CN112251188B - 一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜及其制备方法 - Google Patents

一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜及其制备方法；属于航天材料领域。本发明要解决现有改性环氧胶膜存在真空可凝挥发物较高且到导热性差，不能满足高精度、高分辨率卫星光学载荷结构粘接需求的问题。本发明方法：用十二烷胺改性氧化石墨烯，加入到环氧树脂的丙酮溶液中，加热搅拌反应，反应完毕后用过量的二氯甲烷冲洗过滤，得到环氧树脂均匀包覆的DA‑GO；将氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺混匀后加热熔融，机械搅拌至均匀状，降温至110～130℃，随后分别加入环氧树脂包覆的DA‑GO和过渡金属盐促进剂，用炼胶机进行机械混炼至均匀相；再压制成膜。本发明胶膜导热性增强，并且具有低可凝挥发特性和良好的粘接性能。

Description

一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜及其制备方法
技术领域
本发明属于航天材料领域；具体涉及一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜及其制备方法。
背景技术
随着航天器功能性和集成度不断提高，对航天器结构尤其是光学载荷结构的真空析气特性和导热性提出了更高的要求。蜂窝夹层结构是一种特殊的结构用复合材料，因其具有比强度和比刚度高等特点，被广泛地应用于对重量和性能有特殊要求的航天器结构中。蜂窝夹层结构是将蜂窝形状的夹芯材料夹在两块面板之间，并把它们用胶膜互相粘接而成，胶膜性能的高低直接影响粘接结构性能的好坏。然而，现有的改性环氧结构胶膜存在真空可凝挥发物较高且不具有导热功能，不能满足高精度、高分辨率航天器光学载荷结构蜂窝夹层结构的粘接需求。因此，亟需开发一种具有低挥发特性的导热胶膜。
发明内容
本发明针对现有改性环氧胶膜存在真空可凝挥发物较高且到导热性差，不能满足高精度、高分辨率卫星光学载荷结构粘接需求的问题，提供一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜及其制备方法，通过在主体树脂中引入氧化石墨烯，形成三维的导热通路，实现胶膜的导热功能；同时采用具有低挥发特性的聚醚酰亚胺对主体树脂改性，能够有效提高胶膜的韧性和剪切强度，使得胶膜具有低可凝挥发特性和良好的粘接性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜主要是由氧化石墨烯粉末、十二烷胺、环氧树脂、氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺制成的；所述制备方法步骤如下：
步骤一、将氧化石墨烯粉末超声分散在蒸馏水中，加入十二烷胺乙醇溶液，得到混合溶液A，在室温下搅拌24h，然后加入一水合肼，回流加热，再用去离子水和无水乙醇混合液反复洗涤至少3次，真空干燥，得到十二烷胺改性石墨烯粉末；
步骤二、将少量环氧树脂溶于一定体积丙酮中，然后加入一定质量的十二烷胺改性石墨烯粉末，加热搅拌反应一定时间，反应完毕后用过量的二氯甲烷冲洗过滤，得到环氧树脂均匀包覆的DA-GO；
步骤三、将氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺混匀后加热熔融，机械搅拌至均匀状，得到主体树脂，降温至110～130℃，随后分别加入环氧树脂包覆的DA-GO和过渡金属盐促进剂，用炼胶机进行机械混炼至均匀相，得到胶料；
步骤四、将步骤三得到的胶料在加热条件下通过压膜机压制成膜，得到导热胶膜。
进一步地限定，步骤一中氧化石墨烯和蒸馏水的投料比为1g:100mL。
进一步地限定，步骤一中十二烷胺乙醇溶液是按十二烷胺和无水乙醇的投料比为3g:100mL将十二烷胺溶解在无水乙醇中得到的。
进一步地限定，步骤一中一水合肼的用量占混合溶液A体积的5％～10％。
进一步地限定，步骤一中在70℃条件下回流加热18h～24h。
进一步地限定，步骤一中在80℃条件下真空干燥24小时。
进一步地限定，步骤二中的环氧树脂、丙酮和十二胺改性石墨烯粉末的投料比为1g:50mL:3g。
进一步地限定，步骤二中的加热反应条件为在60℃条件下搅拌反应1h～3h。
进一步地限定，步骤三中氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺树脂的质量比为100：(5～20)。
进一步地限定，步骤三中加热熔融温度为150～170℃，机械搅拌时间为60～90min。
进一步地限定，步骤三中所述促进剂为乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍过渡金属盐中的一种或者其中几种按任意比的混合，添加量占主体树脂总质量的0.5％～1.0％。
进一步地限定，步骤三中降温至110～130℃，环氧树脂包覆的DA-GO添加质量占主体树脂总质量的10％～15％。
进一步地限定，步骤四中在60℃～100℃下压制成膜，得到胶膜的厚度为0.1mm～0.5mm。
本发明对氧化石墨烯进行表面化学改性后再与环氧树脂的环氧基团发生化学键合反应，使得环氧树脂均匀的包裹在氧化石墨烯表面，然后利用环氧树脂与氰酸酯发生预反应，与氰酸酯树脂主体进行有效键合，进而使得氧化石墨烯均匀的分散在氰酸酯树脂基体中，形成三维导热网络通路，提高胶膜的导热性能；此外，采用热塑性聚醚酰亚胺对氰酸酯进行增韧改性，形成半互穿网络结构，可有效提高胶膜的韧性和剪切强度，提升胶层的剪切应变，增加铝蜂窝夹芯材料与复合材料结构的剥离强度。
本发明采用了热塑性聚醚酰亚胺树脂，由于其本身的可凝挥发物少，并且胶膜固化后形成的交联网络中氧化石墨烯片层结构能够阻挡小分子的逸出，从而使得获得的导热胶膜具有低可凝挥发特性。
具体实施方式
实施例1、本实施例适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜是通过下述步骤实现的：
一、将0.5g的氧化石墨烯超声分散在50mL的蒸馏水中，加入十二烷胺(DA)的乙醇溶液，在室温下搅拌24h，然后加入5mL的一水合肼，再在70℃下回流加热20h，得到的产物用去离子水和无水乙醇混合液反复洗涤3次，在80℃下真空干燥24小时，得到十二烷胺改性石墨烯粉末(DA-GO)；
其中十二烷胺(DA)的乙醇溶液是将1.5g的十二烷胺(DA)溶解在50mL的无水乙醇中，混匀。
二、将1g的环氧树脂溶于50mL的丙酮中，然后加入3g DA-GO，在60℃下搅拌反应2h，用过量的二氯甲烷冲洗过滤，得到环氧树脂均匀包覆的DA-GO。
三、将100g氰酸酯树脂和20g聚醚酰亚胺混合后在160℃下加热熔融，机械搅拌90min，得到主体树脂，降温至120℃，随后分别加入15g环氧树脂包裹的DA-GO和0.5g乙酰丙酮锌过渡金属盐促进剂，在炼胶机上进行机械混炼至均匀相，得到胶料。
四、将步骤三得到的胶料在80℃下预热30min，通过压膜机压制成0.3mm胶膜，即得到导热胶膜。
将本实施例获得的导热胶膜进行导热性测试，其纵向导热系数为1.05W/m·K，导热胶膜固化后在真空环境下测得的可凝挥发份为0.008％，质量损失率为0.20wt％，室温剪切强度大于20MPa，室温90°板-板剥离强度大于20N/cm。由此可知，该导热胶膜完全满足卫星光学载荷结构的粘接要求。

Claims (10)

1.一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜，其特征在于所述导热胶膜主要是由氧化石墨烯、十二烷胺、环氧树脂、氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺制成的；
其中，所述制备方法步骤如下：步骤一、将氧化石墨烯超声分散在蒸馏水中，加入十二烷胺乙醇溶液，得到混合溶液A，在室温下搅拌24h，然后加入一水合肼，回流加热，再用去离子水和无水乙醇混合液反复洗涤至少3次，真空干燥，得到十二烷胺改性石墨烯粉末；
步骤二、将环氧树脂溶于一定体积丙酮中，随后加入一定质量的十二烷胺改性石墨烯粉末，加热搅拌反应，反应完毕后用过量的二氯甲烷冲洗过滤，得到环氧树脂均匀包覆的DA-GO；
步骤三、将氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺混匀后加热熔融，机械搅拌至均匀状，得到主体树脂，降温至110~130℃，分别加入环氧树脂包覆的DA-GO和过渡金属盐促进剂，然后用炼胶机进行机械混炼至均匀相，得到胶料；
步骤四、将步骤三得到的胶料在加热条件下通过压膜机压制成膜，得到导热胶膜。
2.如权利要求1所述一种适用于光学载荷结构粘接的导热胶膜的制备方法，其特征在于所述制备方法步骤如下：
步骤一、将氧化石墨烯超声分散在蒸馏水中，加入十二烷胺乙醇溶液，得到混合溶液A，在室温下搅拌24h，然后加入一水合肼，回流加热，再用去离子水和无水乙醇混合液反复洗涤至少3次，真空干燥，得到十二烷胺改性石墨烯粉末；
步骤二、将环氧树脂溶于一定体积丙酮中，随后加入一定质量的十二烷胺改性石墨烯粉末，加热搅拌反应，反应完毕后用过量的二氯甲烷冲洗过滤，得到环氧树脂均匀包覆的DA-GO；
步骤三、将氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺混匀后加热熔融，机械搅拌至均匀状，得到主体树脂，降温至110~130℃，分别加入环氧树脂包覆的DA-GO和过渡金属盐促进剂，然后用炼胶机进行机械混炼至均匀相，得到胶料；
步骤四、将步骤三得到的胶料在加热条件下通过压膜机压制成膜，得到导热胶膜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一中氧化石墨烯和蒸馏水的投料比为1 g : 100 mL，十二烷胺乙醇溶液是按十二烷胺和无水乙醇的投料比为3 g : 100 mL将十二烷胺溶解在无水乙醇中得到的。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一中一水合肼的用量占混合溶液A体积的5%~10%。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一中在70℃条件下回流加热18h~24 h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤一中在80℃条件下真空干燥24小时。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤二中的环氧树脂、十二胺改性石墨烯和丙酮的投料比为1 g : 3 g: 50 mL，在60℃条件下加热搅拌反应1h~3 h。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤三中氰酸酯树脂和聚醚酰亚胺树脂的质量比为100：（5~20），加热熔融温度为150~170℃，机械搅拌时间为60~90 min，所述促进剂为乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钴和乙酰丙酮镍过渡金属盐中的一种或其中几种的混合。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤三中降温至110~130℃，环氧树脂包覆的DA-GO添加质量占主体树脂总质量的10%~15%，促进剂的添加量占主体树脂总质量的0.5%~1.0 %。
10.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤四中在60℃~100℃下压制成膜，得到胶膜的厚度为0.1mm~0.5 mm。
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