耐温高韧性机车电机环氧灌封胶母料的制备
2019-12-02蒋寅
蒋寅
摘要：以双酚A型环氧树脂、脂环族环氧树脂和增韧剂作为A主剂，以有机酸酐和促进剂作为固化剂制备一种耐温高韧性环氧胶。研究了各物料种类和添加量对胶体玻璃化温度和力学性能的影响。结果表明，当各物料为一定比例时，制备的环氧胶玻璃化温度为137°C，拉伸强度为76.1MPa，弯曲强度为130MPa。以此环氧胶作为母料制备的机车电机灌封胶可以满足机车电机的应用要求。
关键词：耐温;高韧性;机车电机;环氧灌封胶
中图文献号：TQ433.4 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）10-0001-04
随着社会的进步，环氧胶在航空航天、汽车、电子、军工和机械制造业等技术领域应用越来越广。关于灌封胶耐温性的定义、分类及评价标准国内外尚未统一，一般来说，耐温性能应按照在特定的温度、时间和介质中能保持設计所要求的粘接强度，或具有一定的强度保持率来评定。而灌封胶的韧性一般表现在各种力学性能上，测试数据主要为拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弹性模量等。环氧树脂以其优异的粘接性、物理机械性和良好的加工性能得到了广泛的应用，但是其固化后胶体中的C-C键、C-H键键能较小且带有羟基等结构，使得环氧固化物具有很脆，抗剥离、抗冲击等能力较差，易受水影响，耐温性能较差等缺点。因此，须对环氧树脂体系按照适用场合和客户需求进行一定的改性和研究。
目前市面上机车大型电机普遍采用的是环氧一改性胺体系的环氧灌封胶，其具有优异的拉伸强度，优良的伸长率。但由于其玻璃化温度较低，在电机运行中，胶体自身强度和绝缘性大大降低。文章探究一种环氧一有机酸酐体系的灌封胶的母料，着重提高灌封胶的耐温和韧性，使其应用于机车大型电机的灌封中。
1实验部分
1.1主要原料
双酚A型环氧树脂E-39D（环氧值0.39mol/100g），江苏三木集团股份有限公司;3，4-环氧环己基甲基-3，4—环氧环己基甲酸酯TIA21LP（环氧值0.77mol/100g），江苏泰特尔新材料科技有限公司;有机硅核壳环氧树脂EPX-152（环氧值0.42mol/100g）、核壳增韧环氧树脂EPX-153（环氧值0.40mol/100g），上海络合化学有限公司;超支化聚酯环氧多功能改性剂cYH-277，自逸超支化聚合物科技（武汉）有限公司;丁腈橡胶861340（环氧值0.30mol/100g），深圳佳迪达新材料科技有限公司;聚已内酯多元醇210，深圳光华伟业实业有限公司;BPA-PO柔性环氧树脂KDSF-180（环氧值0.30tool/100g），国都化工（昆山）有限公司;有机硅嵌段共聚物W35，瓦克国际集团有限公司;聚丁二烯橡胶核壳环氧树脂MXl50（环氧值0.32mol/100g）、MXl54（环氧值0.33mol/100g），大连连晟贸易有限公司;甲基四氢邻苯二甲酸酐（MeTHPA）、六氢邻苯二甲酸酐（HHPA），濮阳惠成电子材料股份有限公司;苄基二甲胺（BDMA），杭州施特安化工有限公司。
1.2仪器与设备
TY8000系列伺服控制材料试验机，上海天源试验设备有限公司;DSC示差扫描量热仪，日本日立公司;370型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），美国Nexus公司;TGA 4000型热重分析仪，美国PE公司;GWGS-1000L型高温高湿试验箱，上海凯测实验设备有限公司;GDJS-1000L型高低温交变湿热试验箱，厦门群隆仪器有限公司;3CJ-100S型高低温冲击试验箱，江苏艾默生试验仪器科技有限公司;ZC25-3型绝缘电阻表，500V，南京金川电表制造有限公司;YD981 1A型程控耐电压测试仪，常州扬子电子有限公司。
1.3胶样的制备
按一定的比例将E-39D、TFA21LP和增韧剂混合，搅拌均匀后，在-0.1MPa/50°C下保温2h，制得灌封胶的主剂A。
按一定的比例将有机酸酐与BDMA混合，搅拌均匀后，在0.1MPa/50°C下保温2h，制得灌封胶的固化剂B。
1.4性能测试
玻璃化温度（Tg）：采用DSC示差扫描量热仪，升温速率为30°C/min，温度区间为30-160°C。
拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量：使用模具将灌封胶浇注成200mmX 10mmX3mm的哑铃状试样，参考GB/T 1040.1《塑料拉伸性能的测定》在伺服控制材料试验机测试，试验速率20mm/rain，测试温度为25℃±2℃。
弯曲强度：使用模具将灌封胶浇注成200mmX10mmX3ram的长方形试样，参考GB/T 9341-2000《塑料弯曲性能试验方法》在伺服控制材料试验机测试，试验速率10mm/min，测试温度为25℃±2℃。
红外光谱：测试光谱范围为400-4000cm-1，扫描32次。
热重分析：样品于氮气氛围中，以10°C/min的升温速率从30℃扫描至850℃，并于850℃保持5min。
绝缘电阻：将绝缘电阻表的正负极分别接连电机的外壳和铜线，匀速摇动电阻表，绝缘电阻≥50Mn。
耐压：将程控耐电压测试仪的正负极分别接连电机的外壳和铜线，设定为1500V/60s，漏电流≤10mA。
2结果与讨论
2.1TFA21LP添加量对灌封胶性能的影响
将TFA21LP和E-39D按照不同的比例混合，固化剂选用MeTHPA，促进剂选用BDMA（用量为固化剂总质量的2%），搅拌混合均匀。固化条件为90℃/2h+110℃/2h。试样的要求和测试数据如表1所示。
实验结果表明：以E-39D和TYA21LP混合物作为主剂，MeTHPA作为固化剂。制备的环氧胶随着TFA21LP用量的增加，试样的玻璃化温度逐渐上升，力学性能逐渐下降。因为TIA21LP作为脂环族环氧树脂，其环氧基直接连接在脂环上，能形成紧密的刚性分子结构，固化后交联密度增大，因此玻璃化温度比较高。但由于其环氧当量小，交联密度高，固化物较脆，韧性较差。综上，当TrA21IJP为A组份用量的30%时，试样玻璃化温度为133℃，已能满足高温要求，将在其力学性能上做进一步调整。
2.2增韧剂种类对灌封胶性能的影响
将E-39D、TA21LP和增韧剂按照质量比50：30：20混合。固化剂选用MeTHPA，促进剂选用BDMA（用量为固化剂总质量的2%），搅拌混合均匀。固化条件为90℃/2h+1 10℃/2h。试样的要求和测试数据如表2所示。
实验结果表明：以E-39D、TrA21LP和增韧剂按照质量比50：30：20混合后作为主剂，MeTHPA作为固化剂。制备的环氧胶在玻璃化温度和力学性能上有较大的差异。其中核壳类增韧剂对玻璃化温度有较好的保持作用。在力学方面，聚丁二烯橡胶核壳环氧树脂MXl54表现出色，当添加量为20份时，拉伸强度提高88%，断裂伸长率提高120%，弯曲强度提高81%。
2.3 MXl54添加量对灌封胶性能的影响
将E-39D、TTA21LP和MXl54按照不同的比例混合，其中TYA21LP为30份。固化剂选用MeTH.PA，促进剂选用BDMA（用量为固化剂总质量的2%），搅拌混合均匀。固化条件为90℃/2h+110%/2h。试样的要求和测试数据如表3所示。
实验结果表明：以E-39D、TYA21LP和MXl54按照不同的比例混合后作为主剂，MeTHPA作为固化剂。制备的环氧胶由于MXl54添加量的改变，其玻璃化温度未有明显变化，可见该类橡胶核壳环氧树脂对玻璃化温度的保持效果明显。随着MXl54在体系中逐渐增加，力学性能有较大的改善，而随着用量的继续加大，会引起核壳粒子在物料内部出现团聚现象，产生缺陷，成为应力集中点，进而使物料应对外力破坏的能力下降，使物料力学性能有所下降。故E-39D、TFA21LP和MXl54的最佳质量比选择为50：30：20。
2.4HHPA添加量对灌封胶性能的影响
将E-39D、TFA21LP和MXl54的按照质量比50：30：20混合。固化剂选用MeTHPA和HHPA混合物，促进剂选用BDMA（用量为固化剂总质量的2%），搅拌混合均匀。按照质量比100：82搅拌混合。固化条件为90℃/2h+110%/2h。试样的要求和测试数据如表4所示。
实验结果表明：以E-39D、TrA21LP和MXl54按照质量比50：30：20混合后作为主剂，MeTHPA和HHPA混合物作为固化剂。制备的环氧胶由于MeTH.PA和HHPA添加比例的改变，其玻璃化温度未有明显变化，是因为TYA21LP等的加人，已使试样的交联密度达到极限。随着HHPA在固化剂中逐渐增加，力学性能逐渐下降，故选择MeTHPA作为固化剂。
2.5热重分析
由图1可知，耐温高韧性机车电机环氧灌封胶母料热失重5%和10%的温度分别为330%和350%左右，400℃时的残碳率为44.7%，表明物料具有较好的耐高温性能。
2.6耐温高韧性机车电机灌封胶的制备和测试
2.6.1耐温高韧性机车电机灌封胶的建议配方
将母料加人相应的填料和助剂，配置成耐温高韧性机车电机灌封胶，参考配方如表5所示。
2.6.2耐温高韧性机车電机灌封胶的测试数据
使用本文所述灌封胶浇筑大型机车电机后进行应用性能测试，数据如表6所示。
3结语
1）制备了一种耐温高韧性环氧胶，其玻璃化温度为137%，拉伸强度为76.1MPa，断裂伸长率为6.4%，弹性模量为1116MPa，弯曲强度为130MPa，可作为机车大型电机灌封胶的母料。
2）以双酚A型环氧树脂E-39D、3，4一环氧环己基甲基-3，4-环氧环己基甲酸酯TTA21LP和聚丁二烯橡胶核壳环氧树脂MXl54为主剂，其质量比为50：30：20。以甲基四氢邻苯二甲酸酐MeTHPA和苄基BD.MA二甲胺为固化剂，其质量比为98：2。主剂和固化剂的混合质量比为100：82。
3）以该种环氧胶作为母料制备的机车大型电机灌封胶可以满足电机的应用性能测试。
