用于在构成耐温度变化的粘合剂层的情况下对构件进行粘合的方法

摘要

本发明涉及一种用于在构成至少在≥100℃到≤160℃的温度范围内有效的粘合剂层的情况下对构件进行粘合的方法，其中所述粘合剂层从能够硬化的反应树脂系统中得到。所述反应树脂系统包括环氧树脂组分（A）和在所述环氧树脂组分（A）中分散的聚合物粒子（B），其中此外所述分散的聚合物粒子包括加成交联的硅弹性体。此外，本发明还涉及将反应树脂系统用于对压电的陶瓷和/或包含稀土元素的永久磁铁进行粘合的应用以及一种构件布置结构，所述构件布置结构包括压电的陶瓷、阻抗调整层以及与所述压电的陶瓷和阻抗调整层处于接触的粘合剂层。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在构成至少在                                                100℃到160℃的温度范围内有效的粘合剂层的情况下对构件进行粘合的方法，其中所述粘合剂层从能够硬化的反应树脂系统中得到。此外，本发明涉及将反应树脂系统用于对压电的陶瓷和/或包含稀土元素的永久磁铁进行粘合的应用以及一种构件布置结构，所述构件布置结构包括压电的陶瓷、阻抗调整层以及与所述压电的陶瓷和阻抗调整层处于接触的粘合剂层。

背景技术

目前已知用于直至大约80℃的使用范围的柔性的粘合剂。但是这些粘合剂无法用在一些应用情况，在这些应用情况下出现更高的温度、温度交变并且甚至同时出现机械的振动。用于这样的应用情况的实例是压电的超声波变换器和特定的电动马达。

能够硬化的反应树脂系统比如在DE 103 45 139 A1中得到公开。这些树脂系统尤其灌注材料、层压树脂或浸渍树脂可以作为双组分材料来加工并且包含树脂组分、矿物的填充料以及在树脂组分中分散的聚合物粒子。所述填充料包含纳米粒子。但是在此没有说明，这样的反应树脂粘合剂系统在温度较高时、在温度交变时或者在出现机械负荷时如何表现。因此此外存在着对作为替代方案的且得到改进的用于对构件进行粘合的方法的需求。

发明内容

因此，按本发明提出一种用于在构成至少在100℃到160℃的温度范围内有效的粘合剂层的情况下对构件进行粘合的方法，其中所述粘合剂层从能够硬化的反应树脂系统中得到。该方法的特征在于，所述反应树脂系统包括环氧树脂组分（A）和在所述环氧树脂组分（A）中分散的聚合物粒子（B），其中此外所述分散的聚合物粒子包括加成交联的硅弹性体。

所述反应树脂系统优选可以作为双组分粘合剂来加工，也就是说在将固化剂添加到树脂配方中之后进行加工。环氧树脂组分通常是指具有两个或者多个环氧基团（Epoxidgruppen）的分子。

通过在环氧树脂组分中额外地存在的硅弹性体粒子，可以在弹性模量及玻璃转变温度方面无损失的情况下对硬化的反应树脂系统进行抗冲击的改性处理。所述硅弹性体粒子通过加成交联的机制来得到。所述加成交联的机制基于聚合链中的碳-碳-双键的氢化硅烷化（Hydrosilylierung）作用。相对于通过冷凝交联的硅弹性体，从中产生粒子表面的其它的疏水性。弹性体粒子的在环氧树脂组分中的份额比如可以为30个重量百分点到50个重量百分点或者38个重量百分点到42个重量百分点。

构件本身的粘合比如可以在常温下进行并且反应树脂系统的硬化则在更高的温度下进行。

所述粘合剂层至少在100℃到160℃的温度范围内有效，这在本发明的范围内尤其意味着，按照DIN EN 26922“Bestimmung der Zugfestigkeit senkrecht zur Klebefl?che（确定垂直于粘合面的抗拉强度）”确定的抗拉强度直至粘合连接失灵之前处于在常温下如此确定的抗拉强度的这种50%，优选70%并且更加优选90%的温度范围之内。

在按本发明的方法的一种实施方式中，所述反应树脂系统此外包括一种用于调节触变特性的组分（C），该组分（C）包括亲水的致热的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的聚合体或者聚集体的形式存在并且其中所述原始粒子具有1nm到25nm的平均微粒大小。触变特性的调节尤其意味着，反应树脂系统在比如通过从喷嘴中的挤压出现的剪切现象时具有比所涂覆的但在机械方面未受影响的系统低的粘度。由此非水平的表面也可以有针对性地设有反应树脂系统。亲水的致热的二氧化硅粒子可以通过四氯硅烷在氢氧气火焰中的燃烧来得到。亲水的特性源自粒子表面上的硅烷醇基团和硅氧烷基团。按照DIN 53206，聚合体是指面状地或者棱边状地彼此相挨地存放的原始微粒并且聚集体是指点状地彼此紧挨地存放的原始微粒。所述原始粒子的平均微粒大小也可以处于5nm到20nm或者10nm到15nm的范围内。所述聚集体或者聚合体比如可以具有20nm到100μm的大小。

在此，所述用于调节触变特性的组分（C）可以具有100m²/g到300m²/g的BET比表面以及20g/l到80g/l的装填密度。所述BET表面可以优选借助于标准DIN 66131和DIN 66132来确定。如此确定的BET表面也可以处于180m²/g到220m²/g的范围内。所述装填密度则可以根据标准DIN EN ISO 787/11来确定并且也可以处于50g/l到50g/l的范围内。

在按本发明的方法的另一种实施方式中，所述环氧树脂组分（A）包括基于双酚A、双酚B和/或双酚F的树脂。比如可以使用双酚A-二环氧甘油醚（A-digylcidylether）。

在按本发明的方法的另一种实施方式中，所述用于调节触变特性的组分（C）的重量份额相对于在反应树脂系统中存在的环氧树脂组分的总重量份额处于0.1:100到10:100的比例中。因而在使用准备好可用的用于环氧树脂组分的商业产品的情况下，在进行这种计算时没有将可能包含的添加剂、填充料等一同加以考虑。作为实例，要在具有40个重量百分点的加成交联的硅弹性体粒子的双酚A的基础上研究用于具有100份重量份额的环氧树脂组分的反应树脂系统的配方。此外在配方中包含具有6份重量份额的组分C，所述组分C以具有200m²/g的BET表面的亲水的致热的硅酸的形式存在。因此在这里触变剂（Thixotropiermittel）C与双酚A-环氧化物的重量份额的比例为10:100。不过，通过其它环氧化物的混入，这个比例也会下降。其它可能的比例范围是：1:100到7:100以及3:100到6:100。

在按本发明的方法的另一种实施方式中，所述反应树脂系统此外包括一种从酐固化剂和/或胺固化剂中选出的固化剂组分（D）。一种用于酐固化剂的实例是酞酐（Phthals?ureanhydrid）。一种用于胺固化剂的实例则是异佛尔酮二元胺（Isophorondiamin）或者也是双氰胺（DiCy）。此外也可以向胺固化剂中添加加速剂。

在按本发明的方法的另一种实施方式中，所述构件是压电的陶瓷和/或包含稀土元素的永久磁铁。用于压电的陶瓷的实例是铅-锆酸-钛酸盐（PZT）和铅-镁-铌酸盐（PMN）。用于永久磁铁的实例是钐钴磁铁或钕铁硼磁铁。这样的经受机械的振动和温度交变的构件大多数从按本发明的粘合方法中受益。压电的陶瓷比如可以包含在超声波变换器中。稀土磁铁比如可以是电动马达的构件。

本发明的另一个主题是反应树脂系统的应用，所述反应树脂系统包括环氧树脂组分（A）和在环氧树脂组分（A）中分散的聚合物粒子（B），其中此外所述分散的聚合物粒子包括加成交联的硅弹性体，用于对包含稀土元素的磁铁进行粘合。

在这种应用的一种实施方式中，所述反应树脂系统此外包括一种用于调节触变特性的组分（C），该组分（C）包括亲水的致热的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的聚合体或聚集体的形式存在并且其中所述原始粒子具有1nm到25nm的平均微粒大小。

关于所说明的应用的细节已经在上文进行了说明。按本发明的方法的其它的设计方案当然也可以套用到按本发明的应用上。

本发明的另一个主题是反应树脂系统的应用，所述反应树脂系统包括环氧树脂组分（A）和在环氧树脂组分（A）中分散的聚合物粒子（B），其中此外所述分散的聚合物粒子包含加成交联的硅弹性体，用于对压电的陶瓷进行粘合。

在这种应用的一种实施方式中，所述反应树脂系统此外包括一种用于调节触变特性的组分（C），该组分（C）包括亲水的致热的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的聚合体或聚集体的形式存在并且其中所述原始粒子具有1nm到25nm的平均微粒大小。

关于所说明的应用的细节已经在上文进行了说明。按本发明的方法的其它的设计方案当然也可以套用到按本发明的应用上。

本发明的另一个主题是构件布置结构，该构件布置结构包括压电的陶瓷、阻抗调整层以及与所述压电的陶瓷及阻抗调整层处于接触的粘合剂层，其中所述粘合剂层从能够硬化的反应树脂系统中得到，所述能够硬化的反应树脂系统包括环氧树脂组分（A）和在环氧树脂组分（A）中分散的聚合物粒子（B），其中此外所述分散的聚合物粒子包括加成交联的硅弹性体。

这样的构件布置结构有利地是超声波流量测量仪的组成部分。因此，在一种实施方式中所述压电的陶瓷是超声波变换器。

通常所述压电的陶瓷比如是铅-锆酸-钛酸盐（PZT）陶瓷或者铅-镁-铌酸盐（PMN）陶瓷。所述阻抗调整层用于更好地将超声波从压电的陶瓷上传递出来并且传递给压电的陶瓷。优选的是，所述压电的陶瓷具有0.5g/cm³到0.6g/cm³的密度。已经发现，在本发明中所说明的粘合剂层改进了从压电的元件以及到压电的元件的声学的信号传输。

在这种构件布置结构的另一种实施方式中，所述反应树脂系统此外包括用于调节触变特性的组分（C），该组分（C）包括亲水的致热的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的聚合体或聚集体的形式存在并且其中所述原始粒子具有1nm到25nm的平均微粒大小。

在这种构件布置结构的另一种实施方式中，所述用于调节触变特性的组分（C）具有100m²/g到300m²/g的BET比表面以及20g/l到80g/l的装填密度。

关于所说明的反应树脂系统的细节已经在上文中进行了说明。所述反应树脂系统的其它的设计方案当然也可以套用到按本发明的构件布置结构上。

具体实施方式：

下面借助于以下的用于反应树脂系统的配方实施例来进一步对本发明进行解释。在此所使用的物质名称具有如下意义：

环氧树脂1       双酚A-环氧树脂，用40个重量百分点的硅弹性体粒子进行了改性（加成交联的）

环氧树脂2       双酚A-环氧树脂

环氧树脂3       双酚A/F-环氧树脂，用40个重量百分点的二氧化硅-纳米粒子进行了改性

二氧化硅1       致热的亲水的二氧化硅，具有12nm的原始微粒的平均大小以及200m²/g的BET表面

固化剂1           潜在加速的酐固化剂

固化剂2        由聚胺多数是异佛尔酮二元胺构成的快速的胺固化剂

配方1

该配方包含100份重量份额的环氧树脂1和51份重量份额的固化剂1。硬化的系统具有大约160℃的玻璃转变温度T_g。

配方2

该配方包含100份重量份额的环氧树脂1和20份重量份额的固化剂2。硬化的系统具有大约130℃的玻璃转变温度T_g。

配方3

该配方包含50份重量份额的环氧树脂1和50份重量份额的环氧树脂2以及64.5份重量份额的固化剂1。硬化的系统具有大约160℃的玻璃转变温度T_g。

配方4

该配方包含50份重量份额的环氧树脂1和50份重量份额的环氧树脂3以及51份重量份额的固化剂1。硬化的系统具有大约160℃的玻璃转变温度T_g。

配方5

该配方包含100份重量份额的环氧树脂1和6份重量份额的触变剂二氧化硅1以及51份重量份额的固化剂1。硬化的系统具有大约160℃的玻璃转变温度T_g。

配方6

该配方包含100份重量份额的环氧树脂1和6份重量份额的触变剂二氧化硅1以及20份重量份额的固化剂2。硬化的系统具有大约130℃的玻璃转变温度T_g。

配方7

该配方包含50份重量份额的环氧树脂1和50份重量份额的环氧树脂2，此外包含5.25份重量份额的触变剂二氧化硅1以及61份重量份额的固化剂1。硬化的系统具有大约160℃的玻璃转变温度T_g。

配方8

该配方包含50份重量份额的环氧树脂1和50份重量份额的环氧树脂3，此外包含4.5份重量份额的触变剂二氧化硅1以及49份重量份额的固化剂1。硬化的系统具有大约160℃的玻璃转变温度T_g。

下面来说明按本发明的粘合连接的优点。

在一次试验中，借助于按本发明的配方将压电的陶瓷粘贴到阻抗调整层上。该陶瓷具有相应的接触结构，使得其能够产生超声波。在此检测了由所述压电的陶瓷通过阻抗调整层发出的超声波的振幅。

在发出超声波的过程中，同时实施温度剧变。在此在5秒钟内将超声波装置的温度从-40℃变换到+140℃并且而后又在5秒钟内将其温度从+140℃变换到-40℃。对一个周期来说实施这种温度交变的时间为一小时。粘合剂层的特性的变差表现在温度剧变的次数上升时超声波振幅减小这个方面。

事实已表明，在用从按本发明的配方中得到的粘合剂层进行示范性试验时在温度剧变试验过程中超声波振幅首先近似地保持稳定，直到其缓慢减小。因此，在可以观察到超声波振幅的对使用特性产生不利影响的减小状况之前经历了800多个交变周期。对于不是按本发明的由环氧树脂构成的比较粘合层来说，从温度交变试验一开始就出现超声波振幅的剧烈的减小状况。

在另一次试验中，根据温度利用粘贴在阻抗调整层上的压电的陶瓷来检测了超声波振幅。这里也为粘合层使用了按本发明的和不是按本发明的环氧树脂配方。

事实已表明，在用按本发明的粘合的示范性试验中，不仅绝对的超声波振幅高于比较粘合材料而且其下降程度在温度上升到环氧树脂的玻璃转变温度之前都小于比较粘合材料。