一种环氧树脂复合材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.环氧树脂具有较高的强度、化学稳定性好、易加工成型和成本低廉等特点，应用广泛，但固化后的环氧制品在高温状态下，会存在机械强度下降，耐热性、耐温性差的问题，并且在高温下电气强度大幅度下降，无法满足电器元件材料对耐高温、机械强度和高绝缘性能的需求。
3.cn101565535公开了一种耐热环氧树脂及其制备方法，所述耐热环氧树脂由硅藻土、环氧树脂和固化剂制成，其中环氧树脂与固化剂的质量比为15-35:8，硅藻土占耐热环氧树脂总质量1％-10％，硅藻土的粒径为2-2.5μm。该技术方案提供的耐热环氧树脂的耐热性和界面粘结性能增强，热分解温度提高60℃以上，界面力学强度增加17％以上。
4.cn102643621a公开了一种具有高耐热性的浸渍用环氧树脂胶及制备方法，所述环氧树脂胶由改性环氧树脂和改性混合顺酐为固化剂按质量比1:0.5-1:1.2组成；所述改性环氧树脂，按重量份，包括如下的组分：耐热环氧树脂、改性剂、助溶剂；所述固化剂，按重量份，包括如下的组分：液体酸酐、固体酸酐、多元醇、促进剂和溶剂。该技术方案通过采用改性环氧树脂，增强了环氧树脂胶力学强度和电气性能，耐热性好，玻璃化温度为160℃-200℃。
5.cn103694636a公开了一种电气绝缘环氧树脂组合物、制备方法及其用途，所述电气绝缘环氧树脂组合物，其包括如下组分：(a)至少两种环氧树脂的混合物；(b)至少两种酸酐固化剂的混合物；(c)微纳米无机颗粒组合物；所述组份(c)微纳米无机颗粒组合物占电气绝缘环氧树脂组合物的重量百分比为63-73％。该技术方案提供的电气绝缘环氧树脂组合物具有优良的击穿强度等电气性能及耐热性能、机械性能和可加工性能。
6.上述方案虽然都获得了性能优良的环氧树脂复合材料，但随着电器元件的发展，对材料的耐高温、机械强度和高绝缘性能要求不断提高，环氧树脂复合材料的耐高温性能、高温下的电气强度和机械强度仍有待于进一步提高。
7.因此，需要制备一种耐高温、高温下具有优异的电气强度和机械强度的环氧树脂复合材料。


技术实现要素：

8.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。所述环氧树脂复合材料的耐高温性能好，高温下的电气强度和机械强度高，耐磨性和隔热性好。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
10.第一方面，本发明提供一种环氧树脂复合材料，所述环氧树脂复合材料的制备原
料包括环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子、短玻纤、固化剂和促进剂。
11.本发明通过添加云母粉尘粒子提高了环氧树脂复合材料的耐高温性能，添加短玻纤提高了环氧树脂复合材料的机械强度，通过云母粉尘粒子和短玻纤的搭配制得的环氧树脂复合材料在高温下能保持优异的电气强度和机械强度，同时提高了耐磨性和隔热性。
12.本发明中，“高温”意指180℃-220℃，下述如有涉及相同表述，均有相同含义。
13.优选地，所述环氧树脂复合材料包括按重量份数计的如下组分：
[0014][0015]
所述环氧树脂可以为65份、67份、69份、72份、74份、75份、78份、80份、83份或85份等。
[0016]
所述环氧稀释剂可以为5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份或10份等。
[0017]
所述云母粉尘粒子可以为10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
[0018]
所述短玻纤可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份或8份等。
[0019]
所述固化剂可以为45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份或55份等。
[0020]
所述促进剂可以为0.02份、0.03份、0.04份、0.05份、0.06份、0.07份、0.08份、0.09份或0.1份等。
[0021]
优选地，所述环氧树脂包括常温下呈液态的双酚a环氧树脂。
[0022]
优选地，所述双酚a环氧树脂的数均分子量为300-500，例如300、320、340、360、380、400、420、450、480或500等。
[0023]
优选地，所述环氧稀释剂包括芳香族环氧稀释剂和/或脂肪族环氧稀释剂。
[0024]
优选地，所述环氧稀释剂包括环氧稀释剂501、环氧稀释剂yhy-692或环氧稀释剂h62中的任意一种或至少两种的组合。
[0025]
优选地，所述云母粉尘粒子包括金云母和白云母。
[0026]
优选地，所述金云母和白云母的粒径各自独立地为0.1-0.5mm，例如0.1mm、0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm或0.5mm等。
[0027]
优选地，所述金云母和白云母的质量比为1.5-2.5:1，例如1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2.0:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1或2.5:1等。
[0028]
优选地，所述短玻纤的长度为0.2-0.6mm，例如0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm或0.6mm等。
[0029]
优选地，所述固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或六氢苯酐中的任意一种或至少两种的组合。
[0030]
优选地，所述的促进剂包括苄基二甲胺和/或2-乙基-4-甲基咪唑。
[0031]
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的环氧树脂复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0032]
将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子、短玻纤、固化剂和促进剂混合，热压，得到所述环氧树脂复合材料。
[0033]
优选地，所述混合包括以下步骤：
[0034]
(1)将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子和短玻纤搅拌混合，得到环氧树脂混合料。
[0035]
(2)将固化剂和促进剂搅拌混合，得到固化剂混合料。
[0036]
(3)将环氧树脂混合料和固化剂混合料搅拌混合。
[0037]
优选地，步骤(1)所述搅拌的转速为750-900rpm/min，例如750rpm/min、770rpm/min、790rpm/min、800rpm/min、820rpm/min、840rpm/min、860rpm/min、880rpm/min或900rpm/min等，搅拌的时间为0.5-1h，例如0.5h、0.55h、0.6h、0.65h、0.7h、0.75h、0.8h、0.85h、0.9h、0.95h或1h等。
[0038]
优选地，步骤(2)所述搅拌的转速为200-300rpm/min，例如200rpm/min、220rpm/min、240rpm/min、250rpm/min、260rpm/min、270rpm/min、280rpm/min、290rpm/min或300rpm/min等，搅拌的时间为10-20min，例如10min、11min、12min、14min、15min、16min、18min或20min等。
[0039]
优选地，步骤(3)所述搅拌的转速为450-550rpm/min，例如450rpm/min、460rpm/min、470rpm/min、480rpm/min、490rpm/min、500rpm/min、510rpm/min、520rpm/min或550rpm/min等，搅拌的时间为0.5-1h，例如0.5h、0.55h、0.6h、0.65h、0.7h、0.75h、0.8h、0.85h、0.9h、0.95h或1h等。
[0040]
优选地，所述热压的温度为160-180℃，例如160℃、162℃、164℃、166℃、168℃、170℃、172℃、175℃、178℃或180℃等，热压的压力为0.2-0.5mpa，例如0.2mpa、0.25mpa、0.3mpa、0.35mpa、0.4mpa、0.45mpa或0.5mpa等，热压的时间为0.5-2h，例如0.5h、0.6h、0.8h、1h、1.2h、1.5h、1.7h、1.8h、1.9h或2h等。
[0041]
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的环氧树脂复合材料在电池防护材料或高温防护材料的应用。
[0042]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0043]
本发明通过环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子、短玻纤、固化剂和促进剂的复配，制得的环氧树脂复合材料的耐高温性能好、机械强度高，在高温下仍具有良好的绝缘性，在180℃时，拉伸强度≥120mpa，电气强度≥11.2kv/mm，冲击强度≥6.9kj/m2；优选情况下，在220℃时，电气强度≥10kv/mm。同时，通过添加云母粉尘粒子和短玻纤，使环氧树脂复合材料的耐磨性和隔热性提高。
具体实施方式
[0044]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0045]
实施例1
[0046]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，所述环氧树脂复合材料包括按重量份数计的如下组分：70份环氧树脂(双酚a环氧树脂，数均分子量为380)、7份环氧稀释剂(环氧稀释剂501)、15份云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为2:1)、5份短玻纤(长度为0.4mm)、50份固化剂(甲基四氢苯酐)和0.5份促进剂(苄基二甲胺)。
[0047]
所述制备方法包括以下步骤：
[0048]
(1)将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子和短玻纤搅拌混合，搅拌的转速为850rpm/min，搅拌的时间为0.8h，得到环氧树脂混合料。
[0049]
(2)将固化剂和促进剂搅拌混合，搅拌的转速为250rpm/min，搅拌的时间为15min，得到固化剂混合料。
[0050]
(3)将环氧树脂混合料和固化剂混合料搅拌混合，搅拌的转速为500rpm/min，搅拌的时间为0.5h，在170℃经压机热压，压力为0.3mpa，热压时间为1.5h,得到所述环氧树脂复合材料。
[0051]
实施例2
[0052]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，所述环氧树脂复合材料包括按重量份数计的如下组分：85份环氧树脂(双酚a环氧树脂，数均分子量为500)、10份环氧稀释剂(环氧稀释剂yhy-692)、20份云母粉尘粒子(粒径为0.5mm金云母和粒径为0.5mm的白云母，质量比为2.5:1)、8份短玻纤(长度为0.6mm)、55份固化剂(甲基六氢苯酐)和0.1份促进剂(2-乙基-4-甲基咪唑)。
[0053]
所述制备方法包括以下步骤：
[0054]
(1)将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子和短玻纤搅拌混合，搅拌的转速为900rpm/min，搅拌的时间为0.5h，得到环氧树脂混合料。
[0055]
(2)将固化剂和促进剂搅拌混合，搅拌的转速为300rpm/min，搅拌的时间为20min，得到固化剂混合料。
[0056]
(3)将环氧树脂混合料和固化剂混合料搅拌混合，搅拌的转速为550rpm/min，搅拌的时间为0.5h，在180℃经压机热压，压力为0.5mpa，压制时间为2h,得到所述环氧树脂复合材料。
[0057]
实施例3
[0058]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，所述环氧树脂复合材料包括按重量份数计的如下组分：65份环氧树脂(双酚a环氧树脂，数均分子量为300)、5份环氧稀释剂(环氧稀释剂h62)、10份云母粉尘粒子(粒径为0.1mm金云母和粒径为0.1mm的白云母，质量比为1.5:1)、3份短玻纤(长度为0.2mm)、45份固化剂(六氢苯酐)和0.02份促进剂(苄基二甲胺)。
[0059]
所述制备方法包括以下步骤：
[0060]
(1)将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子和短玻纤搅拌混合，搅拌的转速为
750rpm/min，搅拌的时间为1h，得到环氧树脂混合料。
[0061]
(2)将固化剂和促进剂搅拌混合，搅拌的转速为200rpm/min，搅拌的时间为10min，得到固化剂混合料；
[0062]
(3)将环氧树脂混合料和固化剂混合料搅拌混合，搅拌的转速为450rpm/min，搅拌的时间为0.5h，在160℃经压机热压，压力为0.5mpa，压制时间为0.5h，得到所述环氧树脂复合材料。
[0063]
实施例4
[0064]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为2:1)替换成同质量的粒径为0.2mm金云母，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0065]
实施例5
[0066]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为2:1)替换成同质量的粒径为0.2mm白云母，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0067]
实施例6
[0068]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为2:1)替换成同质量的云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为0.5:1)，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0069]
实施例7
[0070]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为2:1)的重量份数调整为30份，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0071]
实施例8
[0072]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将云母粉尘粒子(粒径为0.2mm金云母和粒径为0.2mm的白云母，质量比为2:1)的重量份数调整为5份，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0073]
实施例9
[0074]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将短玻纤(长度为0.4mm)替换为同质量的短玻纤(长度为0.18mm)，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0075]
实施例10
[0076]
本实施例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，将短玻纤(长度为0.4mm)的重量份数调整为1份，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0077]
对比例1
[0078]
本对比例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，所述环氧树脂复合材料的制备原料不包括云母粉尘粒子，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0079]
对比例2
[0080]
本对比例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，所述环氧树脂复合材料的制备原料不包括短玻纤，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0081]
对比例3
[0082]
本对比例提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法，其与实施例1的区别仅在于，所述环氧树脂复合材料的制备原料不包括短玻纤和云母粉尘粒子，其他原料、用量和制备方法与实施例1相同。
[0083]
对实施例和对比例提供的环氧树脂复合材料进行如下性能测试：
[0084]
(1)电气强度：参照gb/t1408.1-2016绝缘材料电气强度试验方法测试在25℃、180℃和220℃下的电气强度。
[0085]
(2)冲击强度：参照gb/t1043.1-2008简支梁冲击性能的测定测试在25℃和180℃下的冲击强度。
[0086]
(3)拉伸强度：参照gb/t 1040.4-2006塑料拉伸性能的测定测试在25℃和180℃下的拉伸强度。
[0087]
测试结果如表1所示。
[0088]
表1
[0089]
[0090][0091]
根据表1测试结果可知，本发明提供的环氧树脂复合材料具有良好的耐高温性能，实施例1-10，随温度升高，制得的环氧树脂复合材料的电气强度下降，在180℃时电气强度≥11.2kv/mm，在高温下仍具有良好的绝缘性；在180℃时，冲击强度≥6.9kj/m2，与25℃相比下降不超过50％，拉伸强度≥120mpa，与25℃相比下降不超过50％。在220℃时，实施例1-3和实施例7-10制得的环氧树脂复合材料电气强度10.4-11.5kv/mm；实施例5和6，制得的环氧树脂复合材料电气强度为6.2-7.8kv/mm。
[0092]
与实施例1对比可知，若将金云母和白云母的组合替换成同质量的金云母(实施例4)，则制得的环氧树脂复合材料的拉伸强度和冲击强度下降；若将金云母和白云母的组合替换成同质量的白云母(实施例5)，则制得的环氧树脂复合材料的冲击强度下降，在高温下电气强度大幅度下降，证明云母粉尘粒子采用金云母和白云母的组合的性能更佳。
[0093]
将实施例6与实施例1对比可知，若调整金云母和白云母的质量比，降低金云母的质量占比，则制得的环氧树脂复合材料的拉伸强度和冲击强度下降，在高温下电气强度大幅度下降，证明云母粉尘粒子为特定比例的金云母和白云母的组合时，性能更佳。
[0094]
与实施例1对比可知，若增大云母粉尘粒子的重量份数(实施例7)，则制得的环氧树脂复合材料的电气强度降低；若减少云母粉尘粒子的重量份数(实施例8)，则制得的环氧树脂复合材料的拉伸强度、冲击强度和电气强度均降低，证明环氧树脂复合材料中添加特定重量份数的云母粉尘粒子时，性能更佳。
[0095]
与实施例1对比可知，若采用长度更短的短玻纤(实施例9)，则制得的环氧树脂复合材料的拉伸强度降低，电气强度略有降低；若减少短玻纤的重量份数(实施例10)，则制得的环氧树脂复合材料的拉伸强度、冲击强度和电气强度均降低，证明环氧树脂复合材料中添加特定长度和特定重量份数的短玻纤时，性能更佳。
[0096]
与实施例1相比，若不添加云母粉尘粒子(对比例1)，则高温时拉伸强度、冲击强度和电气强度均下降。
[0097]
与实施例1相比，若不添加短玻纤(对比例2)，则25℃时拉伸强度和冲击强度大幅度下降，25℃时电气强度相差不大，但高温时电气强度大幅度下降。
[0098]
与实施例1相比，若不添加短玻纤和云母粉尘粒子(对比例3)，则25℃和高温时拉伸强度、冲击强度和电气强度均较低；随温度升高，拉伸强度和电气强度均大幅度降低。
[0099]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的一种环氧树脂复合材料及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂复合材料的制备原料包括环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子、短玻纤、固化剂和促进剂。2.根据权利要求1所述的环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂复合材料包括按重量份数计的如下组分：3.根据权利要求1或2所述的环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧树脂包括常温下呈液态的双酚a环氧树脂。4.根据权利要求1-3中任一项所述的环氧树脂复合材料，其特征在于，所述环氧稀释剂包括芳香族环氧稀释剂和/或脂肪族环氧稀释剂；优选地，所述环氧稀释剂包括环氧稀释剂501、环氧稀释剂yhy-692或环氧稀释剂h62中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1-4中任一项所述的环氧树脂复合材料，其特征在于，所述云母粉尘粒子包括金云母和白云母；优选地，所述金云母和白云母的粒径各自独立地为0.1-0.5mm；优选地，所述金云母和白云母的质量比为1.5-2.5:1。6.根据权利要求1-5中任一项所述的环氧树脂复合材料，其特征在于，所述短玻纤的长度为0.2-0.6mm。7.根据权利要求1-6中任一项所述的环氧树脂复合材料，其特征在于，所述固化剂包括甲基四氢苯酐、甲基六氢苯酐或六氢苯酐中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述的促进剂包括苄基二甲胺和/或2-乙基-4-甲基咪唑。8.根据权利要求1-7中任一项所述的环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子、短玻纤、固化剂和促进剂混合，热压，得到所述环氧树脂复合材料。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述混合包括以下步骤：(1)将环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子和短玻纤搅拌混合，得到环氧树脂混合料；(2)将固化剂和促进剂搅拌混合，得到固化剂混合料；(3)将环氧树脂混合料和固化剂混合料搅拌混合；优选地，步骤(1)所述搅拌的转速为750-900rpm/min，搅拌的时间为0.5-1h；优选地，步骤(2)所述搅拌的转速为200-300rpm/min，搅拌的时间为10-20min；
优选地，步骤(3)所述搅拌的转速为450-550rpm/min，搅拌的时间为0.5-1h；优选地，所述热压的温度为160-180℃，热压的压力为0.2-0.5mpa，热压的时间为0.5-2h。10.根据权利要求1-7中任一项所述的环氧树脂复合材料在电池防护材料或高温防护材料中的应用。

技术总结
本发明提供一种环氧树脂复合材料及其制备方法和应用，所述环氧树脂复合材料的制备原料包括环氧树脂、环氧稀释剂、云母粉尘粒子、短玻纤、固化剂和促进剂，通过添加云母粉尘粒子和短玻纤提高了环氧树脂复合材料的耐高温性能，高温下的电气强度和机械强度，以及耐磨性和隔热性。和隔热性。


技术研发人员：张小宾 朱国来 金峥浩
受保护的技术使用者：固德电材系统（苏州）股份有限公司
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/26