專利名稱：：一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及發(fā)泡材料，尤其涉及一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：對于要求應(yīng)用輕質(zhì)、高強度發(fā)泡材料的制品或部件而言，采用直接發(fā)泡而無需壓制的方法具有特別的意義，這種泡沫塑料可以用各種能在發(fā)泡過程中與各種多官能團化合物起劇烈反應(yīng)的低分子樹脂來制造。其中由環(huán)氧氯丙垸和二酚基丙垸(雙酚A)所制得的低分子液態(tài)環(huán)氧樹脂，通過二元胺或多元胺、酰胺、多元酸、可溶性酚醛樹脂或其它含活潑氫原子的化合物在變定(固化)過程中以不同的發(fā)泡體系所形成的環(huán)氧泡沫材料具有許多對輕質(zhì)、高強度部件如導彈易碎蓋制造來說特別優(yōu)良的性質(zhì)，包括(1)對各種材料具有極好的粘結(jié)性，因而容易在其表面牢固地形成所需要的各種功能涂層；(2)環(huán)氧化合物固化時，收縮率特別小，保證制件的精確度；(3)優(yōu)良的耐熱性和對環(huán)境條件的抵抗性；(4)容易固化和發(fā)泡成型，并能按照選擇的固化和發(fā)泡體系來調(diào)整發(fā)泡材料的物理機械性能。上述最后一點尤為重要，因為通過調(diào)節(jié)體系中各組份的比例含量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間及成型壓力等要素，就可以制造不同發(fā)泡程度和密度的環(huán)氧泡沫基體材料，而材料的發(fā)泡程度和密度直接和機械性能有關(guān)，因而可以實現(xiàn)對基體材料的整體力學強度進行人為調(diào)控，而基體材料又是整個部件的骨架，它直接決定整個部件的力學性能能否符合使用要求。而且環(huán)氧泡沫材料在較低的密度下即具有較高的強度和剛性，這對制造需要有一定強度要求的輕質(zhì)易碎蓋特別有利。環(huán)氧泡沫塑料的研制開發(fā)在國際上已具有較長的歷史，早在上個世紀40年代末美國殼牌公司就研制出這種泡沫塑料，60年代初該公司又開發(fā)了一種新型的環(huán)氧一硼氧烷泡沫塑料并研制出就地澆鑄、以氟氯甲垸發(fā)泡的環(huán)氧泡沬塑料。但是由于環(huán)氧泡沫塑料化學反應(yīng)較難控制，在就地澆鑄中不像聚氨酯那樣容易，加之成本高限制了它的應(yīng)用。目前的發(fā)展趨勢是添加中空微球的制備工藝。環(huán)氧泡沫塑料制備方法有化學發(fā)泡法、反應(yīng)氣體發(fā)泡法、物理發(fā)泡法和玻璃或陶瓷或塑料(包括纖維材料)中空微球固化成型法四種。前三種方法適于制備低密度(《0.06化/cm3)和中密度(0.0640.32g/cm3)的泡沬塑料，高密度(>0.32g/cm3)的泡沬(又稱為復合泡沫)多采用第四種方法制備。制取環(huán)氧樹脂泡沫塑料的化學和工藝至今還研究得不夠充分，現(xiàn)代文獻中很少帶有配方解釋的環(huán)氧泡沬塑料的生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)，有關(guān)配方和工藝大多以專利形式發(fā)表，例如日本專利昭和45-16588描述了一個在添加有發(fā)泡劑的環(huán)氧樹脂中加入特殊的固化劑制造環(huán)氧泡沫的方法，據(jù)稱可以較容易地得到所希望密度的環(huán)氧泡沫帝lj品。前蘇聯(lián)專利234660報導了用三氟化硼固化環(huán)氧樹脂制取環(huán)氧泡沬的方法，其特點是在原始組份中預(yù)先加入五價磷化合物來改善泡沫塑料的物理機械性能，并保證其具有相同的結(jié)構(gòu)。美國專利3969286介紹了一種制備氣體發(fā)泡的環(huán)氧泡沬生產(chǎn)工藝，它適于涂抹在工件表面上，容易進入其角落和縫隙中，并在接近室溫下固化。美國專利4410639報導了一種高密度環(huán)氧泡沫的制造方法，它的配方中含有大量的空心微球，并使用了某種酮類以減弱固化時的放熱量，抑制泡沬產(chǎn)物的降解。還有一些美國專利描述了由幾種環(huán)氧值不同的環(huán)氧樹脂組成混合樹脂體系制備環(huán)氧泡沫的方法，據(jù)稱獲得的泡沫制品有一定的微細泡孔結(jié)構(gòu)。先進導彈發(fā)射系統(tǒng)的儲運發(fā)射箱兼有儲運箱和發(fā)射箱雙重作用，發(fā)射箱有前后密封端蓋，要求前端蓋在導彈發(fā)射時極容易被導彈穿過，而此類易碎端蓋是輕質(zhì)易碎材料如樹脂發(fā)泡材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種泡沫本體光滑、內(nèi)部泡孔致密均勻的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料及其制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，該發(fā)泡材料包括以下組分及含量(重量)環(huán)氧樹脂50%90%;固化劑5%40%;發(fā)泡劑0.1%15%;增韌劑2%20%;表面活性劑0.1%5%;填料0%30%。所述的各組分的優(yōu)選范圍(重量％)分別為環(huán)氧樹脂60%80%，固化劑10%30%，發(fā)泡劑0.15%10%，增韌劑3%15%，表面活性劑0.15%3%，填料010%。所述的環(huán)氧樹脂選自雙酚A環(huán)氧樹脂、聚醚環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。所述的固化劑為胺類固化劑。所述的胺類固化劑選自脂肪族胺類、芳香族胺類、硼胺、低分子量聚酰胺、叔胺類中的一種或幾種。所述的發(fā)泡劑包括偶氮化合物發(fā)泡劑和/或肼類發(fā)泡劑。所述的偶氮化合物發(fā)泡劑、肼類發(fā)泡劑的分解溫度低于15(TC。所述的增韌劑選自丁腈橡膠、聚醚化合物中的一種或幾種。所述的表面活性劑選自陽離子表面活性劑、烷基酚聚乙二醇醚、有機硅油中的一種或幾種；所述的填料選自空心陶瓷微球、玻璃微球、塑料微球中的一種或幾種。一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)按以下組分及含量(重量)備料環(huán)氧樹脂50%90%固化劑5%40%發(fā)泡劑0.1%15%增韌劑2%20%表面活性劑0.1%5%填料0%30%;(2)進行預(yù)反應(yīng)將環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、表面活性劑、填料倒入反應(yīng)鍋中，預(yù)先加熱攪拌均勻，并控制物料的反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和粘度的增長速度；(3)當物料溫度達到3075'C時，加入發(fā)泡劑，繼續(xù)攪拌均勻，觀察物料粘度的增長情況；(4)當物料溫度達到358(TC時或物料粘度達到糊狀物時，將物料注入到預(yù)熱的模具中，轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)發(fā)泡，發(fā)泡完成后分階段升溫至100~150°C，完成后固化和定型，再分階段逐步冷卻，脫模，即可得到輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用"預(yù)反應(yīng)"的制備工藝，使環(huán)氧發(fā)泡固化體系的發(fā)泡速度和固化速度相協(xié)調(diào)，然后再進一步"后固化"和定型，獲得的泡沫本體表面光滑，內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)致密、均勻，符合多種型號導彈易碎蓋的強度要求和相關(guān)的技術(shù)條件，目前己在某些型號導彈易碎蓋上應(yīng)用并投入批量生產(chǎn)，并且可以推廣應(yīng)用于要求制造輕質(zhì)、高強度制品或部件的有關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
。具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將雙酚A環(huán)氧樹脂188克、芳香族胺DDM35克、低分子量聚酰胺(650型)12克、丁腈橡膠9.7克、表面活性劑垸基酚聚乙二醇醚OP0.4克、國產(chǎn)陶瓷粉16克加入反應(yīng)器并置于50°C水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，40分鐘后料溫約達到49°C，此時加入預(yù)先稱量好的發(fā)泡劑重氮胺基苯1克，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，將物料注入預(yù)熱至5PC的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，保持烘箱溫度6(TC，經(jīng)過3小時后，提升烘箱溫度至120'C，保溫6小時后隨爐冷卻至室溫脫模。實施例2一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將聚醚環(huán)氧樹脂150克、芳香族胺DDM29.4克、低分子量聚酰胺(650型)9.5克、丁腈橡膠8.3克、表面活性劑OP0.4克、空心陶瓷微球12.3克加入反應(yīng)器并置于5(TC水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，40分鐘后料溫達到48°C，此時加入預(yù)先稱量好的發(fā)泡劑對甲苯磺酰肼6克，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，料溫升至5(TC，將物料注入預(yù)熱至5(TC的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，用"PID"控制分段升溫，保溫(130°C)后隨爐冷卻至室溫脫模。實施例3一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將雙酚A環(huán)氧樹脂60克、酚醛環(huán)氧樹脂60克、芳香族胺DDM33克、乙二胺2.4克、二氧化雙環(huán)氧戊基醚18克、表面活性劑OP3.6克加入反應(yīng)器并置于5(TC水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，20分鐘后料溫達到45°C，此時加入預(yù)先稱量好的發(fā)泡劑對-對磺酰肼二苯醚6克，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，料溫約升至47X:，將物料注入預(yù)熱至56。C的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，用"PID"控制分段升溫，保溫(140°C)后隨爐冷卻至室溫脫模。實施例4一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將環(huán)氧樹脂120克、芳香族胺DDM22.5克、低分子量聚酰胺(650型)5.6克、丁腈橡膠4.6克、表面活性劑OP0.4克加入反應(yīng)器并置于55'C水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，30分鐘后料溫達到48'C，此時加入發(fā)泡劑偶氮二甲酸二異丙酯3.5克，繼續(xù)攪拌反應(yīng)30分鐘，料溫升至5(TC，將物料注入預(yù)熱至7(TC的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，用"PID"控制分段升溫，保溫(130°C)后隨爐冷卻至室溫脫模。實施例5一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將環(huán)氧樹脂120克、芳香族胺DDM20克、低分子量聚酰胺(650型)6.0克、丁腈橡膠6.0克、季胺堿鹽陽離子表面活性劑0.4克、玻璃微球5克加入反應(yīng)器并置于6(TC水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，40分鐘后料溫達到56°C，此時加入發(fā)泡劑對-對磺酰肼二苯醚5.0克，繼續(xù)攪拌反應(yīng)30分鐘，料溫升至63'C，將物料注入預(yù)熱至65t:的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，用"PID"控制分段升溫，保溫(140°C)后隨爐冷卻至室溫脫模。實施例6一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將環(huán)氧樹脂200克、硼胺(594)18克、叔胺(K-54)2克、三乙烯四胺2克、丁腈橡膠9.7克、表面活性劑有機硅油4克、加入反應(yīng)器并置于33。C水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，15分鐘后料溫達到3(TC，此時加入發(fā)泡劑對甲苯磺酰肼24克，加入反應(yīng)器并攪拌均勻，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，物料溫度為35r，將物料注入預(yù)熱至4(TC的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，經(jīng)過3小時后，烘箱溫度升至12(TC，保溫3小時后隨爐冷卻至室溫脫模。實施例7一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法將酚醛環(huán)氧樹脂200克、芳香族胺DDM110克、丁腈橡膠9.7克、二氧化雙環(huán)氧戊基醚18克、表面活性劑OP1.5克、有機硅油1.5克、塑料微球4.8克，加入反應(yīng)器并置于75'C水浴中預(yù)先加熱攪拌均勻，60分鐘后物料溫度達到70°C，加入偶氮二甲酸二異丙酯4.5克、對甲苯磺酰肼3.5克，繼續(xù)攪拌反應(yīng)20分鐘，物料溫度為80。C，物料為糊狀物，將物料注入預(yù)熱至8(TC的模具中，并轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)，經(jīng)過2小時后，烘箱溫度升至15(TC，保溫3小時后隨爐冷卻至室溫脫模。環(huán)氧發(fā)泡材料樣品的密度及強度見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權(quán)利要求1.一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，該發(fā)泡材料包括以下組分及含量(重量)環(huán)氧樹脂50％～90％；固化劑5％～40％；發(fā)泡劑0.1％～15％；增韌劑2％～20％；表面活性劑0.1％～5％；填料0％～30％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的各組分的優(yōu)選范圍(重量％)分別為環(huán)氧樹脂60%80%，固化劑10%30%，發(fā)泡劑0.15%10%，增韌劑3%15%，表面活性劑0.15%3%，填料0腦。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的環(huán)氧樹脂選自雙酚A環(huán)氧樹脂、聚醚環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的固化劑為胺類固化劑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的胺類固化劑選自脂肪族胺類、芳香族胺類、硼胺、低分子量聚酰胺、叔胺類中的一種或幾種。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的發(fā)泡劑包括偶氮化合物發(fā)泡劑和/或肼類發(fā)泡劑。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的偶氮化合物發(fā)泡劑、肼類發(fā)泡劑的分解溫度低于150°C。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的增韌劑選自丁腈橡膠、聚醚化合物中的一種或幾種。9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料，其特征在于，所述的表面活性劑選自陽離子表面活性劑、烷基酚聚乙二醇醚、有機硅油中的一種或幾種；所述的填料選自空心陶瓷微球、玻璃微球、塑料微球中的一種或幾種。10.—種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)按以下組分及含量(重量)備料環(huán)氧樹脂50%90%固化劑5%40%發(fā)泡劑0.1%15%增韌劑2%20%表面活性劑0.1%5%填料0%30%;(2)進行預(yù)反應(yīng)將環(huán)氧樹脂、固化劑、增韌劑、表面活性劑、填料倒入反應(yīng)鍋中，預(yù)先加熱攪拌均勻，并控制物料的反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度和粘度的增長速度；(3)當物料溫度達到3075'C時，加入發(fā)泡劑，繼續(xù)攪拌均勻，觀察物料粘度的增長情況；(4)當物料溫度達到358(TC時或物料粘度達到糊狀物時，將物料注入到預(yù)熱的模具中，轉(zhuǎn)移至烘箱內(nèi)發(fā)泡，發(fā)泡完成后分階段升溫至100~150°C，完成后固化和定型，再分階段逐步冷卻，脫模，即可得到輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材全文摘要本發(fā)明涉及一種輕質(zhì)高強度環(huán)氧發(fā)泡材料及其制備方法，該材料包括以下組分和含量(重量)環(huán)氧樹脂50％～90％，胺類固化劑5％～40％，偶氮化合物和肼類發(fā)泡劑0.1％～15％，增韌劑2％～20％，表面活性劑0.1％～5％，填料0％～30％，本發(fā)明以“預(yù)反應(yīng)”的制備工藝，使環(huán)氧發(fā)泡固化體系的發(fā)泡速度和固化速度相協(xié)調(diào)，然后再進一步“后固化”和定型。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明獲得的泡沫本體表面光滑，內(nèi)部泡孔結(jié)構(gòu)致密、均勻，符合多種型號導彈易碎蓋的強度要求和相關(guān)的技術(shù)條件，目前已在某些型號導彈易碎蓋上應(yīng)用并投入批量生產(chǎn)，并且可以推廣應(yīng)用于要求制造輕質(zhì)、高強度制品或部件的有關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
。文檔編號B29C44/00GK101319085SQ20081004084公開日2008年12月10日申請日期2008年7月22日優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日發(fā)明者壽子琪,潘鋼樑,蔡安定,邱春海,郝珊英申請人:上海材料研究所