一种室温固化超低温环氧密封胶及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种环氧密封胶及其制备方法，具体涉及一种室温固化超低温环氧密封胶及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天、超导技术、国防工业等的发展，对超低温(90K及以下)环境下使用的胶粘剂需求不断增多。在航空航天及国防工业中，部分精密器件需要在液氦温度下工作并通过粘接获得良好的密封性能，但由于受粘接材质、尺寸、精度、工艺条件等限制器件不能加热，需要在室温下固化，因而对超低温胶粘剂提出了新的需求。
[0003]目前研究较多的是超低温胶粘剂，应用较为广泛的是上海合成树脂研究所研制的Dff系列胶粘剂，此外还有北京材料工艺研究所研制的NHJ-44尼龙改性环氧胶粘剂、杭州市化工研究所研制的HC-02四氢呋喃聚醚环氧胶粘剂等，主要为聚氨酯改性环氧、尼龙改性环氧、改性聚氨酯等类型胶粘剂，这些胶粘剂大多需要高温固化或高温后处理，使固化交联更充分以获得优异的粘接性能，部分可以室温固化的低温胶粘剂粘度较大，难以对粘接界面实现良好浸润，因而密封性能不理想；另有部分可以室温固化、粘度适中的低温胶粘剂室温固化时间较长，实用价值较低。
[0004]密封胶与胶粘剂有明显的区别，密封胶不仅要对粘接基材有良好的粘接强度，还特别要求密封胶对基材的良好浸润、自身透气性小、固化收缩率低，对于在超低温环境下使用的密封胶，由于高分子材料在降温过程中的收缩、低温下链段冻结变脆等均可能导致密封胶开裂，因此，对于超低温密封胶，除了通用密封胶对基材浸润性、自身透气性的要求外，对收缩性的要求更高，并且在超低温环境下需要有部分可以运动的链段，避免分子链处于被冻结的僵硬状态，否则一旦承受应力或温度变化，很容易发生开裂或剥离而失去密封性。
[0005]2013年9月《高分子材料与工程》第29卷第9期《低温使用聚氨酯改性环氧树脂密封胶的合成及性能》一文中，张菁妤等采用聚氨酯改性韧性环氧树脂和二乙烯三胺固化剂制备了一系列室温固化高性能密封胶，获得了初始黏度小于IPa.S、断裂延伸率可达193%、压缩永久形变< 20%、液氮温度时剪切强度高于13MPa及剥离强度大于10kN/m的低温胶。该低温胶单一使用二乙烯三胺作为固化剂，毒性较大，发达国家已禁止使用；二乙烯三胺的分子链短，因此活性交联点密度高，固化获得的交联产物韧性较差，论文公开了胶粘剂在液氮温度下的性能，当温度进一步降低，即使用温度降至20K时，其低温性能可能难以满足要求；在该论文中未给出密封性的相关数据，仅从胶粘剂粘度低、低温粘接强度高来判断其具有良好的低温密封性，是不充分的，在降温过程的收缩及分子链冻结，均可能导致泄漏，但对强度的影响可能并不明显；再则，以二乙烯三胺作为固化剂，其放热迅速，可以在室温下快速固化，在孙曼灵主编的《环氧树脂应用与技术》(2002年9月出版)117?118页中，25°C环境下，550ml的样品配料温度可达250°C，在工程中的工艺性能较差。
[0006]综上所述，目前室温固化超低温胶粘剂粘度较大、固化时间较长或反应放热剧烈，难以满足低温工程对室温固化超低温密封胶的应用需求，室温固化超低温环氧密封胶的制备，有利于拓展低温胶的应用范围，提升航空航天、超导技术、国防工业等低温领域的技术水平。
【发明内容】
[0007]本发明克服了现有技术的不足，提供一种室温固化超低温环氧密封胶及其制备方法。
[0008]考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案:
[0009]—种室温固化超低温环氧密封胶，所述该密封胶包括复合环氧树脂、复合固化剂，按重量计，所述复合环氧树脂包括40?60份聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂、40?60份680环氧树脂，所述复合固化剂包括20?33份脂环胺固化剂、10?30份T-31固化剂。
[0010]更进一步的技术方案，所述聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂是由异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体与双酚S型缩水甘油醚环氧树脂接枝而成。
[0011]更进一步的技术方案，所述异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体是由聚酯二元醇和/或聚醚二元醇与异氰酸酯反应制备而成。
[0012]更进一步的技术方案，所述聚醚二元醇选自分子量为400?4000的聚乙二醇、分子量为1000?2000的聚四氢呋喃二醇。
[0013]更进一步的技术方案，所述聚酯二元醇选自分子量为1000?2000的聚己二酸乙二醇酯、分子量为1000?2000的聚己二酸丙二醇酯、分子量为1000?2000的聚己二酸丁二醇酯。
[0014]更进一步的技术方案，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、4，4' - 二苯甲烷二异氰酸酯、I，6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。
[0015]更进一步的技术方案，所述脂环胺固化剂选自异佛尔酮二胺、4，4' - 二氨基-二环己基甲烷。
[0016]本发明还提供了所述的室温固化超低温环氧密封胶的制备方法，包括以下步骤:
[0017]步骤1、将聚酯二元醇和/或聚醚二元醇与异氰酸酯投入到反应容器中加热至70?90°C，并充分搅拌，反应2?4h，得到异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体；
[0018]步骤2、称取双酚S型缩水甘油醚环氧树脂溶于乙酸乙酯中，并加入步骤I所得的异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体，升温至70?80°C反应2?3h，反应完成后真空脱除溶剂，得到聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂；
[0019]步骤3、将步骤2所得的聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂、680环氧树脂、脂环胺固化剂和T31-固化剂在室温下混合并搅拌均匀，得到所述的室温固化超低温环氧密封胶。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益效果之一是:
[0021]本发明以聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂、680环氧树脂(间苯二酚型环氧树脂)为基体树脂，复合胺为固化剂，本发明使用了聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂，由于极性基团砜基(-SO2-)的引入，比双酚A型环氧树脂有更好的粘接性、韧性，并且提高了环氧树脂的开环活性。聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂良好的柔韧性以及聚氨酯改性双酚S型缩水甘油醚环氧树脂、680环氧树脂中的醚键在低温下未被冻结的特性改善了密封胶的低温性能；680环氧树脂、T-31固化剂在常温下有较高的反应活性，可以促使其它环氧树脂与固化剂在室温的固化反应，使密封胶可在常温下实现固化；脂环胺中的环形结构以及T-31固化剂和环氧树脂中的苯环等刚性结构为密封胶提供了一定的粘接强度，低粘度的680环氧树脂、脂环胺和T-31固化剂保证了体系较低的粘度，从而对密封界面形成良好的浸润。
[0022]本发明未使用固化促进剂，获得了在室温下较短时间固化的耐超低温密封胶，满足了超低温工程对密封胶的需求；密封胶不含稀释剂，不含溶剂，不存在小分子挥发而造成的污染；本发明的密封胶液氮温度粘接强度大于15MPa，在20K环境下泄漏率小于10 11Pa.m3/s，低温粘接、密封性能良好，可以满足精密零部件的低温粘接、密封需求。
【具体实施方式】
[0023]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0024]本发明实施例的拉剪强度试样制备及测试条件:铝片尺寸10mmX25mmX2mm，搭接面积:25_X12.5_，铝片粘接面经过铬酸洗液(重铬酸钾:浓硫酸:蒸馏水=I:10:30)处理30分钟、蒸馏水清洗及丙酮清洗，使用实施例制备的环氧密封胶粘接经过表面处理的铝片试样，铝片试样在室温下固化后，将铝片试样浸泡于液氮中30分钟以上，按照GB7124-2008测试液氮温度下的拉剪强度。
[0025]气密性试样制备及测试:准备内径2?3mm、外径5mm、长约25mm石英管；5_X5_X2mm石英片，先将一片石英片与石英管一端用实施例制备的环氧密封胶粘接固化后，将石英管未粘接一端向下，在石英管中注入氦气，在石英管下端用实施例制备的环氧密封胶粘接另一片石英片，室温固化一定时间后，将试件置于低温试验罐中，40min由室温降至20K，保温30min后，40min升温至室温，如此循环四次后，采用中科科仪ZQJ-230EK型氦质谱检漏仪(最小可检漏率< 10 11Pa.m3/s)检测试样是否漏气，检漏后，将石英管一端粘接的石英片取下，检测石英管内是否有氦气，若温度循环过程未检测出氦气，检漏后取下石英片检测出氦气，表明温度循环过程未出现漏气，即泄漏率< 10 11