[发明专利]低密度低发泡倍率的环氧树脂发泡材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种低密度低发泡倍率的环氧树脂发泡材料及其制备方法，采用包括以下质量份的原料制成：A组分：固态环氧树脂60～90份，水0.5～10份，硅烷系偶联剂0～3份，固化剂5～20份，促进剂0～5份；A组分的总份数为100份；B组分：液态环氧树脂0～20份，改性环氧树脂0～20份，低分子单官能团环氧基化合物5～20份，湿法空心玻璃微珠5～20份，热膨胀微球3～60份，填料0～3份；B组分的总份数是100份；所述A组分和B组分的质量比为1:（0.8～1.2）。本发明的环氧树脂发泡体由柔性的闭合气泡提供支撑；由其制成的撑体芯材具有良好的弹性、韧性和二次发泡的微膨胀支撑力。

技术领域

本发明属于环氧树脂发泡材料领域，具体涉及一种低密度低发泡倍率的环氧树脂发泡材料及其制备方法。

背景技术

发泡材料是通过物理或化学的方法引入惰性气体并均匀的分散在聚合物基体中，形成直径为5μm～200μm的泡孔。常见的发泡材料有聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乳酸、环氧树脂、聚氨酯等。其中环氧树脂发泡材料因在耐候性、强度、环保性上的优越性能，被大规模应用在浮体材料、保温隔热材料、电子封装、汽车零部件、军工、纤维增强复合材料内置支撑等领域。

环氧树脂发泡材料是指以环氧树脂为基体，加入固化剂、发泡剂、促进剂、稀释剂、填料等，再经过一定的发泡工艺制成的发泡材料。根据发泡剂发泡原理不同可分为化学发泡法、物理发泡法和物理化学结合发泡法；根据发泡材料的物理形态分为液体发泡材料和固体发泡材料；根据发泡过程控制又分为一步法和两步法发泡材料。

化学发泡法一般采用偶氮二甲酰胺(发泡剂AC)或4,4'-氧代双苯磺酰肼(发泡剂OBSH)进行一步法化学发泡，该技术从2010年开始在各个环氧发泡体中广泛应用。例如专利文献CN107400335A采用OBSH发泡剂，再添加石墨烯和氧化锌作为耐磨和耐高温性填料制成的密度低、高强度的发泡芯材。但是采用化学发泡法制备的环氧发泡材料，存在泡孔尺寸较大、泡孔分布也不均匀、容易爆聚、发泡剂残留量超标等问题。如果通过预反应增加体系的粘度可以使泡孔直径减小，但是材料的表观密度会增大，难以制备出泡孔均匀的微孔发泡材料；而过大的增加体系的粘度又会使得环氧树脂流动性差，成型时容易引入过多的空气泡，使得制品中存在较大空气孔，影响制品的质量。

物理发泡法一般采用水、酒精等低沸点溶剂或超临界CO₂等液体或气体发泡剂，结合发泡工艺形成物理发泡。但直接采用液体或气体物理发泡的话，不仅生产工艺复杂严苛，而且泡孔分布不可控，泡孔大小不均匀。所以一般是将液体或气体发泡剂包裹成热膨胀微球加入树脂浆料中，待树脂升温发泡时液体或气体发泡剂再膨胀发泡，在很多领域有所应用。例如：专利文献CN101985512A是采用发泡微球为主要发泡手段制备出了物理可膨胀环氧发泡体。其优点是不用担心泡孔均一问题、体系有较好的回弹性、发泡工艺宽松度大、没有化学发泡剂残留造成二次鼓包等问题。但是由于热膨胀微球和树脂体系的粘结性较差、产品强度不佳，发泡体密度低于0.5g/cc就会出现粉化现象，因此该文献的产品密度均大于0.8g/cc，大大的限制了其使用范围。

空心玻璃微球的制备方法有3种：固相粉末法、软化学法和液相雾化法，其中固相粉末法和软化学法均有高温烧结过程，制得的空心玻璃微球为刚性的玻璃体，强度高，碱性低，不吸水不水化，应用非常广泛，绝大部分的空心玻璃微球应用领域均使用这种刚性空心玻璃微球。例如专利文献CN111286159A专利采用热膨胀橡胶微球为发泡剂，在专利CN101985512A的基础上添加了中空玻璃微球作为减密度剂，降低初始的发泡材料密度，制备出0.2～0.3g/cc的轻质发泡发泡芯材，可有效解决 OBSH和AC化学发泡的缺陷，具有良好的产品得率。但其采用的是刚性的干法玻璃微球，发泡体刚性强且偏大偏脆，而橡胶微球又降低了制成品的强度，常出现刚性填料和弹性填料分布不均、局部强度过低等缺陷，制备碳纤维产品需要至少包括3～4层填充物或做A面硅胶支撑壳，否则产品表观纹路扭曲。