一种环氧基结构泡沫组合物，其制备方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种环氧基结构泡沫组合物，具体涉及一种环氧基结构泡沫组合物， 其制备方法及应用。
【背景技术】
[0002] 环氧树脂结构泡沫是一种低密度泡沫，固化后有着低的吸水率、收缩性，同时对金 属材料有着良好的粘结性和化学稳定性，因此环氧树脂结构泡沫通常用在汽车、航天航空、 海洋运输等交通和建筑领域。
[0003] 近年来，汽车轻量化成为降低汽车排放、提高燃烧效率的有效措施，也是汽车材料 发展的主要方向，致使塑料在汽车中的用量迅速上升。在实现整车轻量化目的的同时，整车 的安全性也是必须要考虑的主要因素，所以需要一种具有轻质高强特点的材料，来实现整 车轻量化的要求。
[0004] 环氧基结构泡沫具有质量轻、强度和刚度高的特点，在整车上使用不仅可以减轻 整车重量，同时在碰撞的情况下还能提高车辆骨架对能量的吸收，从而提高了整车的安全 性。国内外不少研究人员在环氧结构泡沫方面做了不少研究，然而往往随着材料的密度降 低，导致材料的力学强度显著下降，不能很好的发挥环氧结构泡沫的作用。
[0005] P.M.Stefani等人在Journal of Applied Polymer Science，2003,90(ll) :2992-2996中，介绍了环氧树脂结构泡沫的压缩强度随密度的变化，当密度在0.3时，压缩强度为 1.8MPa，当密度在0.6时，压缩强度为5.5MPa;M.V.Alonso等人在Journal of Applied Polymer Science，2006，102(4) :3266-3272中，介绍了环氧树脂结构泡沫的密度在0.3时采 用不同的纤维对材料力学性能的影响，此时不论采用哪种长度的玻璃纤维或芳纶纤维，压 缩强度都低于3MPa。
[0006] 为此，开发一种原料易得，力学性能高的环氧基结构泡沫对于拓宽环氧树脂的应 用是很有必要的。
【发明内容】
[0007] 针对以上不足，本发明提供了一种环氧基结构泡沫组合物，该组合物原料易得，由 于组合物为环氧基结构，对金属具有高的粘结力，经过高温固化后材料的发泡倍率在0.6-2.0倍，与现有的环氧发泡材料相比，具有很高剪切强度和压缩强度。
[0008] 本发明还提供了一种环氧基结构泡沫组合物的制备方法，通过将原料分步加入加 工捏合、固化发泡后制得了此种泡沫组合物，其加工方法简单。
[0009] 本发明还提供了此种环氧基结构泡沫组合物在汽车、飞机等其他可发生碰撞的交 通工具及机械设备上的应用，其可用于提高设备的使用安全性。
[0010]本发明采取的技术方案为：
[0011] -种环氧基结构泡沫组合物，含有以下物质及重量份：
[0012] 双酚A型环氧树脂 100份;：
[0014] 所述的双酸A型环氧树脂为固体或液体环氧树脂，环氧当量为275-590克/当量。
[0015] 所述环氧树脂增韧剂为丙烯酸接枝聚烯烃和/或马来酸酐接枝聚烯烃。优选为乙 烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、烯烃-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基 丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物中的一种或几种。
[0016] 所述发泡剂为偶氮二甲酰胺、4,4_氧代双苯磺酰肼、膨胀微球、碳酸氢钠中的一种 或几种;优选偶氮二甲酰胺和/或膨胀微球。
[0017] 所述双氰胺类固化剂为二氰二胺。
[0018] 所述脲类固化促进剂为N- (3，4-二氯苯基)Y -二甲基脲和/或N-苯基-N，Y - 二甲基脲。
[0019] 所述填料为微米级或纳米级的碳酸钙、滑石粉、硅灰石中的一种或几种;优选为纳 米级碳酸钙。
[0020] 所述纤维为玻璃纤维、芳纶纤维、碳纤维或聚酯纤维;优选为玻璃纤维。
[0021] 所述触变剂为气相二氧化硅。作为触变剂的气相二氧化硅由于能形成氢键而提高 体系中的中低剪切粘度，从而起到增稠作用。
[0022] 本发明还提供了上述环氧基结构泡沫组合物的制备方法，所述制备方法包括以下 步骤:在70_100°C条件下，将配方量的双酸A型环氧树脂、环氧树脂增韧剂混合均匀，加工捏 合;然后加入纤维混合均匀，加工捏合;再加入发泡剂、填料混合均匀，加工捏合;然后加入 触变剂，混合均匀，加工捏合;最后加入双氰胺类固化剂和脲类固化促进剂，混合均匀，加工 捏合;之后固化发泡。
[0023] 所述加工捏合的时间均为15-25min。
[0024] 所述固化发泡的温度为150-190°C，优选为160-180°C。
[0025] 所述固化发泡的时间为20-40min。
[0026] 本发明还提供了上述环氧基结构泡沫组合物在交通工具及机械设备上的应用。
[0027] 本发明提供的环氧基结构泡沫组合物配方组分中，环氧树脂增韧剂可以改善环氧 树脂基体的韧性;膨胀微球可以赋予材料细小的泡孔，与纤维配合可以使固化发泡后的材 料有高的压缩强度。
[0028] 本发明公开的制备方法中，由于某些环氧树脂增韧剂和纤维不易在环氧树脂中分 散，所以先将环氧树脂与增韧剂混合，保证混合均匀后再加入纤维，待纤维混合均匀后，加 入填料和发泡剂，混合均匀后加入触变剂对体系粘度进行调整，最后加入固化剂和促进剂， 这是因为在捏合加工的过程中防止体系固化而最后加入固化体系。
[0029] 本发明公开的组合物为环氧基结构的泡沫组合物，其对金属具有高的粘结力，经 过高温固化后材料的发泡倍率在〇. 6-2.0倍，与现有的环氧基结构发泡材料相比，其具有很 高剪切强度和压缩强度，同时加工方法简单。
[0030] 本发明公开的环氧基结构的泡沫组合物可以作为结构泡沫用在汽车、飞机中作为 增强材料，在汽车整车中使用不仅可以减轻整车重量，同时在碰撞的情况下还能提高车辆 骨架对能量的吸收，从而提高了整车的安全性，此外，本产品还可适用于其它可能发生碰撞 的交通工具及机械设备上，用于提高交通工具及机械设备的使用安全性。
【具体实施方式】
[0031 ] -种环氧基结构泡沫组合物，其所含原料及重量份如表1所示：
[0032] 表1:环氧基结构泡沫组合物所含原料及重量份
[0033]
[0034] 本发明所用材料和来源：
[0035] 双酸A型环氧树脂:环氧当量为275-590克/当量，市售产品；
[0036]环氧树脂增韧剂：型号分别为GB19D、GB17D，均购自佛山格邦高分子科技有限公 司；
[0037] AC发泡剂:市售产品；
[0038] Celegon 0T发泡剂：发泡剂，购自Lion Chemical公司；
[0039] 膨胀微球：型号为093 DU 120,购自阿克苏诺贝尔(Akzo Nobel)高效化学品有限 公司；
[0040] 玻璃纤维:市售产品；
[0041] 碳酸钙:市售产品；
[0042]滑石粉:市售产品；
[0043]气相二氧化硅:市售产品；
[0044] 双氰胺类固化剂:型号为Dyhard 100S，购自于德国德固赛(Degussa)公司；
[0045] 脲类固化促进剂:型号分别为UR200、UR500，均购自于德国德固赛(Degus sa)公司；
[0046] 实施例1
[0047] -种环氧基结构泡沫组合物，其所含原料及重量份如表1中的实施例1所示。
[0048] 所述环氧基结构泡沫组合物的制备方法为：
[0049] 在95°C条件下，将配方量的双酚A型环氧树脂、GB19D环氧树脂增韧剂加入捏合机 中，混合均匀，加工捏合20min，然后加入玻璃纤维，加工捏合20min，混合均匀后，加入AC发 泡剂、093 DU 120膨胀微球、1250目碳酸钙、2000目滑石粉，混合均匀，加工捏合20min，然后 加入气相二氧化硅，加工捏合20min，混合均匀后，加入Dyhard 100S双氰胺类固化剂、UR500 脲类固化促进剂，加工捏合20min，混合均匀后，在170°C下烘烤20min进行固化发泡，然后进 行力学性能测试，其力学性能测试结果见表2。
[0050] 实施例2
[0051] -种环氧基结构泡沫组合物，其所含原料及重量份如表1中的实施例2所示。
[0052]所述环氧基结构泡沫组合物的制备方法为：
[0053]在70°C条件下，将配方量的双酚A型环氧树脂、GB19D环氧树脂增韧剂加入捏合机 中，混合均匀，加工捏合15min，然后加入玻璃纤维，加工捏合20min，混合均匀后，加入AC发 泡剂、093 DU 120膨胀微球、1250目碳酸钙、2000目滑石粉，混合均匀，加工捏合15min，然后 加入气相二氧化硅，加工捏合20min，混合均匀后，加入Dyhard 100S双氰胺类固化剂、UR500 脲类固化促进剂，加工捏合15min，混合均匀后，在160°C下烘烤25min进行固化发泡，然后进 行力学性能测试，其力学性能测试结果见表2。
[0054] 实施例3
[0055] -种环氧基结构泡沫组合物，其所含原料及重量份如表1中的实施例3所示。
[0056] 所述环氧基结构泡沫组合物的制备方法为：
[0057]在80°C条件下，将配方量的双酚A型环氧树脂、GB17D环氧树脂增韧剂加入捏合机 中，混合均匀，加工捏合15min，然后加入玻璃纤维，加工捏合20min，混合均匀后，加入AC发 泡剂、093 DU 120膨胀微球、1250目碳酸钙、2000目滑石粉，混合均匀，加工捏合20min，然后 加入气相二氧化硅，加工捏合20min，混合均匀后，加入Dyhard 100S双氰胺类固化剂、UR200 脲类固化促进剂，加工捏合25min，混合均匀后，在180°C下烘烤30min进行固化发泡，然后进 行力学性能测试，其力学性能测试结果见表2。
[0058] 实施例4
[0059]