CN102993634B - 一种换向器用酚醛注塑料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换向器用酚醛注塑料，酚醛注塑料的重量份组成为：酚醛树脂100；DOPO改性环氧树脂10～20；固化剂10～20；耐电弧改性剂5～10；潜伏性固化剂5～10；玻璃纤维140～180；脱模剂3～8。本发明一种换向器用酚醛注塑料，该酚醛注塑料与换向器的铜排之间具有良好的粘结性，同时具备良好的机械强度，耐电弧性能以及阻燃性，并且适用于快速注塑成型工艺。
Description
技术领域
本发明涉及塑料生产领域，具体涉及一种换向器用酚醛注塑料。
背景技术
酚醛塑料具有良好的耐热性、电绝缘性、耐腐蚀性以及尺寸稳定性，因而在电机的换向器封装成型过程中得到广泛应用。
近年来，电机的换向器朝着结构微型化、成型工艺快速化、工作转速高速化的方向迅速发展，因此，对电机换向器所用的酚醛塑料的要求也越来越高。
目前，酚醛塑料的缺点在于：(1)加工成型周期长；(2)与换向器铜排的粘结强度差，在换向器高速旋转时容易造成铜排浮起缺陷；(3)耐电弧性能差，即抗电火花能力差，不能完全满足换向器的要求；(4)微型化的换向器壁厚更薄，阻燃效果差。
随着环保理念的提升，原有的溴-锑阻燃剂体系也逐渐被限制使用，需要开发出新的环保阻燃剂。
申请号为201010506460.3的中国发明公开了一种耐高温酚醛模塑料，所述的酚醛模塑料通过采用热固性树脂增强树脂基体与纤维的界面结合，同时增加体系的交联密度，从而提高酚醛模塑料的耐高温性能。
但是，这种酚醛模塑料无法同时具备在较低温度下具有良好的热安定性，在较高温度下快速成型的双重优点，因此，不适合于快速的注塑成型加工方式。
同时，当所述的热固性树脂为环氧树脂时，由于环氧树脂的极限氧指数(LOI)只有19.8，它具有易燃性，在不添加任何阻燃剂，无法使酚醛材料在厚度极薄的情况下依然具有良好的阻燃效果，即“材料厚度0.3mm，阻燃等级V-0级”因此，无法应用于薄壁型的换向器。
申请号为200410053353.4的中国发明公开了一种复合酚醛模塑料及其制备方法，所述的酚醛模塑料通过添加纳米级丁氰橡胶对模塑料进行增韧改性，并加入镁盐晶须使材料强度、耐热、阻燃性能提高。
但是，这种酚醛模塑料不具备良好的耐电弧性能，长期在有电火花环境下工作，容易烧灼，而换向器在高速旋转过程中，碳刷与铜排摩擦时极易产生电火花。
申请号为200910196294.9的中国发明公开了一种特种酚醛模塑料及其制备方法，所述的酚醛模塑料通过添加无机纤维、防膨胀剂、防软化剂使酚醛材料在高温/油情况下，具有良好的强度、尺寸稳定性、表面硬度。
但是，这种酚醛模塑料无法提供良好的粘结性能，与换向器上铜排的粘结效果差，易于出现换向器行业内俗称的“飞排”现象。
发明内容
本发明提供了一种换向器用酚醛注塑料，该酚醛注塑料与换向器的铜排之间具有良好的粘结性，同时具备良好的机械强度，耐电弧性能以及阻燃性，并且适用于快速注塑成型工艺。
一种换向器用酚醛注塑料，酚醛注塑料的重量份组成为：
酚醛树脂100；
DOPO改性环氧树脂10～20；
固化剂10～20；
耐电弧改性剂5～10；
潜伏性固化剂5～10；
玻璃纤维140～180；
脱模剂3～8。
其中，DOPO改性环氧树脂可以提高酚醛注塑料与换向器中的铜排的粘结性能；固化剂用于预固化，适当提高酚醛注塑料的粘度；潜伏性固化剂在常温时不发生反应；玻璃纤维用于增强。
作为优选，酚醛注塑料的重量份组成为：
酚醛树脂100；
DOPO改性环氧树脂13～20；
固化剂10～20；
耐电弧改性剂7～10；
潜伏性固化剂5～10；
玻璃纤维150～180；
脱模剂3～8。
DOPO改性环氧树脂和耐电弧改性剂相互配合，显著提高酚醛的阻燃性。
进一步优选，酚醛注塑料的重量份组成为：
酚醛树脂100；
DOPO改性环氧树脂15～20；
固化剂10～20；
耐电弧改性剂8～10；
潜伏性固化剂5～10；
玻璃纤维160～180；
脱模剂3～8。
玻璃纤维的用量增加，可以增加酚醛的耐热性。
作为优选，所述酚醛树脂为线性酚醛树脂。线性酚醛树脂的数均分子量通常为1000～2000，分子量分布没有特殊限制。线性酚醛树脂性质比较稳定，通常情况下，常温可存储一年，成型性能好。
作为优选，所述DOPO改性环氧树脂的重量份组成为：
环氧树脂80～92；
DOPO 8～20。
所述DOPO改性环氧树脂为DOPO与环氧树脂混合得到，DOPO的结构式如(I)所示，DOPO中含磷，是一种含磷阻燃剂。
作为优选，所述DOPO改性环氧树脂的重量份组成为：
环氧树脂85～92；
DOPO 10～20。
DOPO用于改善阻燃性能，环氧树脂可以提高酚醛注塑料与铜的粘结能力。
进一步优选，所述DOPO改性环氧树脂的重量份组成为：
环氧树脂88～92；
DOPO 15～20。
作为优选，所述环氧树脂为邻甲酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种。
环氧树脂中的环氧基团容易开环，反应活性较高，与DOPO共混改性后，主要用于提高酚醛注塑料与换向器中的铜排的粘结力。
作为优选，所述固化剂为六亚甲基四胺。
六亚甲基四胺即乌洛托品，是酚醛注塑料中常用的固化剂，可以促进酚醛树脂间的交联反应，提高粘度，用量不易过多。
作为优选，所述耐电弧改性剂为三聚氰胺。
三聚氰胺可以大大改善酚醛材料的耐电弧性能，提高换向器使用时的安全性，同时，三聚氰胺中含有氮原子，DOPO中含有磷原子，氮原子和磷原子之间具有协同作用，可以大大提高酚醛注塑料的阻燃性能，避免使用了传统的溴-锑阻燃剂，有利于环保。
作为优选，所述潜伏性固化剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化四丁基秋兰姆、二乙基硫代氨基甲酸碲、二乙基硫脲、N，N′-二正丁基硫脲中的至少一种。
所述潜伏性固化剂使酚醛材料在较低的温度下具有良好的热安定性，而在温度高于150℃的模具中，可以快速成型，大大缩短了酚醛料的成型加工时间。
作为优选，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维和中碱玻璃纤维中的至少一种，所述玻璃纤维的长度为0.5～6mm。
所述玻璃纤维起到增强作用，保证酚醛材料的高机械强度，满足用于换向器的需要。
无碱玻璃纤维中碱金属氧化物的含量小于0.8％，中碱玻璃纤维中碱金属氧化物的含量为11.9～16.4％。
作为优选，所述脱模剂为硬脂酸、硬脂酸皂化物、褐煤酸蜡、褐煤酸蜡皂化物、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。
硬脂酸皂化物为硬脂酸与氢氧化钠或氢氧化钾反应后得到的产物，同理，褐煤酸蜡皂化物为褐煤酸蜡与氢氧化钠或氢氧化钾反应后得到的产物，脱模剂便于酚醛注塑料固化成型后的脱模。
作为优选，所述DOPO改性环氧树脂经如下方法制备：将环氧树脂和DOPO在120～160℃下混合4～6h，冷却粉碎得到。
在120～160℃下混合4～6h，DOPO已与环氧树脂中的部分环氧基团反应，冷却粉碎至60目以下加入酚醛注塑料中，相对于以共混方式加入阻燃剂具备更好的阻燃性能，且不容易析出。
通过环氧基团含量的改变可以初步确定DOPO与环氧树脂的反应程度，一般控制DOPO改性环氧树脂的环氧值在0.2～0.25mol/100g，环氧值超过0.2～0.25mol/100g，会引起阻燃等级的下降，环氧值低于0.2～0.25mol/100g，会降低与铜材的粘结性能。
本发明一种换向器用酚醛注塑料，该酚醛注塑料与换向器的铜排之间具有良好的粘结性，同时具备良好的机械强度，耐电弧性能以及阻燃性，并且适用于快速注塑成型工艺。
附图说明
图1为本发明中测试酚醛材料与铜的粘结力的示意图。
具体实施方式
实施例1～7
以下各实施例和对比例中用到的DOPO改性环氧树脂的制备方法：
将邻甲酚醛环氧树脂(湖南岳化CYD-200，环氧值0.48mol/100g)和DOPO在120～160℃下混合4～6h，冷却粉碎得到。
DOPO与邻甲酚醛环氧树脂的反应方程式如下：
通过环氧基团含量的改变确定DOPO与环氧树脂的反应程度，一般控制DOPO改性环氧树脂的环氧值在0.2～0.25mol/100g。
将各原料按表1所示的重量比混合均匀后，置于温度为90～100℃的双辊开炼机中混炼15min，冷却后，粉碎成颗粒。
表1
对比例1～6
将各原料按表2所示的重量比混合均匀后，置于温度为90～100℃的双辊开炼机中混炼15min，冷却后，粉碎成颗粒。
表2
性能测试
(1)弯曲强度
测试标准按GB/T 9341-2000执行，样条成型温度160℃，保压3min。
(2)酚醛注塑料与铜的粘结力
与铜的粘结力按照如图1的测试方法检测，图中1为两块铜板，2为成型后的酚醛材料，箭头为拉伸方向。
用30号金相砂纸均匀摩擦两铜板间用于夹持酚醛材料的部分，采用以下工艺条件成型酚醛材料，并通过比对剥离强度确定其与铜材的粘结力。
铜板尺寸：长10cm×宽4cm×厚3cm；
酚醛注塑料使用量：5g；
成型条件：模具温度：150℃；模压：15MPa；固化时间：60s；
测试条件：试样面积：32cm2(4cm×8cm)；水平剥离速度：5mm/min。
(3)耐电弧性能
测试标准按GB/T1411-2002执行，试验圆片成型温度160℃，保压3min。
(4)热安定性
将20g粉末状酚醛注塑料投入brabender转矩流变仪中，混炼头处温度为110℃，通过混炼头旋转测量扭矩变化。
随着酚醛注塑料固化反应的进行，粘度开始增大，当材料没有流动性时，扭矩急剧增大。从开始测试到扭矩急剧变大的时间长短体现了材料的热安定性，时间越长，表明酚醛材料的热安定性越好。
(5)巴士硬度
在温度为160℃的模腔内成型为Φ50×3mm的圆片，固化时间50秒，脱模10秒后测试巴氏硬度。
硬度越高，固化速度越快。
实施例1～7的性能测试结果见表3，对比例1～6的性能测试结果见表4。
表3
表4
由表4中可以看出，对比例1未添加DOPO改性环氧树脂，材料的阻燃性以及与铜的粘结性能均较差；对比例2中未添加三聚氰胺，耐电弧性能差且阻燃等级下降；对比例3中未添加潜伏性固化剂，酚醛材料的热安定性不佳，且固化成型速度慢，不适合用于注塑成型加工工艺；对比例4中DOPO改性环氧树脂的环氧值过高，造成热安定性变差且阻燃等级下降。对比例5中增加三聚氰胺使用量，由于没有DOPO的协同，材料的阻燃性能仍然不佳；对比例6中DOPO改性环氧树脂的环氧值过低，造成材料与铜材的粘结力降低。
由表3可以看出，利用本发明方法得到的酚醛注塑料经测试，具有极好的耐电弧性，与铜材的粘结性能强、阻燃性好、成型快速，能够满足换向器对酚醛材料的要求。
Claims (9)
1.一种换向器用酚醛注塑料，其特征在于，酚醛注塑料的重量份组成为：
酚醛树脂 100；
DOPO改性环氧树脂 10～20；
固化剂 10～20；
三聚氰胺 5～10；
潜伏性固化剂 5～10；
玻璃纤维 140～180；
脱模剂 3～8。
2.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述酚醛树脂为线性酚醛树脂。
3.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述DOPO改性环氧树脂的重量份组成为：
环氧树脂 80～92；
DOPO 8～20。
4.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述环氧树脂为邻甲酚醛环氧树脂、双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种。
5.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述固化剂为六亚甲基四胺。
6.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述潜伏性固化剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化四丁基秋兰姆、二乙基硫代氨基甲酸碲、二乙基硫脲、N,N'-二正丁基硫脲中的至少一种。
7.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维和碱玻璃纤维中的至少一种，所述玻璃纤维的长度为0.5～6mm。
8.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述脱模剂为硬脂酸、硬脂酸皂化物、褐煤酸蜡、褐煤酸蜡皂化物、硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。
9.如权利要求1所述的换向器用酚醛注塑料，其特征在于，所述DOPO改性环氧树脂经如下方法制备：将环氧树脂和DOPO在120～160℃下混合4～6h，冷却粉碎得到。
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