发泡组合物和空腔结构增强的方法与流程

本发明涉及一种发泡组合物和空腔结构增强的方法，属于发泡材料技术领域。

背景技术：

汽车的NVH(Noise、Vibration&Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)性能和安全性能是衡量现代汽车制造水平的综合性技术指标，由于汽车车身存在一些空腔，如门槛、前围、侧围等，空腔会传递发动机噪音、排气管噪音、风的噪音和轮胎噪音等。当汽车高速行驶时，这些空腔会形成高速气流场，产生噪声和振动。

为了防止噪声和振动，通常的解决思路是在汽车空腔内设置金属减震层和降噪层，或者在空腔内填充海绵或胶片等材料以阻隔空气流动。但是金属减震层和降噪层密度较大，增大了汽车车身的重量。在车身空腔内填充海绵或胶片虽然能够实现减振降噪，但是其对空腔结构的增强作用不明显，并不能真正意义上提高汽车的NVH性能。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种发泡组合物，通过在环氧树脂固化体系中加入发泡剂和石墨烯，使该发泡组合物能够用于空腔结构的填充与增强。

本发明还提供了一种空腔结构增强的方法，利用上述发泡组合物，在空腔结构内形成了以碳纤维毡布为增强层，具有泡孔结构的环氧树脂固化体系为骨架的发泡增强复合材料，该发泡增强复合材料能够对空腔结构进行填充并实现空腔结构的增强。

本发明提供一种发泡组合物，包括如下重量份的组分：

环氧树脂60-85份，胺类固化剂5-15份，发泡剂5-20份，石墨烯0.2-2份，抗氧剂0.5-5份，硅烷偶联剂0.2-0.8份。

具体的，上述发泡组合物在20-30℃下的粘度为500-1000Pa·s，上述粘度有利于将发泡组合物注入到空腔中，比如可在室温下以喷涂(喷射)的方式将发泡组合物注入到汽车空腔中。

具体的，上述发泡组合物的发泡温度为110-150℃，以保证在较低的温度下就能够实现上述发泡组合物的固化与膨胀，利于填充空腔结构。

本发明对发泡组合物中的环氧树脂不做具体限定，可选用本领域常用的环氧树脂，如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或双酚S型环氧树脂等，考虑到发泡组合物中含有石墨烯组分，其比表面积非常大，容易增大发泡组合物的粘度，因此优选液态环氧树脂(亦称为液体环氧树脂)，尤其是在20-30℃下的粘度不超过1000Pa·s的液态环氧树脂。通常选择较为通用的液态双酚A型环氧树脂，比如双酚A型E44(E44双酚A环氧树脂)、双酚A型E51(E51双酚A环氧树脂)。

胺类固化剂是广泛用作环氧树脂固化剂的有机多胺类化物，本发明对胺类固化剂不做具体限定，只要其与发泡组合物中的环氧树脂适配即可，可选用本领域常用的脂肪族多元胺、芳香族多元胺或胺的衍生物等胺类固化剂，比如可以为3-二乙氨基丙胺，也可以是本领域其它常用的胺类固化剂。

环氧树脂和胺类固化剂在适宜的温度下发生交联固化，生成网状或体型结构的环氧树脂固化体系。

抗氧剂(也称为抗氧化剂)能够抑制环氧树脂固化体系的氧化降解，延长环氧树脂固化体系的使用寿命。通常选用无污染、效率高且应用范围广的受阻酚类抗氧剂，比如抗氧剂1010，即四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，也可以是本领域其它常用的环氧树脂用抗氧剂。

发泡剂可以选用物理发泡剂，通常选用碳酸盐类发泡剂，比如可以是碳酸钙、碳酸镁和碳酸氢钠中的一种或多种，在环氧树脂和胺类固化剂发生交联固化的过程中，发泡剂经加热分解释放出二氧化碳等气体，使环氧树脂固化体系发生膨胀，得到具有泡孔结构的环氧树脂固化体系。

发明人研究发现，提高发泡组合物中的石墨烯含量，可改善环氧树脂固化体系的强度和耐热性，但是如果石墨烯含量过高，环氧树脂固化体系的强度和耐热性变化都不明显，在实际生产过程中，通常加入0.6-2重量份石墨烯，比如0.6-1.2重量份，就能够保证环氧树脂固化体系具有较好的强度和耐热性。

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，本发明对硅烷偶联剂不作严格限定，可选用本领域常规的硅烷偶联剂，比如γ-氨丙基三乙氧基硅烷，或者选用以下两类化学通式的硅烷偶联剂：R-Si(OR1)₃及RR2-Si(OR1)₂，其中，R为氢原子、甲基、乙基、丙基(包括正丙基和异丙基)、丁基(包括正丁基、仲丁基、异丁基和叔丁基)、苯基、环己基、乙烯基、丙烯基、氨乙基氨丙基、巯基丙基、苯胺甲基，R1为甲基或乙基，R2为氢原子、甲基或乙基。在本发明的具体实施方式中，硅烷偶联剂的加入量一般为0.2-0.6重量份。

本发明中的发泡组合物，不需要常规的挤出、注塑等成型方法，仅需要将上述配比的各组分混合均匀即可获得，必要时可加入适量的溶剂，不仅可以使各组分混合均匀，而且可以调整发泡组合物的粘度。

本发明还提供一种空腔结构增强的方法，包括：

在空腔内布置碳纤维毡布；

将上述发泡组合物注入空腔内；

将上述发泡组合物在110-150℃下保温10-30min。

在发泡组合物注入空腔之前，应首先将碳纤维毡布布置在空腔中，可采用本领域常规方法进行布置，本发明对此不作严格限定，具体可根据空腔结构的大小，一般布置两层到四层碳纤维毡布。

碳纤维毡布布置完成后，可采用喷涂(喷射)等方式，将发泡组合物注入空腔中，比如可采用机器人喷涂的方式，以提高注入效率。具体的喷涂量可以根据空腔体积大小调节，一般每立方米体积需使用20-40kg发泡组合物。

上述对发泡组合物进行保温的过程，实际就是发泡组合物的发泡过程，可以通过对空腔结构进行烘烤，达到环氧树脂与胺类固化剂的固化温度，以及发泡剂的热分解温度。此时，环氧树脂与胺类固化剂发生交联固化，并在发泡剂释放出的气体作用下膨胀伸展，直至固化完成，形成具有泡孔结构的环氧树脂固化体系，使部分或全部空腔结构被填充。

由于上述环氧树脂固化体系本身具有一定的黏性，其不仅与空腔内壁具有良好的粘附性，而且与空腔内预先布置的碳纤维毡布牢固结合。并且，在硅烷偶联剂的作用下，环氧树脂固化体系与碳纤维毡布之间的结合更加牢固。

上述空腔结构，尤其指的是汽车车身的空腔结构。

本发明还提供一种发泡增强复合材料，是将上述发泡组合物在布置有碳纤维毡布的空腔内经过发泡得到。

该发泡增强复合材料是以碳纤维毡布为增强层、具有泡孔结构的环氧树脂固化体系为骨架，对空腔结构形成了良好的粘附与填充，从而能够对空腔结构起到密封的作用，以阻隔空气流动，降低噪音，提高汽车的NVH性能；并且，由于该发泡增强复合材料具有一定的强度，从而能够对空腔起到结构增强的作用，将其应用在汽车车身的空腔内，能够显著提高汽车的弯曲刚度和扭转刚度，提升汽车的安全性能。

本发明提供了一种发泡组合物，通过在环氧树脂固化体系中加入发泡剂和石墨烯，使发泡组合物能够用于空腔结构的填充与增强。该发泡组合物具有适宜的粘度，使其使用和操作都较为方便。

本发明还提供了一种空腔结构增强的方法及发泡增强复合材料，利用上述发泡组合物，最终在空腔内形成了以碳纤维毡布为增强层，具有泡孔结构的环氧树脂固化体系为骨架的发泡增强复合材料，实现了汽车空腔的填充，从而提高了汽车的NVH性能；并且，上述发泡增强复合材料还能够显著提高汽车车身的弯曲刚度和扭转刚度，从而实现了空腔结构的增强，提高了汽车的安全性能。并且，该空腔结构增强的方法步骤简单，易于操作和实施。

附图说明

图1为本发明实施例提供的空腔结构增强的方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例的发泡组合物包括以下组分：

双酚A型E44：600g，3-二乙氨基丙胺：40g，NaHCO₃：100g，石墨烯：6g，抗氧剂1010：10g，γ-氨丙基三乙氧基硅烷：4g。

按照上述质量称取各组分，经过充分搅拌后，得到发泡组合物，其在20-30℃下的粘度为500-1000Pa·s。

实施例2

本实施例的发泡组合物包括以下组分：

双酚A型E51：600g，3-二乙氨基丙胺：50g，NaHCO₃：150g，石墨烯：6g，抗氧剂1010：10g，γ-氨丙基三乙氧基硅烷：4g。

按照上述质量称取各组分，经过充分搅拌后，得到发泡组合物，其在20-30℃下的粘度为500-1000Pa·s。

实施例3

一种空腔结构增强的方法，请参考图1，包括：

在某品牌汽车车身的空腔内布置两层碳纤维毡布；

采用机器人喷涂的方式，将实施例1中的发泡组合物注入空腔内，每立方米空腔注入的发泡组合物质量为20kg左右；

烘烤上述空腔，在温度为115℃下保温25分钟左右，即完成汽车车身的空腔整体的填充，得到发泡增强复合材料。

经过测试，按照上述方法在对汽车车身的空腔结构进行增强后，汽车车身的弯曲刚度、扭转刚度等结构耐久相关性能，以及汽车的NVH性能均有提升。

实施例4

一种空腔结构增强的方法，如图1所示，包括：

在某品牌汽车车身的空腔内布置四层碳纤维毡布；

采用机器人喷涂的方式，将实施例2中的发泡组合物注入空腔内，每立方米空腔注入的发泡组合物质量为40kg左右；

烘烤上述空腔，在温度约为145℃下保温15分钟左右，即完成空腔整体的填充，得到发泡增强复合材料。

经过测试，按照上述方法在对汽车车身的空腔结构进行增强后，汽车车身的弯曲刚度、扭转刚度等结构耐久相关性能，以及汽车的NVH性能均有提升。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。