一種熱固性樹脂的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種熱固性樹脂的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合物復(fù)合材料是一類重要的新材料，1978年美國賓州州立大學(xué)材料實驗室首次提出了壓電陶瓷/聚合物復(fù)合材料的概念。近年來，無論是在其理論研究，還是其性能研究、制備工藝以及應(yīng)用開發(fā)方面都取得了許多重大成果。如在介電材料、阻尼材料、傳感及控制、水聲材料、熱釋電材料等方面都有廣泛的研究和應(yīng)用。
[0003]文獻(xiàn)報道中的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，其基體主要采用液體的環(huán)氧樹脂，制備方法主要是聚合物的成型方法，如流延法、熱軋法等。使用液體環(huán)氧樹脂制備的復(fù)合材料，其制備工藝中存在幾點很難克服的不足:(I)壓電陶瓷加入環(huán)氧樹脂后體系的粘度迅速升高，壓電陶瓷粉、環(huán)氧樹脂和固化劑不易混合均勻，這就必然造成材料和性能的不穩(wěn)定；(2)混合過程中攪入的氣體不易逸出，在固化后形成大量氣孔，影響材料的性能；(3)通過加入溶劑稀釋壓電陶瓷/環(huán)氧樹脂體系，然后把溶劑蒸出，在溶劑蒸發(fā)過程中，由于壓電陶瓷和環(huán)氧樹脂的密度相差懸殊，在一定程度上必然引起壓電陶瓷顆粒在液體環(huán)氧樹脂中的沉降，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的不均勻；(4)環(huán)氧樹脂完全固化后形成致密的剛性三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，極化過程中偶極轉(zhuǎn)向極化困難，導(dǎo)致壓電陶瓷/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料較難以極化。
[0004]將粉末壓制成型后進(jìn)行燒結(jié)是無機(jī)非金屬材料制備的普遍方法。但將壓電陶瓷、固體環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂固體固化劑研磨成粉末后經(jīng)壓制成型，再進(jìn)行固化制備壓電陶瓷/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種性能穩(wěn)定、壓電常數(shù)高的天然熱固性樹脂復(fù)合材料的制備方法。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種天然熱固性樹脂復(fù)合材料的制備方法，其特征在于它包括如下步驟:
1).將環(huán)氧樹脂和固體的環(huán)氧樹脂固化劑分別粉碎、研磨至5?100μ m粒徑，然后按固體環(huán)氧樹脂:固體的環(huán)氧樹脂固化劑=1:0.08?0.4的質(zhì)量份數(shù)混合均勻，得環(huán)氧樹脂體系，備用；
2).將陶瓷片粉碎、球磨至5?10ym粒徑，得壓電陶瓷粉；按環(huán)氧樹脂體系與壓電陶瓷粉的質(zhì)量份數(shù)比為1:3?20選取環(huán)氧樹脂體系和壓電陶瓷粉，將壓電陶瓷粉加入到環(huán)氧樹脂體系中，并混合均勻，電陶瓷環(huán)氧樹脂粉末；
3).按環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.5?2選取陶瓷環(huán)氧樹脂粉末和粘接劑，將陶瓷環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑混合均勻，裝入模具中壓制成薄片，得陶瓷環(huán)氧樹脂薄片； 4).將環(huán)氧樹脂薄片在60?150°C預(yù)固化溫度下保溫I?2h后自然冷卻至室溫，得預(yù)固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；將預(yù)固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片打磨、拋光、涂敷電極、極化，得極化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；然后再將極化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片置于比預(yù)固化高溫度20?30°C后固化溫度下保溫I?1h使樹脂體系完全固化后，得后固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；將后固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片再進(jìn)行一次極化，得產(chǎn)品。
[0007]所述的固體環(huán)氧樹脂的環(huán)氧當(dāng)量為400?5000g/eq.，熔點范圍為60?150°C。
[0008]所述的環(huán)氧樹脂固化劑為為固體的胺類或固體的酸酐類環(huán)氧樹脂固化劑，其熔點范圍為固體環(huán)氧樹脂熔點±10°c。
[0009]所述的壓電陶瓷片為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷、鈦酸鉛壓電陶瓷或鈮酸鹽系壓電陶瓷。
[0010]所述的粘接劑為聚乙烯醇(PVA)溶液、聚乙二醇400 (PEG400)或聚乙二醇600 (PEG600)。
[0011]所述的固體環(huán)氧樹脂與固體的環(huán)氧樹脂固化劑的熔點相差值< 20°C。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
1、該方法中環(huán)氧樹脂體系采用固體環(huán)氧樹脂和固體的環(huán)氧樹脂固化劑，首先將合適配比的壓電陶瓷粉、固體環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂固體固化劑粉末混合均勻并壓制成型，然后經(jīng)預(yù)固化一極化一后固化一極化的工藝制備得到陶瓷環(huán)氧樹脂復(fù)合材料；所得到的陶瓷環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，避免了使用液體環(huán)氧樹脂制備壓電陶瓷復(fù)合材料時，因加入壓電陶瓷粉末后體系粘度過高引起的混合不均勻、不能逸出的氣體在固化中形成的氣孔、使用溶劑稀釋時導(dǎo)致的壓電陶瓷粒子的沉降、完全固化時因環(huán)氧樹脂的剛性鏈段而使復(fù)合材料較難極化等問題；本發(fā)明得到的壓電陶瓷/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有性能穩(wěn)定的特點。
[0013]2、按照本發(fā)明這種壓片成型一預(yù)固化一極化一后固化一極化的方法制得的陶瓷環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有較高的壓電常數(shù)。
[0014]3、環(huán)氧樹脂和其固化劑都是固體形態(tài)，并且環(huán)氧樹脂的軟化點溫度與固化劑的熔點相差不超過20°C，即固體環(huán)氧樹脂的軟化點與固化劑的熔點有良好的匹配性。
【具體實施方式】:
為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0015]實施例1:
將固體環(huán)氧樹脂CYD017、固體的環(huán)氧樹脂固化劑鄰苯二甲酸酐、壓電陶瓷PMN分別研磨至10?50μπι，按照CYD017:鄰苯二甲酸酐:ΡΜΝ的配比為1:0.15:5的質(zhì)量份數(shù)混合均勻，再加入占CYD017、鄰苯二甲酸酐和PMN總重量0.5%的聚乙烯醇粘接劑，30MPa壓力下壓制成薄片，置于130°C的電熱恒溫干燥箱中保溫Ih后冷卻至室溫。將薄片拋光、覆銀，在100°C、8KV下極化20min后再150°C保溫2h，然后進(jìn)行第二次極化，即制備出熱固性樹脂復(fù)合材料。該復(fù)合材料的壓電電壓常數(shù)為16pC/N。
[0016]實施例2:
將固體環(huán)氧樹脂、固體的環(huán)氧樹脂固化劑二氨基二苯基甲烷、壓電陶瓷PZT分別研磨至60?80 μ m，按照固體環(huán)氧樹脂D.E.R.692:二氨基二苯基甲烷:壓電陶瓷PZT的質(zhì)量份數(shù)比為1:0.30:10混合均勻，再加入占固體環(huán)氧樹脂D.E.R.692、二氨基二苯基甲烷和陶瓷PZT總重量1.5%的PVA粘接劑，50MPa壓力下壓制成薄片，置于90°C的電熱恒溫干燥箱中保溫Ih后冷卻至室溫。將薄片拋光、覆銀，在80 C、6KV下極化15min后再120 C保溫3h，然后進(jìn)行第二次極化，即制備出熱固性樹脂復(fù)合材料。該復(fù)合材料的壓電電壓常數(shù)為23pC/N。
[0017]實施例3:
它包括如下步驟:
I).將固體環(huán)氧樹脂和固體的環(huán)氧樹脂固化劑分別粉碎、研磨至5μπι粒徑，然后按固體環(huán)氧樹脂:固體的環(huán)氧樹脂固化劑=1:0.08的質(zhì)量份數(shù)混合均勻，得環(huán)氧樹脂體系，備用；所述的固體環(huán)氧樹脂為CYD019，所述的環(huán)氧樹脂固化劑為鄰苯二甲酸酐。
[0018]2).將陶瓷片粉碎、球磨至5μπι粒徑，得壓電陶瓷粉；按環(huán)氧樹脂體系與陶瓷粉的質(zhì)量份數(shù)比為1:3選取環(huán)氧樹脂體系和壓電陶瓷粉，將陶瓷粉加入到環(huán)氧樹脂體系中，并混合均勻，得陶瓷環(huán)氧樹脂粉末；所述的陶瓷片為ΡΜΝ。
[0019]3).按壓電陶瓷/環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.5選取陶瓷環(huán)氧樹脂粉末和粘接劑，將陶瓷環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑混合均勻，裝入模具中壓制成薄片，得陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；所述的粘接劑為PEG400。
[0020]4).將環(huán)氧樹脂薄片在135°C預(yù)固化溫度下保溫Ih后自然冷卻至室溫，得預(yù)固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；將預(yù)固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片打磨、拋光、涂敷電極、極化，得極化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；然后再將極化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片置于160°C后固化溫度下保溫4h使樹脂體系完全固化后，得后固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；將后固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片再進(jìn)行一次極化，得本發(fā)明產(chǎn)品。
[0021]實施例4:
它包括如下步驟:
I).將天然樹脂和固體的環(huán)氧樹脂固化劑分別粉碎、研磨至100 μ m粒徑，然后按固體環(huán)氧樹脂:固體的環(huán)氧樹脂固化劑=1:0.4的質(zhì)量份數(shù)混合均勻，得環(huán)氧樹脂體系，備用；所述的固體環(huán)氧樹脂為CYD011，所述的環(huán)氧樹脂固化劑為4-氯鄰苯二胺。
[0022]2).將陶瓷片粉碎、球磨至100 μ m粒徑，得陶瓷粉；按環(huán)氧樹脂體系與壓電陶瓷粉的質(zhì)量份數(shù)比為1:20選取環(huán)氧樹脂體系和壓電陶瓷粉，將陶瓷粉加入到環(huán)氧樹脂體系中，并混合均勻，得陶瓷環(huán)氧樹脂粉末；所述的陶瓷片為PZT。
[0023]3).按陶瓷環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑的質(zhì)量份數(shù)比為100:2選取陶瓷環(huán)氧樹脂粉末和粘接劑，將陶瓷環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑混合均勻，裝入模具中壓制成薄片，得陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；所述的粘接劑為PEG600。
[0024]4).將陶瓷環(huán)氧樹脂薄片在75°C預(yù)固化溫度下保溫2h后自然冷卻至室溫，得預(yù)固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；將預(yù)固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片打磨、拋光、涂敷電極、極化，得極化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；然后再將極化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片置于100 1:后固化溫度下保溫3h使樹脂體系完全固化后，得后固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片；將后固化的陶瓷環(huán)氧樹脂薄片再進(jìn)行一次極化，得本發(fā)明產(chǎn)品。
【主權(quán)項】
1.一種熱固性樹脂的制備方法，其特征要求要求將環(huán)氧樹脂和固體的環(huán)氧樹脂固化劑分別粉碎、研磨至5?100 μ m粒徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱固性樹脂的制備方法，其特征要求將陶瓷片粉碎、球磨至5?100 μ m粒徑，得壓電陶瓷粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種熱固性樹脂的制備方法，其特征要求按環(huán)氧樹脂粉末與粘接劑的質(zhì)量份數(shù)比為100:0.5?2選取陶瓷環(huán)氧樹脂粉末和粘接劑。
【專利摘要】本發(fā)明公布一種熱固性樹脂的制備方法，該方法中環(huán)氧樹脂體系采用固體環(huán)氧樹脂和固體的環(huán)氧樹脂固化劑，首先將合適配比的壓電陶瓷粉、固體環(huán)氧樹脂及環(huán)氧樹脂固體固化劑粉末混合均勻并壓制成型，然后經(jīng)預(yù)固化—極化—后固化—極化的工藝制備得到陶瓷環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
【IPC分類】C08K3-24, C08L63-00
【公開號】CN104559052
【申請?zhí)枴緾N201310486064
【發(fā)明人】謝其文
【申請人】謝其文
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月17日