[发明专利]一种高强耐疲劳型环氧树脂结构胶及其制备方法

说明书

本发明公开一种高强耐疲劳型环氧树脂结构胶，以重量计，包括以下成分：20~80份环氧树脂、增韧剂5~50份、填料0~100份、稀释剂0~15份、含氨基官能团的倍半硅氧烷1‑20份、胺类固化剂3‑40份和固化促进剂0‑5份。本发明还公开了一种高强耐疲劳型环氧树脂结构胶的制备方法。该高强耐疲劳型环氧树脂结构胶不仅兼顾高韧性、高强度和高模量，而且具有低成本和高粘接强度等优点，可以满足风机叶片粘结和修复、汽车结构件粘接、动力电池结构粘接等领域提出的高结构粘接的要求，具有重要的应用价值和实际意义。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及的是一种高强耐疲劳型环氧树脂结构胶及其制备方法。

背景技术

结构胶粘剂是一类用于受力部件上的胶粘剂，其能在额定时间内承受许多应力环境作用而不被破坏。结构胶粘剂主要用于受力件的粘结，因此，要求结构胶粘剂能够承受较大的载荷，在常温以上的工作温度下仍有好的机械强度、高耐冲击性、耐老化、耐化学品等性能。

目前，结构胶粘剂在风机叶片粘结和修复、汽车结构件粘接、动力电池结构粘接等领域中具有广泛的用途。与传统的粘接不同的是，结构粘接接头的应力存在“面受力”状态和“线受力”状态，分别可用抗剪强度和剥离强度加以表征，这两类强度必须同时都高才能获得高的结构粘接强度。抗剪强度和剥离强度主要取决于胶层的内聚强度、模量和界面的结合力，增加胶层的断裂伸长率和模量有助于减少应力集中，提高剥离强度，进而提高结构粘接强度；但是胶层模量的降低反而会弱化胶层的内聚强度，导致结构粘接强度的衰减。显然，要想获得高的结构粘接强度，必须充分考虑两种相互矛盾之间的应用，应配制内聚强度高、断裂伸长率大且模量适当的胶粘剂。

为了在高内聚强度、高断裂伸长率和适当模量方面取得一定的平衡，现有技术常采用丁腈橡胶、核-壳聚合物、丙烯酸类聚合物或共聚物等材料作为增韧剂，同时以纳米级无机填料作为补强剤来弥补添加大量增韧剂对内聚强度和模量的损失，以获得高的结构粘接强度。在中国发明专利“环氧树脂结构胶及其制备方法”(201010223211.3) 中，公开了一种采用气相二氧化硅和橡胶类增韧剂来改善环氧树脂的抗冲击强度和疲劳性能，并获得一种具有高的结构粘接强度的环氧树脂胶粘剂。然而，由于微米/纳米级无机填料和环氧树脂很难形成足够多的化学键合，进而导致必须有足够高的添加量才能使环氧树脂兼具高韧性和高模量，但这往往导致纳米无机填料易发生团聚，且牺牲了环氧树脂的挤出性和组分间的混合性，最终难以获得高结构粘接强度的环氧树脂胶粘剂。

POSS是多面体笼型倍半硅氧烷的简称，是近几年出现的新型纳米材料，分子尺寸在1～3nm左右，具有二氧化硅的类似结构，由硅和氧组成的刚性的，并且具有孔径约为0.53nm的最小硅烷化合物。通过对有机基团R的控制，使之与有机相以较强的共价键连接，改善了两者之间的相容性，有效地避免了通常无机粒子易团聚和二相易分离。在中国发明专利“一种环氧树脂和多面体笼型倍半硅氧烷纳米杂化材料及其制备方法”(CN 102492116B)中，公开了采用环氧基 POSS来改性环氧树脂高机械强度高、高耐热性、化学稳定性好、粘接性好等优点的环氧树脂。在中国发明专利“一种增韧、耐热的改性环氧树脂及其制备方法”(CN 106751516 B)中，公开了采用环氧基笼型聚倍半硅氧烷(环氧基POSS)和氨基硅油复合而成的杂化体系来改性环氧树脂，加入的杂化体系可以获得具有高韧性好、高强度、粘接力强、热稳定性好的环氧树脂。然而，尽管环氧基POSS可以显著提高环氧树脂的强度和模量，但是高纯度的环氧基POSS价格昂贵导致其难以工业化推广；另一方面，单纯添加环氧基POSS难以显著提升环氧树脂的韧性，而与氨基硅油的复合导致大量的POSS单元仅作为柔性硅氧链节与柔性硅氧链节/环氧树脂的架桥，难以对环氧树脂进行有效的增强。

针对目前环氧树脂结构粘接所存在难以在韧性、强度和模量取得平衡的难题，开发一种兼具低成本、高韧性、高强度和高模量的高强耐疲劳型环氧树脂结构胶及其制备方法，具有重要的应用价值和实际意义。

发明内容