專利名稱：用于在構(gòu)成耐溫度變化的粘合劑層的情況下對構(gòu)件進行粘合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在構(gòu)成至少在2 100°C到S 160°C的溫度范圍內(nèi)有效的粘合
劑層的情況下對構(gòu)件進行粘合的方法，其中所述粘合劑層從能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中得 到。此外，本發(fā)明涉及將反應(yīng)樹脂系統(tǒng)用于對壓電的陶瓷和/或包含稀土元素的永久磁鐵 進行粘合的應(yīng)用以及一種構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，所述構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)包括壓電的陶瓷、阻抗調(diào)整層 以及與所述壓電的陶瓷和阻抗調(diào)整層處于接觸的粘合劑層。
背景技術(shù)：
目前已知用于直至大約80 V的使用范圍的柔性的粘合劑。但是這些粘合劑無法用 在一些應(yīng)用情況，在這些應(yīng)用情況下出現(xiàn)更高的溫度、溫度交變并且甚至同時出現(xiàn)機械的 振動。用于這樣的應(yīng)用情況的實例是壓電的超聲波變換器和特定的電動馬達。能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)比如在DE 103 45 139 Al中得到公開。這些樹脂系統(tǒng) 尤其灌注材料、層壓樹脂或浸漬樹脂可以作為雙組分材料來加工并且包含樹脂組分、礦物 的填充料以及在樹脂組分中分散的聚合物粒子。所述填充料包含納米粒子。但是在此沒有 說明，這樣的反應(yīng)樹脂粘合劑系統(tǒng)在溫度較高時、在溫度交變時或者在出現(xiàn)機械負荷時如 何表現(xiàn)。因此此外存在著對作為替代方案的且得到改進的用于對構(gòu)件進行粘合的方法的需 求。

發(fā)明內(nèi)容
因此，按本發(fā)明提出一種用于在構(gòu)成至少在& 100°C到S 160°C的溫度范圍內(nèi)有效
的粘合劑層的情況下對構(gòu)件進行粘合的方法，其中所述粘合劑層從能夠硬化的反應(yīng)樹脂系 統(tǒng)中得到。該方法的特征在于，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組分(A)和在所述環(huán)氧樹 脂組分(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聯(lián)的硅 彈性體。所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)優(yōu)選可以作為雙組分粘合劑來加工，也就是說在將固化劑 添加到樹脂配方中之后進行加工。環(huán)氧樹脂組分通常是指具有兩個或者多個環(huán)氧基團 (Epoxidgruppen)的分子。通過在環(huán)氧樹脂組分中額外地存在的硅彈性體粒子，可以在彈性模量及玻璃轉(zhuǎn)變 溫度方面無損失的情況下對硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)進行抗沖擊的改性處理。所述硅彈性體粒 子通過加成交聯(lián)的機制來得到。所述加成交聯(lián)的機制基于聚合鏈中的碳-碳-雙鍵的氫化 硅烷化(Hydrosilylierimg)作用。相對于通過冷凝交聯(lián)的硅彈性體，從中產(chǎn)生粒子表面的 其它的疏水性。彈性體粒子的在環(huán)氧樹脂組分中的份額比如可以為2 30個重量百分點到 < 50個重量百分點或者& 38個重量百分點到^ 42個重量百分點。構(gòu)件本身的粘合比如可以在常溫下進行并且反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的硬化則在更高的溫度下進行。所述粘合劑層至少在& 100°C到S 160°C的溫度范圍內(nèi)有效，這在本發(fā)明的范 圍內(nèi)尤其意味著，按照 DIN EN 26922 "Bestimmung der Zugfestigkeit senkrecht zur Klebefl^che (確定垂直于粘合面的抗拉強度)”確定的抗拉強度直至粘合連接失靈之前處 于在常溫下如此確定的抗拉強度的這種> 50%,優(yōu)選> 70%并且更加優(yōu)選> 90%的溫度范圍 之內(nèi)。在按本發(fā)明的方法的一種實施方式中，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括一種用于調(diào)節(jié) 觸變特性的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原
始粒子的聚合體或者聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有2 Inm $|J< 25nm的平
均微粒大小。觸變特性的調(diào)節(jié)尤其意味著，反應(yīng)樹脂系統(tǒng)在比如通過從噴嘴中的擠壓出現(xiàn) 的剪切現(xiàn)象時具有比所涂覆的但在機械方面未受影響的系統(tǒng)低的粘度。由此非水平的表面 也可以有針對性地設(shè)有反應(yīng)樹脂系統(tǒng)。親水的致熱的二氧化硅粒子可以通過四氯硅烷在氫 氧氣火焰中的燃燒來得到。親水的特性源自粒子表面上的硅烷醇基團和硅氧烷基團。按照 DIN 53206，聚合體是指面狀地或者棱邊狀地彼此相挨地存放的原始微粒并且聚集體是指
點狀地彼此緊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處于》511!11到<
20nm或者s IOnm到S 15歷的范圍內(nèi)。所述聚集體或者聚合體比如可以具有》20nm到< 100 μ m的大小。在此，所述用于調(diào)節(jié)觸變特性的組分(C)可以具有之100m2/g |IJ< 300m2/g的BET 比表面以及2 20g/l到S 80g/l的裝填密度。所述BET表面可以優(yōu)選借助于標準DIN 66131 和DIN 66132來確定。如此確定的BET表面也可以處于180m2/g到< 220m2/g的范圍內(nèi)。 所述裝填密度則可以根據(jù)標準DIN EN ISO 787/11來確定并且也可以處于&5(^/1到S 50g/l的范圍內(nèi)。在按本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，所述環(huán)氧樹脂組分(A)包括基于雙酚A、 雙酚B和/或雙酚F的樹脂。比如可以使用雙酚A- 二環(huán)氧甘油醚(A-digylcidylether)。在按本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，所述用于調(diào)節(jié)觸變特性的組分(C)的重
量份額相對于在反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中存在的環(huán)氧樹脂組分的總重量份額處于0. 1:100 $lj<
10:100的比例中。因而在使用準備好可用的用于環(huán)氧樹脂組分的商業(yè)產(chǎn)品的情況下，在進 行這種計算時沒有將可能包含的添加劑、填充料等一同加以考慮。作為實例，要在具有40 個重量百分點的加成交聯(lián)的硅彈性體粒子的雙酚A的基礎(chǔ)上研究用于具有100份重量份額 的環(huán)氧樹脂組分的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的配方。此外在配方中包含具有6份重量份額的組分C，所 述組分C以具有200m2/g的BET表面的親水的致熱的硅酸的形式存在。因此在這里觸變劑 (Thixotropiermittel)C與雙酚A-環(huán)氧化物的重量份額的比例為10:100。不過，通過其它
環(huán)氧化物的混入，這個比例也會下降。其它可能的比例范圍是i· 1:100到<7:100以及5 3:100 到 < 6:100ο在按本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括一種從酐固化劑和/或胺固化劑中選出的固化劑組分(D)。一種用于酐固化劑的實例 是酞酐(Phthaldureanhydrid)。一種用于胺固化劑的實例則是異佛爾酮二元胺 (Isophorondiamin)或者也是雙氰胺(DiCy)。此外也可以向胺固化劑中添加加速劑。在按本發(fā)明的方法的另一種實施方式中，所述構(gòu)件是壓電的陶瓷和/或包含稀土 元素的永久磁鐵。用于壓電的陶瓷的實例是鉛-鋯酸-鈦酸鹽(PZT)和鉛-鎂-鈮酸鹽 (PMN)0用于永久磁鐵的實例是釤鈷磁鐵或釹鐵硼磁鐵。這樣的經(jīng)受機械的振動和溫度交 變的構(gòu)件大多數(shù)從按本發(fā)明的粘合方法中受益。壓電的陶瓷比如可以包含在超聲波變換器 中。稀土磁鐵比如可以是電動馬達的構(gòu)件。本發(fā)明的另一個主題是反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的應(yīng)用，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組 分(A)和在環(huán)氧樹脂組分(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 括加成交聯(lián)的硅彈性體，用于對包含稀土元素的磁鐵進行粘合。在這種應(yīng)用的一種實施方式中，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括一種用于調(diào)節(jié)觸變特 性的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子
的聚合體或聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有> Inm到< 25nm的平均微粒大關(guān)于所說明的應(yīng)用的細節(jié)已經(jīng)在上文進行了說明。按本發(fā)明的方法的其它的設(shè)計 方案當(dāng)然也可以套用到按本發(fā)明的應(yīng)用上。本發(fā)明的另一個主題是反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的應(yīng)用，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組 分(A)和在環(huán)氧樹脂組分(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 含加成交聯(lián)的硅彈性體，用于對壓電的陶瓷進行粘合。在這種應(yīng)用的一種實施方式中，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括一種用于調(diào)節(jié)觸變特 性的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子 的聚合體或聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有> Inm ilj<25nm的平均微粒大關(guān)于所說明的應(yīng)用的細節(jié)已經(jīng)在上文進行了說明。按本發(fā)明的方法的其它的設(shè)計 方案當(dāng)然也可以套用到按本發(fā)明的應(yīng)用上。本發(fā)明的另一個主題是構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，該構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)包括壓電的陶瓷、阻抗調(diào) 整層以及與所述壓電的陶瓷及阻抗調(diào)整層處于接觸的粘合劑層，其中所述粘合劑層從能夠 硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中得到，所述能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組分(A)和在環(huán) 氧樹脂組分(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聯(lián) 的硅彈性體。這樣的構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)有利地是超聲波流量測量儀的組成部分。因此，在一種實施 方式中所述壓電的陶瓷是超聲波變換器。通常所述壓電的陶瓷比如是鉛-鋯酸-鈦酸鹽(PZT)陶瓷或者鉛-鎂-鈮酸鹽 (PMN)陶瓷。所述阻抗調(diào)整層用于更好地將超聲波從壓電的陶瓷上傳遞出來并且傳遞給壓 電的陶瓷。優(yōu)選的是，所述壓電的陶瓷具有20.5g/Cm3到<0.6g/cm3的密度。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，
在本發(fā)明中所說明的粘合劑層改進了從壓電的元件以及到壓電的元件的聲學(xué)的信號傳輸。在這種構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)的另一種實施方式中，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括用于調(diào)節(jié)
6觸變特性的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原 始粒子的聚合體或聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有-i Inm到< 25nm的平均 微粒大小。在這種構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)的另一種實施方式中，所述用于調(diào)節(jié)觸變特性的組分(C)具 有之IOOmVg到S' 300m2/g的BET比表面以及-之20g/l到< 80g/l的裝填密度。關(guān)于所說明的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的細節(jié)已經(jīng)在上文中進行了說明。所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng) 的其它的設(shè)計方案當(dāng)然也可以套用到按本發(fā)明的構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)上。
具體實施例方式
下面借助于以下的用于反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的配方實施例來進一步對本發(fā)明進行解釋。在此 所使用的物質(zhì)名稱具有如下意義
環(huán)氧樹脂1雙酚A-環(huán)氧樹脂，用40個重量百分點的硅彈性體粒子進行了改性(加成交 聯(lián)的)
環(huán)氧樹脂2雙酚A-環(huán)氧樹脂
環(huán)氧樹脂3雙酚A/F-環(huán)氧樹脂，用40個重量百分點的二氧化硅-納米粒子進行了改
性
二氧化硅1致熱的親水的二氧化硅，具有12nm的原始微粒的平均大小以及200m2/g的 BET表面
固化劑1潛在加速的酐固化劑
固化劑2由聚胺多數(shù)是異佛爾酮二元胺構(gòu)成的快速的胺固化劑 配方1
該配方包含100份重量份額的環(huán)氧樹脂1和51份重量份額的固化劑1。硬化的系統(tǒng)具 有大約160°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方2
該配方包含100份重量份額的環(huán)氧樹脂1和20份重量份額的固化劑2。硬化的系統(tǒng)具 有大約130°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方3
該配方包含50份重量份額的環(huán)氧樹脂1和50份重量份額的環(huán)氧樹脂2以及64. 5份 重量份額的固化劑1。硬化的系統(tǒng)具有大約160°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方4
該配方包含50份重量份額的環(huán)氧樹脂1和50份重量份額的環(huán)氧樹脂3以及51份重 量份額的固化劑1。硬化的系統(tǒng)具有大約160°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方5
該配方包含100份重量份額的環(huán)氧樹脂1和6份重量份額的觸變劑二氧化硅1以及51 份重量份額的固化劑1。硬化的系統(tǒng)具有大約160°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方6
該配方包含100份重量份額的環(huán)氧樹脂1和6份重量份額的觸變劑二氧化硅1以及20 份重量份額的固化劑2。硬化的系統(tǒng)具有大約130°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方7該配方包含50份重量份額的環(huán)氧樹脂1和50份重量份額的環(huán)氧樹脂2，此外包含 5. 25份重量份額的觸變劑二氧化硅1以及61份重量份額的固化劑1。硬化的系統(tǒng)具有大 約160°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。配方8
該配方包含50份重量份額的環(huán)氧樹脂1和50份重量份額的環(huán)氧樹脂3，此外包含 4. 5份重量份額的觸變劑二氧化硅1以及49份重量份額的固化劑1。硬化的系統(tǒng)具有大約 160°C的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。下面來說明按本發(fā)明的粘合連接的優(yōu)點。在一次試驗中，借助于按本發(fā)明的配方將壓電的陶瓷粘貼到阻抗調(diào)整層上。該陶 瓷具有相應(yīng)的接觸結(jié)構(gòu)，使得其能夠產(chǎn)生超聲波。在此檢測了由所述壓電的陶瓷通過阻抗 調(diào)整層發(fā)出的超聲波的振幅。在發(fā)出超聲波的過程中，同時實施溫度劇變。在此在5秒鐘內(nèi)將超聲波裝置的溫 度從_40°C變換到+140°C并且而后又在5秒鐘內(nèi)將其溫度從+140°C變換到_40°C。對一個 周期來說實施這種溫度交變的時間為一小時。粘合劑層的特性的變差表現(xiàn)在溫度劇變的次 數(shù)上升時超聲波振幅減小這個方面。事實已表明，在用從按本發(fā)明的配方中得到的粘合劑層進行示范性試驗時在溫度 劇變試驗過程中超聲波振幅首先近似地保持穩(wěn)定，直到其緩慢減小。因此，在可以觀察到超 聲波振幅的對使用特性產(chǎn)生不利影響的減小狀況之前經(jīng)歷了 800多個交變周期。對于不是 按本發(fā)明的由環(huán)氧樹脂構(gòu)成的比較粘合層來說，從溫度交變試驗一開始就出現(xiàn)超聲波振幅 的劇烈的減小狀況。在另一次試驗中，根據(jù)溫度利用粘貼在阻抗調(diào)整層上的壓電的陶瓷來檢測了超聲 波振幅。這里也為粘合層使用了按本發(fā)明的和不是按本發(fā)明的環(huán)氧樹脂配方。事實已表明，在用按本發(fā)明的粘合的示范性試驗中，不僅絕對的超聲波振幅高于 比較粘合材料而且其下降程度在溫度上升到環(huán)氧樹脂的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之前都小于比較粘 合材料。
權(quán)利要求
1.用于在構(gòu)成至少在2 IOO0C$|J< 160°c的溫度范圍內(nèi)有效的粘合劑層的情況下對構(gòu)件進行粘合的方法，其中所述粘合劑層從能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中得到，其特征在于，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組 分(A)和在所述環(huán)氧樹脂組分(A)中分散的聚合物粒子(B)，其中此外所述分散的聚合物粒 子包括加成交聯(lián)的硅彈性體。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括用于調(diào)節(jié)觸變 特性的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的聚合體或者聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有> Inm到< 25nm的平均微粒大小。
3.按權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述用于調(diào)節(jié)觸變特性的組分(C)具有2 IOOmVg到S 300m2/g的BET比表面以及 20g/l到< 80g/l的裝填密度。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂組分(A)包括 基于雙酚A、雙酚B和/或雙酚F的樹脂。
5.按權(quán)利要求1到4中任一項所述的方法，其特征在于，所述用于調(diào)節(jié)觸變特性的 組分(C)的重量份額相對于在反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中存在的環(huán)氧樹脂組分的總重量份額處于之 0. 1:100 IlJ < 10:100 的比例中。
6.按權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其特征在于，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括 一種從酐固化劑和/或胺固化劑中選出的固化劑組分(D)。
7.按權(quán)利要求1到6中任一項所述的方法，其特征在于，所述構(gòu)件是壓電的陶瓷和/ 或包括稀土元素的永久磁鐵。
8.反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的應(yīng)用，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組分(A)和在環(huán)氧樹脂組分 (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聯(lián)的硅彈性體， 用于對包含稀土元素的磁鐵進行粘合。
9.按權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其中所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括用于調(diào)節(jié)觸變特性的 組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的聚 合體或聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有^ Inm到S 25nm的平均微粒大小。
10.反應(yīng)樹脂系統(tǒng)的應(yīng)用，所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組分(A)和在環(huán)氧樹脂組 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聯(lián)的硅彈性 體，用于對壓電的陶瓷進行粘合。
11.按權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其中所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括用于調(diào)節(jié)觸變特性 的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子以原始粒子的 聚合體或聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有 Inm IlJ < 25nm的平均微粒大小。
12.構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，包括壓電的陶瓷、阻抗調(diào)整層以及與所述壓電的陶瓷及阻抗調(diào)整 層處于接觸之中的粘合劑層，其中所述粘合劑層從能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中得到，所述 能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組分(A)和在環(huán)氧樹脂組分(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聯(lián)的硅彈性體。
13.按權(quán)利要求12所述的構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，其中所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)此外包括一種用于調(diào)節(jié)觸變特性的組分(C)，該組分(C)包括親水的致熱的二氧化硅粒子，所述二氧化硅粒子 以原始粒子的聚合體或聚集體的形式存在并且其中所述原始粒子具有s Inm到< 25nm的 平均微粒大小。
14.按權(quán)利要求13所述的構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，其中所述用于調(diào)節(jié)觸變特性的組分(C)具有 > IOOmVg到S 300m2/g的BET比表面以及之20g/l到< 80g/l的裝填密度。
15.按權(quán)利要求12到14中任一項所述的構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，其中所述壓電的陶瓷是超聲 波變換器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在構(gòu)成至少在≥100℃到≤160℃的溫度范圍內(nèi)有效的粘合劑層的情況下對構(gòu)件進行粘合的方法，其中所述粘合劑層從能夠硬化的反應(yīng)樹脂系統(tǒng)中得到。所述反應(yīng)樹脂系統(tǒng)包括環(huán)氧樹脂組分(A)和在所述環(huán)氧樹脂組分(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聯(lián)的硅彈性體。此外，本發(fā)明還涉及將反應(yīng)樹脂系統(tǒng)用于對壓電的陶瓷和/或包含稀土元素的永久磁鐵進行粘合的應(yīng)用以及一種構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)，所述構(gòu)件布置結(jié)構(gòu)包括壓電的陶瓷、阻抗調(diào)整層以及與所述壓電的陶瓷和阻抗調(diào)整層處于接觸的粘合劑層。
文檔編號C09J11/08GK102137723SQ200980133306
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者許夫特勒 G., 詹里希 I., 斯蒂勒 P., 米勒 R. 申請人:羅伯特·博世有限公司