[发明专利]结构粘着剂及其粘合应用

说明书

背景技术

在制造诸如汽车和飞机主体零件之类的需要严格的机械要求的结构零件中己经常规地使用结构粘着剂进行结构粘合。一般来说，使用热固性环氧树脂粘着剂作为结构粘着剂。这些热固性环氧树脂粘着剂经常需要相对高的固化温度，例如120℃-180℃(248℉-356℉)。高温固化经常需要大型的热压罐，更长的生产运行时间并且可能引起放热方面的顾虑。另一方面，存在可在较低温度(例如环境温度)下固化的常规粘着剂；然而，它们缺乏在制造航空航天结构零件中进行结构粘合所需的韧性和粘合强度特性。用于航空航天应用的结构粘着剂必须具有耐久性以承受恶劣的环境条件。

对于结构粘合操作，例如快速地装配飞机零件，希望具有一种如下的粘着剂，所述粘着剂使得低温或室温固化灵活性、热压罐外(out-of-autoclave，OOA)加工成为可能，并且能够与复合材料表面和金属表面两者形成强烈的粘合而在航空航天环境条件下具有优良的长期耐久性。

发明内容

本公开提供了一种适用于高强度粘合金属和航空航天结构材料的结构粘着剂组合物。在一个实施例中，所述结构粘着剂组合物是基于两部分体系，所述两部分体系可在200℉(93℃)下或低于200℉(93℃)(包括室温(20℃-25℃或68℉-77℉)在内)下固化。所述两部分体系由树脂部分(A)和催化剂部分(B)构成，这两个部分可以在室温下分开贮存直到准备使用它们为止。在应用之前需要将部分(A)与部分(B)进行混合。树脂部分(A)包括至少两种不同的选自双官能、三官能以及四官能环氧树脂的具有不同官能度的多官能环氧树脂、某些增韧组分，以及作为流变/触变改性组分的无机填料粒子。增韧组分包括具有不同粒度的核壳型橡胶粒子以及弹性体聚合物和聚醚砜聚合物中的至少一种。催化剂部分(B)包括作为固化剂的一种或一种以上脂肪族胺或环胺化合物和作为流变/触变改性组分的无机填料粒子。部分(A)对部分(B)的重量比在3∶2到10∶2的范围内。

在另一个实施例中，所述结构粘着剂组合物是基于单部分体系，所述单部分体系包括所述两部分体系中的树脂部分(A)的组分和潜伏胺固化剂。所述单部分体系可以进一步包括咪唑和/或脂肪族胺以控制固化动力学，从而使得有可能进一步降低固化温度。所述单部分体系可在140℉-300℉(60℃-150℃)的温度范围内固化。

具体实施方式

对于两部分体系，在将粘着剂涂覆到表面之前，通过将树脂部分(A)与催化剂部分(B)混合来形成固化性膏状粘着剂。混合的膏状粘着剂可以在低于或等于93℃(200℉)的低温(包括环境温度(20℃-25℃或68℉-77℉)在内)下固化。低温固化使得在不使用热压罐的情况下，即在热压罐外(OOA)使衬底进行粘着剂粘合成为可能。因而，可以通过在施加或不施加外部加热的情况下在所粘合的衬底上施加约1-3psi(磅/平方英寸)的低接触压力来进行粘着剂粘合和固化。在65℃-93℃(150℉-200℉)的范围内进行固化后，膏状粘着剂会产生玻璃化转变温度(T_g)高于95℃(203℉)的结构粘着剂。在某些实施例中，在93℃(200℉)下固化后，固化的粘着剂具有高于120℃(248℉)，例如120℃-130℃(248℉-266℉)的T_g。

树脂部分(A)包括至少两种不同的具有不同官能度并且选自双官能、三官能以及四官能环氧树脂的多官能环氧树脂、某些增韧组分，以及作为流变/触变改性组分的无机填料粒子。增韧组分包括具有小于100nm的较小粒度的第一类型核壳型橡胶(CSR)粒子，以及具有大于100nm的较大粒度的第二类型核壳型橡胶粒子。增韧组分进一步包括具有能够在固化期间与多官能环氧树脂反应的官能团的弹性体聚合物和聚醚砜(PES)聚合物中的至少一种。在一个实施例中，弹性体聚合物和聚醚砜两者均存在于树脂部分(A)中。催化剂部分(B)包括一种或一种以上与环氧树脂反应的胺固化剂以及作为流变/触变改性组分的无机填料粒子。胺固化剂是脂肪族胺或环胺化合物。树脂部分(A)对催化剂部分(B)的重量比在3∶2到10∶2的范围内。在一个优选实施例中，树脂部分(A)对催化剂部分(B)的重量比是2∶1。