Applied Polymer Science，2003,90(ll) :2992-2996中，介紹了環氧樹脂結構泡沫的壓縮強度隨密度的變化，當密度在0.3時，壓縮強度為 1.8MPa，當密度在0.6時，壓縮強度為5.5MPa;M.V.Alonso等人在Journal of Applied Polymer Science，2006，102(4) :3266-3272中，介紹了環氧樹脂結構泡沫的密度在0.3時采 用不同的纖維對材料力學性能的影響，此時不論采用哪種長度的玻璃纖維或芳綸纖維，壓 縮強度都低于3MPa。
[0006] 為此，開發一種原料易得，力學性能高的環氧基結構泡沫對于拓寬環氧樹脂的應 用是很有必要的。
【發明內容】
[0007] 針對以上不足，本發明提供了一種環氧基結構泡沫組合物，該組合物原料易得，由 于組合物為環氧基結構，對金屬具有高的粘結力，經過高溫固化后材料的發泡倍率在0.6-2.0倍，與現有的環氧發泡材料相比，具有很高剪切強度和壓縮強度。
[0008] 本發明還提供了一種環氧基結構泡沫組合物的制備方法，通過將原料分步加入加 工捏合、固化發泡后制得了此種泡沫組合物，其加工方法簡單。
[0009] 本發明還提供了此種環氧基結構泡沫組合物在汽車、飛機等其他可發生碰撞的交 通工具及機械設備上的應用，其可用于提高設備的使用安全性。
[0010]本發明采取的技術方案為：
[0011] -種環氧基結構泡沫組合物，含有以下物質及重量份：
[0012] 雙酚A型環氧樹脂 100份;：
[0014] 所述的雙酸A型環氧樹脂為固體或液體環氧樹脂，環氧當量為275-590克/當量。
[0015] 所述環氧樹脂增韌劑為丙烯酸接枝聚烯烴和/或馬來酸酐接枝聚烯烴。優選為乙 烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、烯烴-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基 丙烯酸縮水甘油酯三元共聚物中的一種或幾種。
[0016] 所述發泡劑為偶氮二甲酰胺、4,4_氧代雙苯磺酰肼、膨脹微球、碳酸氫鈉中的一種 或幾種;優選偶氮二甲酰胺和/或膨脹微球。
[0017] 所述雙氰胺類固化劑為二氰二胺。
[0018] 所述脲類固化促進劑為N- (3，4-二氯苯基)Y -二甲基脲和/或N-苯基-N，Y - 二甲基脲。
[0019] 所述填料為微米級或納米級的碳酸鈣、滑石粉、硅灰石中的一種或幾種;優選為納 米級碳酸鈣。
[0020] 所述纖維為玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維或聚酯纖維;優選為玻璃纖維。
[0021] 所述觸變劑為氣相二氧化硅。作為觸變劑的氣相二氧化硅由于能形成氫鍵而提高 體系中的中低剪切粘度，從而起到增稠作用。
[0022] 本發明還提供了上述環氧基結構泡沫組合物的制備方法，所述制備方法包括以下 步驟:在70_100°C條件下，將配方量的雙酸A型環氧樹脂、環氧樹脂增韌劑混合均勻，加工捏 合;然后加入纖維混合均勻，加工捏合;再加入發泡劑、填料混合均勻，加工捏合;然后加入 觸變劑，混合均勻，加工捏合;最后加入雙氰胺類固化劑和脲類固化促進劑，混合均勻，加工 捏合;之后固化發泡。
[0023] 所述加工捏合的時間均為15-25min。
[0024] 所述固化發泡的溫度為150-190°C，優選為160-180°C。
[0025] 所述固化發泡的時間為20-40min。
[0026] 本發明還提供了上述環氧基結構泡沫組合物在交通工具及機械設備上的應用。
[0027] 本發明提供的環氧基結構泡沫組合物配方組分中，環氧樹脂增韌劑可以改善環氧 樹脂基體的韌性;膨脹微球可以賦予材料細小的泡孔，與纖維配合可以使固化發泡后的材 料有高的壓縮強度。
[0028] 本發明公開的制備方法中，由于某些環氧樹脂增韌劑和纖維不易在環氧樹脂中分 散，所以先將環氧樹脂與增韌劑混合，保證混合均勻后再加入纖維，待纖維混合均勻后，加 入填料和發泡劑，混合均勻后加入觸變劑對體系粘度進行調整，最后加入固化劑和促進劑， 這是因為在捏合加工的過程中防止體系固化而最后加入固化體系。
[0029] 本發明公開的組合物為環氧基結構的泡沫組合物，其對金屬具有高的粘結力，經 過高溫固化后材料的發泡倍率在〇. 6-2.0倍，與現有的環氧基結構發泡材料相比，其具有很 高剪切強度和壓縮強度，同時加工方法簡單。
[0030] 本發明公開的環氧基結構的泡沫組合物可以作為結構泡沫用在汽車、飛機中作為 增強材料，在汽車整車中使用不僅可以減輕整車重量，同時在碰撞的情況下還能提高車輛 骨架對能量的吸收，從而提高了整車的安全性，此外，本產品還可適用于其它可能發生碰撞 的交通工具及機械設備上，用于提高交通工具及機械設備的使用安全性。
【具體實施方式】
[0031 ] -種環氧基結構泡沫組合物，其所含原料及重量份如表1所示：
[0032] 表1:環氧基結構泡沫組合物所含原料及重量份
[0033]
[0034] 本發明所用材料和來源：
[0035] 雙酸A型環氧樹脂:環氧當量為275-590克/當量，市售產品；
[0036]環氧樹脂增韌劑：型號分別為GB19D、GB17D，均購自佛山格邦高分子科技有限公 司；
[0037] AC發泡劑:市售產品；
[0038] Celegon 0T發泡劑：發泡劑，購自Lion Chemical公司；
[0039] 膨脹微球：型號為093 DU 120,購自阿克蘇諾貝爾(Akzo Nobel)高效化學品有限 公司；
[0040] 玻璃纖維:市售產品；
[0041] 碳酸鈣:市售產品；
[0042]滑石粉:市售產品；
[0043]氣相二氧化硅:市售產品；
[0044] 雙氰胺類固化劑:型號為Dyhard 100S，購自于德國德固賽(Degussa)公司；
[0045] 脲類固化促進劑:型號分別為UR200、UR500，均購自于德國德固賽(Degus sa)公司；
[0046] 實施例1
[0047] -種環氧基結構泡沫組合物，其所含原料及重量份如表1中的實施例1所示。
[0048] 所述環氧基結構泡沫組合物的制備方法為：
[0049] 在95°C條件下，將配方量的雙酚A型環氧樹脂、GB19D環氧樹脂增韌劑加入捏合機 中，混合均勻，加工捏合20min，然后加入玻璃纖維，加工捏合20min，混合均勻后，加入AC發 泡劑、093 DU 120膨脹微球、1250目碳酸鈣、2000目滑石粉，混合均勻，加工捏合20min，然后 加入氣相二氧化硅，加工捏合20min，混合均勻后，加入Dyhard 100S雙氰胺類固化劑、UR500 脲類固化促進劑，加工捏合20min，混合均勻后，在170°C下烘烤20min進行固化發泡，然后進 行力學性能測試，其力學性能測試結果見表2。
[0050] 實施例2
[0051] -種環氧基結構泡沫組合物，其所含原料及重量份如表1中的實施例2所示。
[0052]所述環氧基結構泡沫組合物的制備方法為：
[0053]在70°C條件下，將配方量的雙酚A型環氧樹脂、GB19D環氧樹脂增韌劑加入捏合機 中，混合均勻，加工捏合15min，然后加入玻璃纖維，加工捏合20min，混合均勻后，加入AC發 泡劑、093 DU 120膨脹微球、1250目碳酸鈣、2000目滑石粉，混合均勻，加工捏合15min，然后 加入氣相二氧化硅，加工捏合20min，混合均勻后，加入Dyhard 100S雙氰胺類固化劑、UR500 脲類固化促進劑，加工捏合15min，混合均勻后，在160°C下烘烤25min進行固化發泡，然后進 行力學性能測試，其力學性能測試結果見表2。
[0054] 實施例3
[0055] -種環氧基結構泡沫組合物，其所含原料及重量份如表1中的實施例3所示。
[0056] 所述環氧基結構泡沫組合物的制備方法為：
[0057]在80°C條件下，將配方量的雙酚A型環氧樹脂、GB17D環氧樹脂增韌劑加入捏合機 中，混合均勻，加工捏合15min，然后加入玻璃纖維，加工捏合20min，混合均勻后，加入AC發 泡劑、093 DU 120膨脹微球、1250目碳酸鈣、2000目滑石粉，混合均勻，加工捏合20min，然后 加入氣相二氧化硅，加工捏合20min，混合均勻后，加入Dyhard 100S雙氰胺類固化劑、UR200 脲類固化促進劑，加工捏合25min，混合均勻后，在180°C下烘烤30min進行固化發泡，然后進 行力學性能測試，其力學性能測試結果見表2。
[0058] 實施例4
[0059]