耐溫高韌性機車電機環(huán)氧灌封膠母料的制備

蔣寅

摘要：以雙酚A型環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂和增韌劑作為A主劑，以有機酸酐和促進劑作為固化劑制備一種耐溫高韌性環(huán)氧膠。研究了各物料種類和添加量對膠體玻璃化溫度和力學性能的影響。結(jié)果表明，當各物料為一定比例時，制備的環(huán)氧膠玻璃化溫度為137°C，拉伸強度為76.1MPa，彎曲強度為130MPa。以此環(huán)氧膠作為母料制備的機車電機灌封膠可以滿足機車電機的應用要求。

關(guān)鍵詞：耐溫;高韌性;機車電機;環(huán)氧灌封膠

中圖文獻號：TQ433.4 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）10-0001-04

隨著社會的進步，環(huán)氧膠在航空航天、汽車、電子、軍工和機械制造業(yè)等技術(shù)領(lǐng)域應用越來越廣。關(guān)于灌封膠耐溫性的定義、分類及評價標準國內(nèi)外尚未統(tǒng)一，一般來說，耐溫性能應按照在特定的溫度、時間和介質(zhì)中能保持設(shè)計所要求的粘接強度，或具有一定的強度保持率來評定。而灌封膠的韌性一般表現(xiàn)在各種力學性能上，測試數(shù)據(jù)主要為拉伸強度、斷裂伸長率、彎曲強度和彈性模量等。環(huán)氧樹脂以其優(yōu)異的粘接性、物理機械性和良好的加工性能得到了廣泛的應用，但是其固化后膠體中的C-C鍵、C-H鍵鍵能較小且?guī)в辛u基等結(jié)構(gòu)，使得環(huán)氧固化物具有很脆，抗剝離、抗沖擊等能力較差，易受水影響，耐溫性能較差等缺點。因此，須對環(huán)氧樹脂體系按照適用場合和客戶需求進行一定的改性和研究。

目前市面上機車大型電機普遍采用的是環(huán)氧一改性胺體系的環(huán)氧灌封膠，其具有優(yōu)異的拉伸強度，優(yōu)良的伸長率。但由于其玻璃化溫度較低，在電機運行中，膠體自身強度和絕緣性大大降低。文章探究一種環(huán)氧一有機酸酐體系的灌封膠的母料，著重提高灌封膠的耐溫和韌性，使其應用于機車大型電機的灌封中。

1實驗部分

1.1主要原料

雙酚A型環(huán)氧樹脂E-39D（環(huán)氧值0.39mol/100g），江蘇三木集團股份有限公司;3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3，4—環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯TIA21LP（環(huán)氧值0.77mol/100g），江蘇泰特爾新材料科技有限公司;有機硅核殼環(huán)氧樹脂EPX-152（環(huán)氧值0.42mol/100g）、核殼增韌環(huán)氧樹脂EPX-153（環(huán)氧值0.40mol/100g），上海絡(luò)合化學有限公司;超支化聚酯環(huán)氧多功能改性劑cYH-277，自逸超支化聚合物科技（武漢）有限公司;丁腈橡膠861340（環(huán)氧值0.30mol/100g），深圳佳迪達新材料科技有限公司;聚已內(nèi)酯多元醇210，深圳光華偉業(yè)實業(yè)有限公司;BPA-PO柔性環(huán)氧樹脂KDSF-180（環(huán)氧值0.30tool/100g），國都化工（昆山）有限公司;有機硅嵌段共聚物W35，瓦克國際集團有限公司;聚丁二烯橡膠核殼環(huán)氧樹脂MXl50（環(huán)氧值0.32mol/100g）、MXl54（環(huán)氧值0.33mol/100g），大連連晟貿(mào)易有限公司;甲基四氫鄰苯二甲酸酐（MeTHPA）、六氫鄰苯二甲酸酐（HHPA），濮陽惠成電子材料股份有限公司;芐基二甲胺（BDMA），杭州施特安化工有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

TY8000系列伺服控制材料試驗機，上海天源試驗設(shè)備有限公司;DSC示差掃描量熱儀，日本日立公司;370型傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR），美國Nexus公司;TGA 4000型熱重分析儀，美國PE公司;GWGS-1000L型高溫高濕試驗箱，上海凱測實驗設(shè)備有限公司;GDJS-1000L型高低溫交變濕熱試驗箱，廈門群隆儀器有限公司;3CJ-100S型高低溫沖擊試驗箱，江蘇艾默生試驗儀器科技有限公司;ZC25-3型絕緣電阻表，500V，南京金川電表制造有限公司;YD981 1A型程控耐電壓測試儀，常州揚子電子有限公司。

1.3膠樣的制備

按一定的比例將E-39D、TFA21LP和增韌劑混合，攪拌均勻后，在-0.1MPa/50°C下保溫2h，制得灌封膠的主劑A。

按一定的比例將有機酸酐與BDMA混合，攪拌均勻后，在0.1MPa/50°C下保溫2h，制得灌封膠的固化劑B。

1.4性能測試

玻璃化溫度（Tg）：采用DSC示差掃描量熱儀，升溫速率為30°C/min，溫度區(qū)間為30-160°C。

拉伸強度、斷裂伸長率、彈性模量：使用模具將灌封膠澆注成200mmX 10mmX3mm的啞鈴狀試樣，參考GB/T 1040.1《塑料拉伸性能的測定》在伺服控制材料試驗機測試，試驗速率20mm/rain，測試溫度為25℃±2℃。

彎曲強度：使用模具將灌封膠澆注成200mmX10mmX3ram的長方形試樣，參考GB/T 9341-2000《塑料彎曲性能試驗方法》在伺服控制材料試驗機測試，試驗速率10mm/min，測試溫度為25℃±2℃。

紅外光譜：測試光譜范圍為400-4000cm^-1，掃描32次。

熱重分析：樣品于氮氣氛圍中，以10°C/min的升溫速率從30℃掃描至850℃，并于850℃保持5min。

絕緣電阻：將絕緣電阻表的正負極分別接連電機的外殼和銅線，勻速搖動電阻表，絕緣電阻≥50Mn。

耐壓：將程控耐電壓測試儀的正負極分別接連電機的外殼和銅線，設(shè)定為1500V/60s，漏電流≤10mA。

2結(jié)果與討論

2.1TFA21LP添加量對灌封膠性能的影響

將TFA21LP和E-39D按照不同的比例混合，固化劑選用MeTHPA，促進劑選用BDMA（用量為固化劑總質(zhì)量的2%），攪拌混合均勻。固化條件為90℃/2h+110℃/2h。試樣的要求和測試數(shù)據(jù)如表1所示。

實驗結(jié)果表明：以E-39D和TYA21LP混合物作為主劑，MeTHPA作為固化劑。制備的環(huán)氧膠隨著TFA21LP用量的增加，試樣的玻璃化溫度逐漸上升，力學性能逐漸下降。因為TIA21LP作為脂環(huán)族環(huán)氧樹脂，其環(huán)氧基直接連接在脂環(huán)上，能形成緊密的剛性分子結(jié)構(gòu)，固化后交聯(lián)密度增大，因此玻璃化溫度比較高。但由于其環(huán)氧當量小，交聯(lián)密度高，固化物較脆，韌性較差。綜上，當TrA21IJP為A組份用量的30%時，試樣玻璃化溫度為133℃，已能滿足高溫要求，將在其力學性能上做進一步調(diào)整。

2.2增韌劑種類對灌封膠性能的影響

將E-39D、TA21LP和增韌劑按照質(zhì)量比50：30：20混合。固化劑選用MeTHPA，促進劑選用BDMA（用量為固化劑總質(zhì)量的2%），攪拌混合均勻。固化條件為90℃/2h+1 10℃/2h。試樣的要求和測試數(shù)據(jù)如表2所示。

實驗結(jié)果表明：以E-39D、TrA21LP和增韌劑按照質(zhì)量比50：30：20混合后作為主劑，MeTHPA作為固化劑。制備的環(huán)氧膠在玻璃化溫度和力學性能上有較大的差異。其中核殼類增韌劑對玻璃化溫度有較好的保持作用。在力學方面，聚丁二烯橡膠核殼環(huán)氧樹脂MXl54表現(xiàn)出色，當添加量為20份時，拉伸強度提高88%，斷裂伸長率提高120%，彎曲強度提高81%。

2.3 MXl54添加量對灌封膠性能的影響

將E-39D、TTA21LP和MXl54按照不同的比例混合，其中TYA21LP為30份。固化劑選用MeTH.PA，促進劑選用BDMA（用量為固化劑總質(zhì)量的2%），攪拌混合均勻。固化條件為90℃/2h+110%/2h。試樣的要求和測試數(shù)據(jù)如表3所示。

實驗結(jié)果表明：以E-39D、TYA21LP和MXl54按照不同的比例混合后作為主劑，MeTHPA作為固化劑。制備的環(huán)氧膠由于MXl54添加量的改變，其玻璃化溫度未有明顯變化，可見該類橡膠核殼環(huán)氧樹脂對玻璃化溫度的保持效果明顯。隨著MXl54在體系中逐漸增加，力學性能有較大的改善，而隨著用量的繼續(xù)加大，會引起核殼粒子在物料內(nèi)部出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，產(chǎn)生缺陷，成為應力集中點，進而使物料應對外力破壞的能力下降，使物料力學性能有所下降。故E-39D、TFA21LP和MXl54的最佳質(zhì)量比選擇為50：30：20。

2.4HHPA添加量對灌封膠性能的影響

將E-39D、TFA21LP和MXl54的按照質(zhì)量比50：30：20混合。固化劑選用MeTHPA和HHPA混合物，促進劑選用BDMA（用量為固化劑總質(zhì)量的2%），攪拌混合均勻。按照質(zhì)量比100：82攪拌混合。固化條件為90℃/2h+110%/2h。試樣的要求和測試數(shù)據(jù)如表4所示。

實驗結(jié)果表明：以E-39D、TrA21LP和MXl54按照質(zhì)量比50：30：20混合后作為主劑，MeTHPA和HHPA混合物作為固化劑。制備的環(huán)氧膠由于MeTH.PA和HHPA添加比例的改變，其玻璃化溫度未有明顯變化，是因為TYA21LP等的加人，已使試樣的交聯(lián)密度達到極限。隨著HHPA在固化劑中逐漸增加，力學性能逐漸下降，故選擇MeTHPA作為固化劑。

2.5熱重分析

由圖1可知，耐溫高韌性機車電機環(huán)氧灌封膠母料熱失重5%和10%的溫度分別為330%和350%左右，400℃時的殘?zhí)悸蕿?4.7%，表明物料具有較好的耐高溫性能。

2.6耐溫高韌性機車電機灌封膠的制備和測試

2.6.1耐溫高韌性機車電機灌封膠的建議配方

將母料加人相應的填料和助劑，配置成耐溫高韌性機車電機灌封膠，參考配方如表5所示。

2.6.2耐溫高韌性機車電機灌封膠的測試數(shù)據(jù)

使用本文所述灌封膠澆筑大型機車電機后進行應用性能測試，數(shù)據(jù)如表6所示。

3結(jié)語

1）制備了一種耐溫高韌性環(huán)氧膠，其玻璃化溫度為137%，拉伸強度為76.1MPa，斷裂伸長率為6.4%，彈性模量為1116MPa，彎曲強度為130MPa，可作為機車大型電機灌封膠的母料。

2）以雙酚A型環(huán)氧樹脂E-39D、3，4一環(huán)氧環(huán)己基甲基-3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲酸酯TTA21LP和聚丁二烯橡膠核殼環(huán)氧樹脂MXl54為主劑，其質(zhì)量比為50：30：20。以甲基四氫鄰苯二甲酸酐MeTHPA和芐基BD.MA二甲胺為固化劑，其質(zhì)量比為98：2。主劑和固化劑的混合質(zhì)量比為100：82。

3）以該種環(huán)氧膠作為母料制備的機車大型電機灌封膠可以滿足電機的應用性能測試。