【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高分子合成与制备，特别是指一种低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、磁约束核聚变超导磁体设备中，绝缘系统是关键部件之一，起到力学强度支撑，以抵御运行过程中洛伦兹力，避免发生相对运动的作用。一般采用树脂导入到玻璃纤维(gf)和绝缘薄膜层中，固化处理后得到。环氧树脂(ep)以其优异的机械性能、良好的绝缘性能以及工艺性能，广泛应用于核能、低温和航天等领域，也是应用于超导磁体的主要封装材料。通常采用真空压力浸渍工艺(vpi)制备gf增强ep基复合板材，所用的ep体系要求低黏度、高韧性和高耐热性能。然而ep固化后低温下易变脆，断裂韧性较差，需要进行增韧改性以提高其力学性能。目前主要的改善ep力学性能的方法包括用物理方法添加橡胶弹性体、热塑性树脂、超支化树脂和纳米粒子，与用化学方法形成半互穿网络聚合物(ipn)和改变固化剂等。但是传统的高综合力学性能环氧体系存在粘度较大、适用期短的工艺性问题，限制了ep体系的应用。
2、cn115725158a通过在主体ep中加入单官能团ep使体系具有较低的黏度同时提高其力学性能，其中优选组分拉伸强度可达113mpa，弹性模量最高可达4.2gpa，但是室温黏度较大，为4300mpa·s。cn111944122a通过在ep中加入低黏度的活性稀释剂和少量刚性粒子，与酸酐类固化剂、叔胺类促进剂混合，固化得到测试样条，拉伸强度为86-93mpa，拉伸模量为3.4-3.7gpa，但是25℃时固化前混合物黏度低于400mpa·s。cn116376229a通过改性
技术实现思路
1、为了解决环氧树脂体系粘度高、适用期短以及综合力学性能差的技术问题，本专利技术提出了一种低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂及其制备方法和应用。本专利技术制备的环氧树脂可以用于超导磁体绝缘系统，以提高gf增强ep基复合材料的力学性能、耐热性能。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、一种低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，包括双酚f二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、乙酰丙酮钴和甲基四氢邻苯二甲酸酐。
4、上述环氧树脂中，按质量份数计，所述双酚f二缩水甘油醚80-100份、1，4-丁二醇二缩水甘油醚5-20份、甲基四氢邻苯二甲酸酐75-95份和乙酰丙酮钴1份。
5、进一步，按质量份数计，所述双酚f二缩水甘油醚80-95份、1，4-丁二醇二缩水甘油醚5-20份、甲基四氢邻苯二甲酸酐75-95份和乙酰丙酮钴1份。
6、上述双酚f二缩水甘油醚的环氧值为(0.58-0.61)eq/100g，1，4-丁二醇二缩水甘油醚的环氧值为(0.74-0.82)eq/100g。
7、一种低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂的制备方法，步骤如下：
8、(1)取上述的双酚f二缩水甘油醚(epikote 862)、1，4-丁二醇二缩水甘油醚(xy622)和乙酰丙酮钴(ⅲ)co(acac)3放入同一烧杯中，用玻璃棒搅拌30min至混合均匀，放入75-85℃烘箱中保温1.5-2.5h使co(acac)3溶解，待其完全溶解在树脂中后，取出降至室温，加入甲基四氢邻苯二甲酸酐(methpa)，并搅拌均匀得到树脂溶液。
9、(2)步骤(2)得到树脂溶液置于75-85℃真空烘箱中，抽真空25-35min，当无大气泡冒出时，将树脂浇注到提前涂过脱模剂并在120℃预热1小时的测试样条模具中，按155-165℃保温13.5-14.5h的固化工艺进行固化，后随炉冷却至室温，脱模得到环氧树脂。
10、上述步骤(1)中双酚f二缩水甘油醚(epikote 862)的分子结构式如式(ⅰ)下：
11、
12、1，4-丁二醇二缩水甘油醚(xy622)的分子结构式如式(ⅱ)所示：
13、
14、甲基四氢邻苯二甲酸酐(methpa)的分子结构式如式(ⅲ)所示：
15、
16、乙酰丙酮钴的分子结构式如式(ⅳ)所示：
17、
18、上述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂在磁约束核聚变超导磁体设备中作为封装材料的应用。
19、本专利技术产生的有益效果是：
20、(1)本专利技术提供了一种环氧树脂封装材料配方，通过选用双酚f二缩水甘油醚为环氧树脂，以乙酰丙酮钴为催化剂，在稀释剂1，4-丁二醇二缩水甘油醚和固化剂的作用下，制备出了低粘度、长适用期高的环氧树脂。其中，在室温或较低温度时，co(acac)3络合物以螯合物的形式存在，室温储存期很长。稀土金属钴有d或f空轨道，可以与环氧基团或酸酐基团络合，限制了树脂体系的随机反应。温度升高到150-175℃时，co(acac)3络合物解离，生成金属阳离子，金属阳离子依靠电子转移与甲基四氢邻苯二甲酸酐(methpa)形成复合物，引发环氧基按照阳离子催化反应机理进行聚合反应，生成酯键交联网络聚合物。同时金属离子co3+还原成co2+。从而提高了环氧树脂材料的力学性能。
21、(2)本专利技术中的双酚f二缩水甘油醚(epikote 862)结构中含有苯环，刚性较大，直接使用会比较脆，加入适量线型结构的1，4-丁二醇二缩水甘油醚(xy622)，一方面，增加了链段的自由活动空间，增强了韧性，降低了体系的交联密度，使得材料的力学性能得到提高；另一方面，在不严重影响固化物耐热性能的前提下，降低了环氧树脂体系的黏度，延长了适用期。
22、(3)本专利技术通过对环氧树脂、酸酐固化剂、稀释剂以及催化剂选择以及含量进行控制，显著的降低了环氧树脂的黏度、提高了其长适用期和力学性能。具体而言，温度在50℃时，制备的环氧树脂溶液黏度为31.5-43mpa·s，即使经过50℃，100h后，材料终止黏度为78-96.6mpa·s，体现了长使用性；此外，本专利技术制备方法制备环氧树脂的最大拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为94.11mpa、162.73mpa和43.15kj/m2，远高于未使用乙酰丙酮钴(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别85.59mpa、133.17mpa和37.31kj/m2)、未使用1，4-丁二醇二缩水甘油醚(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别82.23mpa、120.32mpa和20.25kj/m2)和未同时乙酰丙酮钴和1，4-丁二醇二缩水甘油醚(拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别72.21mpa、116.35mpa和18.66kj/m2)，表现出了优异的综合力学性能。
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1.一种低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，包括双酚F二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、乙酰丙酮钴和甲基四氢邻苯二甲酸酐。
2.根据权利要求1所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，按质量份数计，所述双酚F二缩水甘油醚80-100份、1，4-丁二醇二缩水甘油醚5-20份、甲基四氢邻苯二甲酸酐75-95份和乙酰丙酮钴1份。
3.根据权利要求2所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，按质量份数计，所述双酚F二缩水甘油醚80-95份、1，4-丁二醇二缩水甘油醚5-20份、甲基四氢邻苯二甲酸酐75-95份和乙酰丙酮钴1份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，所述双酚F二缩水甘油醚的环氧值为（0.58-0.61）eq/100g，1，4-丁二醇二缩水甘油醚的环氧值为（0.74-0.82）eq/100g。
5.权利要求1-3任一项所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
6.根据权利要求5所述的低黏度长适用
7.根据权利要求6所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中加热的时间为1.5-2.5h。
8.根据权利要求7所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中固化的温度为155-165℃。
9.根据权利要求8所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中固化的时间为13.5-14.5h。
10.权利要求1所述的环氧树脂在磁约束核聚变超导磁体设备中作为封装材料的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，包括双酚f二缩水甘油醚、1，4-丁二醇二缩水甘油醚、乙酰丙酮钴和甲基四氢邻苯二甲酸酐。
2.根据权利要求1所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，按质量份数计，所述双酚f二缩水甘油醚80-100份、1，4-丁二醇二缩水甘油醚5-20份、甲基四氢邻苯二甲酸酐75-95份和乙酰丙酮钴1份。
3.根据权利要求2所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，按质量份数计，所述双酚f二缩水甘油醚80-95份、1，4-丁二醇二缩水甘油醚5-20份、甲基四氢邻苯二甲酸酐75-95份和乙酰丙酮钴1份。
4.根据权利要求1-3任一项所述的低黏度长适用期高力学性能的环氧树脂，其特征在于，所述双酚f二缩水甘油醚的环氧值为（0.58-0.61）eq/100g，1，4-丁二醇二缩水甘油醚的环氧值为（0.7...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄明，张高岩，雷金宇，张娜，谢英，高国利，刘春太，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：
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