質量灌造用環氧結構灌封膠的研究

顧明泉 汪明珠 姚其勝

摘要：文章研制了一種大質量灌造用環氧結構灌封膠，研究其在延長凝膠時間、降低熱效應、提高粘接強度等方面的表現。結果表明：該灌封膠可室溫固化、反應緩和、粘接牢固、耐化學腐蝕，適合電子、工程、復材等大灌造應用。

關鍵詞：大質量;環氧;灌封膠;熱效應

中圖分類號：TQ436⁺.6文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）06-0009-03

環氧樹脂聚合后具有優良的粘捿性能、介電性能、機械性能和耐化性能，廣泛應用于機械、電子、航空航天、新能源、復合材料、工程防腐等高新技術領域。

近年來，環氧樹脂結構性脆的先天缺陷，因增韌劑、柔性固化劑等新材料技術發展和不斷涌現，已近消弭于無形;隨著其應用向工業與民用各行業滲透，原先加工成型工藝簡便的優勢卻日益喪失，一些精細制作和規模化大制造領域已不可能再簡單使用手工混膠或人工操作方式，數控機械、精密模具、智能智造應用得更多，不僅提高生產效率，而且提升了批量制造質量穩定性。但在大質量灌造方面，因涉及反應熱、熱應力、收縮率、抗開裂等復雜的環氧內在結構機理，環氧樹脂導熱不良易積累熱，無法運用輔助手段，只能由灌封膠配方品性解決問題。

本研究采用低黏度環氧和低活性固化劑研制了一種低熱效應、無填料的大質量結構灌封膠，該膠可室溫固化，反應緩和，粘接牢固，柔韌性高，耐化學腐蝕，且抗開裂，已成功用于某復合材料管材壓力封頭的灌造，還可應用于大型傳感器和線路板盒、工程塑料模鑄件等。

1 試驗部分

1.1主要原材料

0164環氧樹脂，工業品，無錫藍星石油化工有限責任公司;CER-170環氧樹脂，工業品，武漢森茂精細化工有限公司;MDA，工業品，萬華化學集團;T-5000，工業品，Huntsman;TY-3051，工業品，天津燕海化學有限公司;CDX-1250，工業品，eq0.38-0.42，岳陽昌德化工實業有限公司;AncamineK-54，工業品，贏創特種化學（上海）有限公司。

1.2儀器及設備

電子萬能拉力試驗機，50KN，英國;流變儀，MCR302，奧地利;熱電偶溫度記錄儀，XSR80，北京;電子天平，3kg，質量0.02g，上海;電子大屏幕計時器，上海。

1.2低活性固化劑的合成

在110℃以內將400gMDA加熱至足夠溫度液化后投入反應器中，再依次投入156gT-5000和200gCDX-1250，并加入適量促進劑。均勻攪拌并在90%-110℃加熱恒溫反應，反應時間3h。降溫至40℃-60℃后，再向反應釜中投入240gTY-3051和0-5gAncamine K-54，攪拌2h分散均勻，制得固化劑B組分。

1.3灌封膠的配制

按一定比例稱取0164環氧樹脂、CER-170環氧樹脂和微量助劑，邊真空脫氣邊攪拌混合均勻，制得樹脂主劑A組分。再向其中加入所需量的固化劑B組分，再次脫氣并攪拌混合均勻，即得產品。

1.4性能測試

凝膠時間測試：一次性透明塑料杯中混合100g膠液并靜置反應，在杯子外壁液面齊平和液面上1cm處打上刻度線，待膠液黏度變大后每隔10min微傾斜杯子觀察一次，當流動變得困難，每隔5min將杯子平躺180°觀察，當液面30s內流淌不超過1cm刻度線時，即為凝膠時間的終點。

黏度測定：采用流變儀測試，分別測試灌封膠組分黏度、混合黏度和凝膠黏度。

粘接強度測定：按GB/T-7124，選擇與實用材質吻合的剪切試片，涂膠粘合并于25℃-30%固化7天，制成單搭接拉伸剪切試樣，然后上拉力機測試。

拉伸和壓縮強度測定：采用專利玻璃模具制成樹脂固化板材，先40℃固化定時過夜后脫模，再RT固化6天，然后上拉力機測試。其余膠本體力學性能參照類似方法制樣測試。

模擬灌造試驗：將φ2050內徑的厚壁筒型管材端頭用塑料薄膜封住底端口，接著在真空攪拌釜中按比例混合均勻2kg膠液，然后直接注入觀察其放熱效應、凝膠時間和固化狀態。

放熱效應測試：在RT下用熱電偶測試端頭灌造體的放熱曲線，讀取放熱峰溫度。需要測試灌造體中心和任兩側共三點的溫度變化，選擇最高溫度發生的放熱峰曲線。

2結果與討論

2.1凝膠時間、黏度的影響因素

大質量灌造用膠的要求凝膠時間充裕、黏度較低，以增強對灌造其內的各種功能零部件或電子元器件的滲透浸潤粘合性，并使反應熱有充分的時間傳導出來。

研究了多種組合，發現增加CER-170能顯著降低黏度，而T-5000增加能延長凝膠時間并增強附著力和膠體柔韌性。但該膠體系中，CER-170增加到A組分總量35%，或者T-5000增量至B組分總量20%時，RT條件完全固化變得困難，T-5000還使彎曲等本體力學性能明顯下降。

本次研制的大質量灌封膠，選擇指標為：混合黏度900-1400cps，凝膠時間為8-10h。

2.2粘接強度影響因素

壓力管材和電路板盒及電子傳感器的灌造主材質一般為PVC、GFRP或ABS。本研究使用100cm×25mm×4mm的標準試片，進行PVC-PVC、ABS-ABS、GFRP-GFRP粘接，測試拉伸剪切強度，結果如表1。

其中，WDJ-1、WDJ-2、WDJ-3依照一定規律變化：T-5000在B組份的含量在10%-20%之間增長并取值三個點，CER-170在A組份的含量在5%-15%之間增量并取值三個點。考慮其它性能需求，MDA與CDX-1250的液化反應計量有所調整。

2.3拉伸和壓縮強度

玻璃模具制成本體膠板后，分別按ISO 527-2、GB/T 1041標準切割成1B型拉伸試樣、10mm×10mm×4mm的壓縮試樣并上機測試，結果見表2。

按照壓力封頭的要求，要求承壓能力強，同時具備較好的抗拉抗形變性能。

2.4模擬灌造試驗和放熱曲線

厚壁筒型管材端頭規格尺寸為內徑φ2050mm*150mm，壁厚為5mm，灌膠2kg，觀察其放熱效應、凝膠時間和固化狀態。三種灌造體的放熱曲線如上圖3。

由圖3結果及灌造體觀察得知：（1）由于大質量蓄積熱量，本膠灌造體在4-7h即完成了凝膠，較100g杯膠有明顯加快;（2）反應過程熱較小，得到了放熱峰在40℃以下的灌封膠配方，反應相對非常平緩;（3）灌造體沒有爆聚、縮孔、脫壁、開裂等不良狀況;（4）灌造體表面無明顯拱突，比較平整。

2.5灌封膠主要性能表

經過研究和優化，得到了一種大質量灌造用灌封膠，其主要性能列表如下表3。

3 結語

通過低黏度環氧和低活性固化劑的合理搭配，使灌封膠的黏度大幅度下降，反應活性變得平緩。

得到了一種綜合性能優良的大質量灌封膠，適合2kg質量（積層厚度約7cm）灌造體的工程應用。