專利名稱：結(jié)構(gòu)粘合劑的改進(jìn)或涉及它的改進(jìn)的制作方法
結(jié)構(gòu)粘合劑的改進(jìn)或涉及它的改進(jìn)
本發(fā)明涉及可活化的結(jié)構(gòu)粘合劑的改進(jìn)或涉及它的改進(jìn)，和特別地涉及用于粘結(jié)機(jī)動(dòng)車和航天工業(yè)中組件的結(jié)構(gòu)粘合劑，盡管該粘合劑在其他工業(yè)中具有用途。根據(jù)例如 WO 2009/124709，可活化的結(jié)構(gòu)粘合劑是已知的。粘合劑典型地為糊劑或液體，使得它們能在待粘結(jié)的兩個(gè)物品，例如將要焊接在一起的金屬板之間分配。
然而，存在一些應(yīng)用，其中將受益于干燥且可在低于它固化時(shí)的溫度下模塑的結(jié)構(gòu)粘合劑，以便在固化之前，它具有可確定的形狀。
另外，有用的是具有可替代焊接且尤其可用于將不相類似的材料粘結(jié)在一起并具有充足的粘結(jié)強(qiáng)度的粘合劑。本發(fā)明涉及提供改進(jìn)的結(jié)構(gòu)粘合劑，和摻入它的制品。該結(jié)構(gòu)粘合劑在結(jié)構(gòu)表面的空腔內(nèi)部或者其上，或者制造制品(例如機(jī)動(dòng)車車輛或飛機(jī))的一個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)元件(例如，車身面板或結(jié)構(gòu)元件)，例如在焊接凸緣內(nèi)(所打算的應(yīng)用不必然在焊接凸緣內(nèi))輔助提供各種性能，其中包括結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，粘合，密封，聲音阻尼性能，絕熱或其結(jié)合。此處所使用的措辭結(jié)構(gòu)粘合劑包括可被活化，以固化并逐步顯示粘合劑性能 (例如熱固性材料)，和任選地熔融，流動(dòng)，膨脹，發(fā)泡或其結(jié)合的任何材料。一旦暴露于諸如熱，壓力，化學(xué)暴露，大氣濕氣及其結(jié)合之類的條件下，該材料將固化，和另外，可膨脹，發(fā)泡，流動(dòng)，熔融，其結(jié)合或者類似情況。
可在機(jī)動(dòng)車的車輛中，在焊縫和焊接凸緣內(nèi)使用可活化的結(jié)構(gòu)粘合劑，且還在翻邊法蘭(hem flange)中使用。在一些情況下，提供結(jié)構(gòu)粘合劑的連續(xù)帶，增補(bǔ)已經(jīng)點(diǎn)焊的部分的強(qiáng)度。焊接是耗時(shí)且昂貴的工藝，和在典型的機(jī)動(dòng)車組裝生產(chǎn)線中，可要求數(shù)百個(gè)焊點(diǎn)。此外，有時(shí)不可能焊接不相類似的材料，例如鋼和鋁，且也不可能焊接一些聚合物和聚合物復(fù)合材料。因此，存在不僅增加焊接部分的強(qiáng)度，而且降低在任何特定位置內(nèi)所要求的焊接數(shù)量的動(dòng)機(jī)。特別地，需要在充足的粘結(jié)強(qiáng)度下，將不相類似的材料粘結(jié)在一起。
還使用結(jié)構(gòu)粘合劑改進(jìn)機(jī)動(dòng)車的剛硬度，從而降低車輛翻車的可能性，改進(jìn)車輛的行駛特征和增加車輛的耐久性與疲勞壽命。
可將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)粘合劑施加到各種制造制品上用以增加制品的一些部分或元件的結(jié)構(gòu)完整性或者用以密封制品。這種制造制品的實(shí)例沒有限制地包括家庭或工業(yè)用具，家具，儲(chǔ)存容器，建筑物，結(jié)構(gòu)體或類似物。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，使用結(jié)構(gòu)粘合劑用以粘結(jié)機(jī)動(dòng)車車輛或飛機(jī)的一些部分，例如機(jī)動(dòng)車車輛的車身或框架元件(例如車輛的車架縱梁)。
本發(fā)明因此提供在環(huán)境溫度下為固體且觸摸起來干燥的結(jié)構(gòu)粘合劑，在升高的溫度下，它可被活化，以顯現(xiàn)粘合劑性能，且可在介于環(huán)境溫度和升高的溫度之間的溫度下， 在沒有固化的情況下，被模塑(以產(chǎn)生或者平片(flat piece)或者三維復(fù)雜形狀)。
該結(jié)構(gòu)粘合劑優(yōu)選包括高分子量樹脂，沖擊改性劑和用于樹脂的固化劑。優(yōu)選的樹脂是高分子量的環(huán)氧樹脂，例如雙酚A基固體環(huán)氧樹脂，EPN或ECN環(huán)氧樹脂，或者環(huán)氧樹脂與固體羧基封端的橡膠，例如固體羧基封端的腈橡膠的加合物。沖擊改性劑可以是核殼聚合物或改性的橡膠，例如橡膠改性的環(huán)氧樹脂。
該結(jié)構(gòu)粘合劑可含有其他組分且被配制為生產(chǎn)在環(huán)境溫度下為固體且觸摸起來干燥的本發(fā)明材料。例如，可通過使用填料，尤其高表面積填料，產(chǎn)生干燥材料，減少或消除液體成分并包括彈性和/或熱塑性材料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的材料可以是可發(fā)泡的材料，盡管可以是不可發(fā)泡的材料。在該材料可發(fā)泡的情況下，可使該材料發(fā)泡(例如發(fā)泡到比其在未發(fā)泡狀態(tài)下的體積大的體積(例如，大至少5%，大至少50%，大至少200%))。對(duì)于增強(qiáng)應(yīng)用來說,還典型地至少優(yōu)選體積膨脹使得相對(duì)于起始的未發(fā)泡體積，小于400%，更典型地小于300%，甚至更典型地小于200%和可能地小于100%的發(fā)泡體積。還認(rèn)為，對(duì)于可活化材料的發(fā)泡或未發(fā)泡的變體來說，材料的體積可以小于因固化(例如交聯(lián))導(dǎo)致的活化之后的體積。
結(jié)構(gòu)粘合劑所要求的性能是良好的搭接剪切，高的T剝離，以及在模楔沖擊試驗(yàn) (Wedge Impact Test)中，在粘合劑置于其下的溫度和環(huán)境條件下的范圍內(nèi)具有良好的性能。其他所需的性能包括在各類暴露條件，例如高濕度，鹽水和高與低的溫度下，良好的粘合耐久性，以及隨著時(shí)間流逝物理性能的保持。在一些應(yīng)用中，可期望高彈性模量，高Tg，高應(yīng)變故障，和其他物理性能。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)粘合劑可具有典型地大于IGPa的彈性模量，和典型地大于IOMPa的搭接剪切強(qiáng)度，當(dāng)使用例如厚度為O. 3mm的粘合層測(cè)試時(shí)。
以下討論了可在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)粘合劑中使用的材料。
可使用環(huán)氧彈性體加合物，以賦予結(jié)構(gòu)粘合劑撓性和能引發(fā)塑性形變?？稍诒景l(fā)明中使用各種環(huán)氧/彈性體加合物?？砂ㄓ昧空冀Y(jié)構(gòu)粘合劑的最多約50重量％的環(huán)氧/ 彈性體混雜物或加合物。環(huán)氧彈性體加合物為可活化材料重量的約至少5%，更典型地至少 7%和甚至更典型地至少10重量％，和更優(yōu)選基于結(jié)構(gòu)粘合劑，約5%-20%重量的加合物。含有彈性體的加合物可以是兩種或更多種特定加合物的結(jié)合物，和在23°C的溫度下，加合物可以是固體加合物，半固體，或者也可以是其結(jié)合物。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，優(yōu)選固體加合物。該加合物由基本上全部(即，至少70%，80%, 90%或更多)在23 °C的溫度下為固體的一種或更多種加合物組成。我們已預(yù)料不到地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一起使用加合物與核/殼聚合物和苯氧基樹脂時(shí)，可在寬范圍的溫度下，使用相對(duì)小量的加合物，實(shí)現(xiàn)理想的粘合劑性能。 這一較低用量的加合物，例如5%-15重量％賦予結(jié)構(gòu)粘合劑高溫穩(wěn)定性，這是因?yàn)榕渲苿┐嬖诤苄〉姆撬璧腡g下降。
加合物本身通常包括約1:5-5:1份的環(huán)氧彈性體，和更優(yōu)選約1:3-3:1份的環(huán)氧彈性體。更典型地，加合物包括至少約10%，更典型地至少約20%，和甚至更典型地至少約40%的彈性體，且還典型地包括不大于約60%，盡管較高或較低的百分?jǐn)?shù)是可能的。適合于加合物的彈性體化合物可以是熱固性彈性體，但不要求。例舉的彈性體沒有限制地包括， 天然橡膠，苯乙烯_ 丁二烯橡膠，聚異戊二烯，聚異丁烯，聚丁二烯，異戊二烯_ 丁二烯共聚物，新戊二烯，腈橡膠(例如，丁腈橡膠，例如羧基封端的丁腈橡膠)，丁基橡膠，聚硫醚彈性體，丙烯酸彈性體，丙烯腈彈性體，硅橡膠，聚硅氧烷，聚酯橡膠，二異氰酸酯_連接的縮合彈性體，EPDM(乙烯-丙烯二烯烴橡膠)，氯磺化聚乙烯，氟化烴和類似物。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用循環(huán)的輪胎橡膠。適合于在本發(fā)明中使用的額外或替代的環(huán)氧/彈性體或其他加合物的實(shí)例公開于美國(guó)專利公布2004/0204551中。
包括含有彈性體的加合物，改性結(jié)構(gòu)粘合劑的結(jié)構(gòu)性能，例如強(qiáng)度，韌度，剛硬度， 彎曲模量，和類似性能。另外，可選擇含有彈性體的加合物，使得可活化的材料與涂層，例如水性油漆或底漆系統(tǒng)或其他常規(guī)涂層更加相容。
苯氧基樹脂可用作高分子量樹脂。苯氧基樹脂是雙酚A和表氯醇及其衍生物的高分子量熱塑性縮合產(chǎn)物。典型地，可使用的苯氧基樹脂具有下述基本化學(xué)式
權(quán)利要求
1.在環(huán)境溫度下為固體且觸摸起來干燥的熱活化的結(jié)構(gòu)粘合劑，它包括苯氧基樹脂， 沖擊改性劑和用于該苯氧基樹脂的固化劑，所述結(jié)構(gòu)粘合劑可在升高的溫度下活化，以顯現(xiàn)粘合劑性能，且在沒有固化的情況下，通過在環(huán)境溫度和升高的固化溫度之間的溫度下成形，它可在比固化劑的活化溫度低的溫度下模塑(以產(chǎn)生或者平片，或者三維復(fù)雜形狀)。
2.權(quán)利要求I的結(jié)構(gòu)粘合劑，其中沖擊改性劑是核殼聚合物或者改性橡膠，例如橡膠改性的環(huán)氧樹脂。
3.權(quán)利要求I或2的結(jié)構(gòu)粘合劑，它的彈性模量為大于或等于約lGPa。
4.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑，它的搭接剪切強(qiáng)度大于或等于約lOMPa。
5.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑，其中沖擊改性劑是核/殼聚合物。
6.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑，它含有固化劑促進(jìn)劑。
7.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑，它含有O.001%重量-7%重量的固化劑和/或固化劑促進(jìn)劑。
8.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑，它含有環(huán)氧樹脂。
9.權(quán)利要求8的結(jié)構(gòu)粘合劑，它含有2%-75%重量環(huán)氧樹脂。
10.權(quán)利要求8或9的結(jié)構(gòu)粘合劑，其中環(huán)氧樹脂為固體。
11.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑，它含有選自下述中的一種或更多種額外的成分i)聚合物； )發(fā)泡劑；iii)填料；iv)流動(dòng)控制材料；V)納米顆粒；vi)顏料；vii)阻燃劑；viii)纖維；ix)濕氣清除劑。
12.—種粘結(jié)方法，該方法包括在比固化劑的活化溫度低的溫度下，施加前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的結(jié)構(gòu)粘合劑到基底上，貼著結(jié)構(gòu)粘合劑放置第二基底，和升高溫度到高于固化劑的溫度。
13.權(quán)利要求12的方法，其中兩個(gè)基底均是金屬組件。
全文摘要
提供在環(huán)境溫度下為觸摸起來的干燥固體的結(jié)構(gòu)粘合劑，它在升高的溫度下可固化且可在中間溫度下模塑，以及該粘合劑用于粘結(jié)金屬的用途。
文檔編號(hào)C09J5/06GK102947403SQ201180029998
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者M·查普利奇 申請(qǐng)人:澤菲羅斯公司