一种半硬质环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种半硬质环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用。本发明专利技术将环氧树脂预热后加入混合固化剂、发泡剂和不同形态的填料，搅拌均匀得到预混物；将获得预混物在搅拌的情况下继续加热；当预混物有起发迹象时，迅速将预混物浇注到预热的模具中，发泡形成半硬质环氧树脂泡沫材料。本发明专利技术得到的环氧树脂基体是由含大量长链柔性链段的线性环氧树脂构成的，使得环氧树脂基体具有更高的柔性和阻尼性能，其次加入了不同形态的填料，进一步提高了材料的强度和阻尼性能。从而在提高环氧树脂泡沫材料阻尼性能的基础上，拓展了环氧树脂泡沫材料的应用范围。拓展了环氧树脂泡沫材料的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种半硬质环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，尤其涉及一种半硬质环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]聚合物泡沫材料是以通用塑料为基体树脂的泡沫材料，主要包括聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚丙烯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫等。聚合物泡沫因性能优良、质轻、比强度高等，自问世以来便得到了广泛的应用，目前已经覆盖了社会生产和生活的多个领域。随着技术的发展，国防、军工、航空航天等领域对聚合物泡沫材料性能的要求越来越高，如耐高温、耐辐照、耐腐蚀、高力学强度等，但是传统的聚合物泡沫材料已不能满足这些需求。
[0003]环氧树脂泡沫材料是以环氧树脂和固化剂作为主体，发泡形成的一类高分子泡沫材料，具有卓越的力学性能、优良的耐水性及耐化学腐蚀性、很好的耐热性能 (长期使用温度可达200℃)和尺寸稳定性、优良的电气性能等优点，是一种高性能的聚合物泡沫材料，同时因为生产过程中不使用异氰酸酯类单体，所以环氧树脂泡沫材料还具有无毒的特点，因此环氧树脂泡沫材料广泛应用于航空航天、军工国防、汽车工业、生物、电子、医药等领域。目前，环氧树脂泡沫材料均是硬质类的泡沫材料，其力学性能良好，硬度高。例如，中国专利技术专利CN101302304，公开了一种环氧树脂基发泡材料的制备方法，其以双酚A型环氧树脂、常温固化的胺类固化剂、发泡剂、泡沫稳定剂及助剂为原料，以高速搅拌搅拌均匀后，在不锈钢模具中于40～80℃加热0.5～2小时，然后冷却到室温得到环氧树脂泡沫材料，其发泡倍率最高可达2.7，具有良好的耐水性和耐化学腐蚀性能和较好的弯曲强度和压缩强度。中国专利CN101319085公开了一种轻质高强度环氧发泡材料及其制备方法，以“预反应”的制备工艺，配方为环氧树脂50％～90％，胺类固化剂5％～40％，偶氮化合物和肼类发泡剂0.1％～15％，增韧剂2％～20％，表面活性剂0.1％～5％，填料0％～30％，进行环氧树脂泡沫的制备，使环氧发泡固化体系的发泡速度和固化速度相协调，然后再进一步“后固化”和定型。所得的环氧树脂泡沫表面光滑，内部泡孔结构致密、均匀，已经运用于多种导弹发射箱易碎端盖产品中。
[0004]环氧树脂泡沫材料具有卓越的力学强度、优良的耐水性及耐化学腐蚀性、很好的耐热性能和尺寸稳定性等，这主要是由环氧树脂现有的原材料、配方工艺及高度交联的分子结构决定的。现有的环氧树脂，其分子结构中柔性链段少或没有、交联度过大，因此导致其脆性高、柔韧性差。例如现在广泛使用的双酚A型环氧树脂与胺类环氧树脂固化剂所形成的配方体系中，每个环氧树脂分子中有2个端环氧基团(环氧树脂为2官能度)，而每个胺类固化剂的分子中也至少含有2个伯氨基，相当于至少4个以上的活泼H原子(固化剂分子为4 官能度)，每个环氧基团与一个H原子反应而使环氧树脂分子和固化剂分子连接起来。在现有技术的条件下，通常业内技术人员在进行环氧树脂的配方设计时，环氧树脂与固化剂的化学计量比按照一个环氧基团对应一个活泼氢原子来进行计算设计环氧树脂体系的配方。环氧树脂泡沫材料按照这样的计量比固化之后，形成高度交联的三维网状结构，如式(I)所
示，从而使得材料的硬度高、强度高、脆性大，阻尼性能不足，因而也限制了环氧泡沫材料的应用范围。
[0005][0006]随着科学技术的飞速发展，火箭、导弹、人造卫星、舰艇、机械、电子和电气等装备朝着高速、精确、集成、多功能和大功率方向发展，振动和噪声业已成为影响产品可靠性、使用寿命和污染环境的关键问题。从失效分析统计表明，人造卫星约有2/3的故障与振动有关；导弹因振动将会影响目标的制导精度或爆炸系统控制失灵；飞机或燃气轮机因振动而导致叶片等零部件疲劳断裂；潜艇因振动和噪声而受到敌方的跟踪或打击；电子器件约有八成故障是由于宽频带随机激振引起结构的多共振峰响应而失灵；电站发电机因振动而发生主轴断裂；高速运行中的火车因振动致使脱轨颠覆等事例也不胜枚举。环氧树脂泡沫塑料作为一种高强度的结构泡沫，在上述领域有着广泛的应用，但是通常的环氧树脂泡沫材料其本身的化学结构刚性强，导致环氧树脂泡沫脆性大，冲击强度低，阻尼性能不佳。这些缺点限制了环氧树脂泡沫材料的应用范围。而目前还没有有关提高环氧树脂泡沫材料阻尼性能的研究报道。
[0007]另一方面，泡沫材料按照性能可分为软质泡沫、半硬质泡沫材料和硬质泡沫材料。目前所有环氧树脂泡沫材料均是硬质泡沫材料，未见有半硬质环氧树脂泡沫材料的报道。

技术实现思路

[0008]针对上述环氧树脂泡沫材料所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种半硬质环氧树脂泡沫材料及其制备方法与应用，解决环氧树脂泡沫材料阻尼性能不佳的问题，而且其制造方便，周期短，得到的半硬质环氧树脂泡沫材料的密度适中，性能良好，泡孔均匀。
[0009]本专利技术从环氧树脂泡沫材料的大分子设计出发，提供一种的半硬质环氧树脂泡沫材料的制造方法。本专利技术采用控制环氧树脂中环氧基团与固化剂中活泼氢原子之间的摩尔比，使得环氧基团只与伯氨基中的第一个氢原子反应，从而使环氧树脂分子与固化剂分子形成线性的或轻度交联的大分子结构；通过分子量≥1000 的端氨基聚醚、端氨基液体丁腈
固化剂在环氧树脂的大分子结构中引入柔性组份或链段从而进一步降低环氧树脂的刚性，得到适当柔性的半硬质环氧树脂泡沫材料。
[0010]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0011]本专利技术的第一个目的是提供一种半硬质环氧树脂泡沫材料，所述环氧树脂泡沫材料是由含柔性链段的线性环氧树脂构成的，所述含柔性链段的线性环氧树脂的分子结构如式(II)所示：
[0012][0013]式中表示刚性链段，表示柔性链段，刚性链段是指环氧树脂中含有苯环结构的链段，柔性链段是指环氧树脂中含有脂肪族结构的链段。
[0014]本专利技术的第二个目的是提供一种半硬质环氧树脂泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)预热环氧树脂；
[0016](2)向预热的环氧树脂中加入混合固化剂、发泡剂，搅拌均匀得到预混物；
[0017](3)将获得预混物在搅拌的情况下继续加热；
[0018](4)当预混物有起发迹象时，将预混物浇注到预热的模具中，发泡形成半硬质环氧树脂泡沫材料。
[0019]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，所述环氧树脂优选为双酚A 型环氧树脂，其环氧值在0.40～0.60eq/100g之间，选自两种或两种以上不同环氧值环氧树脂的混合物。
[0020]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(1)中，所述预热的温度为40～60℃。
[0021]在本专利技术的一个实施方式中，步骤(2)中，所述固化剂为复合的胺类固化剂，由短分子链的固化剂和长分子链的固化剂直接混合而成，其中短分子链的固化剂选自活泼氢当量为50～100芳香族胺、改性芳香族胺、脂肪族多胺或短分子链的端氨基聚醚的一种或几种；长分子链的固化剂选自分子量≥1000的端氨基聚醚、端氨基液体丁腈的一种或几种的混合物；其中短分子链固化剂与长分子链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半硬质环氧树脂泡沫材料，其特征在于，所述环氧树脂泡沫材料是由含柔性链段的线性环氧树脂构成的，所述含柔性链段的线性环氧树脂的分子结构如式(II)所示：式中表示刚性链段，表示柔性链段，刚性链段是指环氧树脂中含有苯环结构的链段，柔性链段是指环氧树脂中含有脂肪族结构的链段。2.一种如权利要求1所述半硬质环氧树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预热环氧树脂；(2)向预热的环氧树脂中加入混合固化剂、发泡剂，搅拌均匀得到预混物；(3)将获得预混物在搅拌的情况下继续加热；(4)当预混物有起发迹象时，将预混物浇注到预热的模具中，发泡形成半硬质环氧树脂泡沫材料。3.根据权利要求2所述的一种半硬质环氧树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述环氧树脂选自一种双酚A型环氧树脂或两种以上双酚A型环氧树脂的混合物，所述双酚A型环氧树脂的环氧值在0.40～0.60eq/100g之间。4.根据权利要求2所述的一种半硬质环氧树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预热温度为40～60℃。5.根据权利要求2所述的一种半硬质环氧树脂泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固化剂为复合的胺类固化剂，由短分子链的固化剂和长分子链的固化剂直接混合而成，其中短分子链的固化剂选自活泼氢当量为50～100芳香族胺、改性芳香族胺、脂肪族多胺或短分子链的端氨基聚醚的一种或几种；长分子链的固化剂选自分子量≥100...

【专利技术属性】
技术研发人员：李仙会，李小慧，张兆峰，刘宇盖，
申请(专利权)人：上海材料研究所，
类型：发明
国别省市：