专利名称：一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂及制备方法， 可以在高频磁场中实现中高温加热并固化以狗304磁性颗粒为填料的热固性树脂体系。
背景技术：
树脂的传统固化多为加热固化，温度是由树脂表面向树脂内部传递，这便导致树脂内部温度低于外部温度，外部树脂先完成固化，内部树脂后固化，因而产品中会产生内应力，最终影响产品性能。而且，传统的加热固化毒性大、固化偏慢、加工成型困难，并且由于固化过程中受热不均而易导致材料性能不均一。因此，成型固化时间短、加热效率高、加热均勻且具有选择性、几乎无环境污染、产品质量好且易于实现机械化和自动化的加热固化技术一直为人们所关注。目前研发的重点在于固化所需磁性颗粒的制备，相应工艺条件的确立及对综合性能的改善，其中高频磁场固化热固性树脂的工艺研究尤为重要。高频磁场加热是利用高频交变电流通过线圈产生交变磁场，将磁性颗粒放置在一个功率足够大、频率足够高的交变磁场中，磁性颗粒会产生一些特殊的物理效应，如磁滞效应、弛豫效应等，将交变磁场能量转变为热能，使周围介质升温。借助磁性颗粒的这一性质， 将高频磁场加热技术引入热固性树脂的固化中，即以磁性颗粒为热固性树脂的填料，通过控制磁性颗粒的居里温度，即合成具有合适居里温度的磁性颗粒来控制高频磁场的加热过程。其加热过程如下，在交变磁场中采用磁性颗粒作为接受器吸收磁能，当达到预定的最高温度也就是磁性颗粒的居里温度时，磁性颗粒产生热能，便可实现磁性颗粒周围物质均勻快速的升温，从而达到固化热固性树脂的目的。改变这些磁性颗粒的化学性质，其居里温度可精确控制在56°C 475°C之间。与其它的加热技术相比，利用磁性颗粒在交变磁场下生热加工固化热固性树脂不仅高效节能，而且在精确粘接中利用此项技术可选择性的进行加热，从而实现精确联接以及成型。同时，磁性颗粒在交变磁场下的加热技术为发展大批量热固性树脂的成型和生产提供了新颖的工艺。20世纪初，高频磁场加热技术开始应用于工业生产中，近年来，国外的一些研究者们将磁性颗粒在交变磁场下快速生热的性质应用到树脂基复合材材料的加工中，现在已经得到了迅速的发展。传统热固性树脂固化具有配比太严、加工成型困难、固化效率低、固化时间长以及由于受热不均而导致的材料性能不均一等缺点。
发明内容
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂及制备方法。技术方案一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂，其特征在于组分为100重量份室温下为液态的热固性树脂，1 50重量份固化剂，1 10重量份的!^e3O4磁性颗粒，1 10重量份填料。所述热固性树脂为双酚A型树脂，酚醛树脂，DAP树脂，三聚氰胺甲醛树脂，有机硅树脂，不饱和聚酯，酚醛树脂，氨基树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂，呋喃树脂，醇酸树脂、有机硅树脂，不饱和聚酯中的一种或几种。所述固化剂为咪唑及咪唑衍生物、三氟化硼及其胺类络合物、芳香族多胺、多胺盐、脂环胺、有机酸酰胼中的一种或几种。 所述Fi53O4磁性颗粒的磁含量为20 % 80 %。所述的填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、氧化铝或陶土粉中的一种或几种。一种制备上述在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂的方法，其特征在于步骤如下步骤1 在热固性树脂中加入固化剂，并将其均勻分散在树脂中；步骤2 再加入Fe53O4磁性颗粒和填料，混合分散均勻得到热固性树脂体系；步骤3 将步骤2混合好的热固性树脂体系置于坩埚中并放在高频磁场下，磁场中心的磁场强度为H = 3. 2KA/m,高频磁场的高频交变电流为4. OA 7. OA ；在磁场中心，利用!^e3O4磁性颗粒的奈尔弛豫效应完成加热固化，得到在高频磁场中实现中高温加热并以 Fe3O4磁性颗粒为加热介质的热固性树脂。有益效果本发明提出的一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂及制备方法，采用专利号为201010202184. 1，发明名称为“一种有机/无机复合磁性微胶囊的制备方法”制备!^e3O4磁性颗粒，以磁含量为20% 80%的!^e3O4磁性颗粒使无机粒子表面进行改性，使无机粒子有效地均勻地分散在有机相中。然后将所制备的狗304专用磁性颗粒与热固性树脂基体混合均勻，将混合体系置于高频交变磁场下进行固化。着重提高体系的固化温度，降低固化时间。另外高频磁场固化热固性树脂工艺得到进一步优化完善，攻克了狗304 专用磁性颗粒在热固性树脂中的分散问题，并将其应用在同类热固性树脂的加热固化等领域。本发明相对于传统固化的优点在于1.把高频磁场加热技术引入热固性树脂的固化当中，固化时间短，效率极高。2.树脂内外能够同步固化，固化均勻从而消除因固化速率不同而产生的内应力， 使得材料具有良好的综合性能。3.通过控制磁性颗粒的添加量、电流或者磁场频率，可以控制磁性微球的热效应， 从而实现了固化体系的温度的可控性。4.在精确粘接中利用此项技术可选择性的进行加热，从而实现精确联接以及成型。
图1 本发明选用的Fi^3O4磁性颗粒的透射电镜图；图2 本发明选用的Fe53O4磁性颗粒的磁滞曲线图；图3 图8 :6个实施例不同磁性颗粒添加量对热固性树脂体系固化时间图。
具体实施例方式现结合实施例、附图对本发明作进一步描述本实施例以热固性环氧树脂E-51为基体，2-苯基咪唑为固化剂，丙烯酸-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(AA-C0-GMA)包覆的!^e3O4磁性颗粒(磁含量为71.40% )为填料举例进行表征说明。步骤1 在100重量份热固性树脂中加入一定重量份中高温固化剂，并将其均勻分散在树脂中。步骤2 向热固性树脂体系中加入一定量拘304磁性颗粒及填料，并混合分散均勻。步骤3 将混合好的热固性树脂体系置于坩埚中并放在高频磁场下，利用专用磁性颗粒的奈尔弛豫效应完成加热固化。实施例1100重量份热固性环氧树脂E-51和5重量份2_苯基咪唑中加入1份磁含量为71. 40%的!^e3O4磁性纳米微球。11.6584g环氧树脂E-51中加入磁含量为71. 40 %的!^e3O4磁性颗粒1. 0336g和 0. 5706g的2-苯基咪唑混合均勻后在交变磁场中加热，在SPG-06A系列的高频感应加热设备j = 6. 6A，f = 150KHz的实验条件下依靠磁性微球产生的热固化树脂，利用煤油温度计测树脂体系内部温度随时间的变化。图3为本实施例热固性树脂体系固化时间图。实施例2100重量份环氧树脂E-51和5重量份2_苯基咪唑中加入2份磁含量为 71. 40%的!^e3O4专用磁性颗粒。11.0838g环氧树脂E-51中加入磁含量为71. 40 %的!^e3O4磁性颗粒1. 4478g和 0. 5610g的2-甲基咪唑混合均勻后在交变磁场中加热，在SPG-06A系列的高频感应加热设备j = 6. 6A，f = 150KHz的实验条件下依靠磁性微球产生的热固化环氧树脂，利用煤油温度计测试树脂内部温度随时间的变化。图4为本实施例热固性树脂体系固化时间图。实施例3100重量份环氧树脂E-51和5重量份2_苯基咪唑中加入3份磁含量为 71. 40%的!^e3O4专用磁性颗粒。9. 2762g环氧树脂E-51中加入磁含量为71. 40%的Fii3O4磁性颗粒(磁性颗粒有效成分占10% )和0. 4638g的2-苯基咪唑混合均勻后在交变磁场中加热，在SPG-06A系列的高频感应加热设备I = 6. 6A，f = 150KHz的实验条件下依靠磁性微球产生的热固化树脂，利用煤油温度计测试树脂内部温度随时间的变化。图5为本实施例热固性树脂体系固化时间图。实施例4100重量份环氧树脂和5重量份2-苯基咪唑中加入4份磁含量为71. 40% 的I^e3O4专用磁性颗粒。11. 5470g环氧树脂E-51中加入磁含量为71. 40%的Fe3O4磁性颗粒0. 9104g和 0. 5753g的2-苯基咪唑混合均勻后在交变磁场中加热，在SPG-06A系列的高频感应加热设备j = 6. 6A，f = I5OKHz的实验条件下依靠磁性微球产生的热固化树脂，利用煤油温度计测试树脂内部温度随时间的变化。图6为本实施例热固性树脂体系固化时间图。实施例5100重量份环氧树脂和5重量份2-苯基咪唑中加入5份磁含量为71. 40%的I^e3O4专用磁性颗粒。12.06g环氧树脂E-51中加入磁含量为71. 40 %的!^e3O4磁性颗粒0. 3657g和 0. 6010g的2-苯基咪唑混合均勻后在交变磁场中加热，在SPG-06A系列的高频感应加热设备j = 6. 6A，f = 150KHz的实验条件下依靠磁性微球产生的热固化树脂，利用煤油温度计测试树脂内部温度随时间的变化。图7为本实施例热固性树脂体系固化时间图。实施例6100重量份环氧树脂E-51和5重量份2_苯基咪唑中加入6份磁含量为 71. 40%的!^e3O4专用磁性颗粒。11.87g环氧树脂E-51中加入磁含量为71. 40 %的!^e3O4磁性颗粒0. M87g和 0. 5950g的2-苯基咪唑混合均勻后在交变磁场中加热，在SPG-06A系列的高频感应加热设备j = 6. 6A，f = 150KHz的实验条件下依靠磁性微球产生的热固化树脂，利用煤油温度计测试树脂内部温度随时间的变化所示。图8为本实施例热固性树脂体系固化时间图。表1 :6个实施例中不同磁性颗粒添加量对热固性树脂体系固化时间的影响表
权利要求
1.一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂，其特征在于组分为100 重量份室温下为液态的热固性树脂，1 50重量份固化剂，1 10重量份的!^e3O4磁性颗粒，1 10重量份填料。
2.根据权利要求1所述的在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂，其特征在于所述热固性树脂为双酚A型树脂，酚醛树脂，DAP树脂，三聚氰胺甲醛树脂，有机硅树脂，不饱和聚酯，酚醛树脂，氨基树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂，呋喃树脂，醇酸树脂、有机硅树脂，不饱和聚酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂，其特征在于所述固化剂为咪唑及咪唑衍生物、三氟化硼及其胺类络合物、芳香族多胺、多胺盐、脂环胺、有机酸酰胼中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂，其特征在于所述I^e3O4磁性颗粒的磁含量为20^-80 ^
5.根据权利要求1所述的在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂，其特征在于所述的填料为纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、氧化铝或陶土粉中的一种或几种。
6.一种制备权利要求1 5所述任一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂的方法，其特征在于步骤如下步骤1 在热固性树脂中加入固化剂，并将其均勻分散在树脂中；步骤2 再加入!^e3O4磁性颗粒和填料，混合分散均勻得到热固性树脂体系；步骤3 将步骤2混合好的热固性树脂体系置于坩埚中并放在高频磁场下，磁场中心的磁场强度为H = 3. 2KA/m,高频磁场的高频交变电流为4. OA 7. OA ；在磁场中心，利用!^e3O4 磁性颗粒的奈尔弛豫效应完成加热固化，得到在高频磁场中实现中高温加热并以!^e3O4磁性颗粒为加热介质的热固性树脂。
全文摘要
本发明涉及一种在高频磁场中实现中高温加热并固化的热固性树脂及制备方法，技术特征在于以热固性树脂为基体，以Fe3O4专用磁性颗粒为填料，将树脂体系置于交变电流产生的高频磁场中，利用Fe3O4专用磁性颗粒的奈尔弛豫效应产生的热量来固化热固性树脂的高频磁场加热固化技术，实现了热固性树脂的高效率固化。通过改变Fe3O4专用磁性颗粒在热固性树脂体系中的质量比来确定本技术的产热规律和热固性树脂固化体系的最佳配比。
文档编号C08K9/10GK102408680SQ201110257778
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者于志龙, 史有强, 张秋禹, 文喜星, 王方琴 申请人:西北工业大学