航天用感应同步器组件胶膜的研制

叶振东，徐 磊，王桢楠

(中国电子科技集团公司第二十一研究所，上海 200233)

0 引 言

航天用感应同步器作为某型号高精度电机组件的核心部件，其加工制作尤为关键。感应同步器是由铜箔、聚酰亚胺绝缘层和基板等叠压而成，各层之间用胶黏剂进行粘接。在过去的生产中，我们采用大量溶剂稀释204酚醛胶后进行喷涂，将胶黏剂均匀撒播在工件表面，晾干后，再进行各个部件的粘接。这样操作的缺点较多：大量使用溶剂，溶剂挥发会污染环境；胶膜晾置的过程受环境湿度影响，在雨季粘接效果不理想；喷涂后的胶膜往往裹挟大量的空气，叠合过程中易产生鼓包，感应同步器的成品不良率较高。为此，我们研制一种专用板-板粘接用胶膜。将这种专用胶膜放置于铜箔、聚酰亚胺绝缘层、基板叠压之间，然后通过热压的方式将整个体系粘接成为一个整体部件，操作简单方便，可适用于各种尺寸、各种批量的生产加工。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

原料：E-54双酚A型环氧树脂，D37聚醚胺树脂，双氰胺，改性咪唑，改性脲D，核壳共聚物(F型、M型、P型)，聚氨酯预聚体，端羧基丁腈橡胶(CTBN)。

仪器设备：加热搅拌装置，CMT4204电子控制万能材料试验机，DSC Q250差式扫描量热仪，TGA Q5000热重分析天平。

1.2 胶黏剂(胶膜)的制备

将环氧树脂(E-54)、聚醚胺改性环氧树脂(D37)于反应釜中，水浴加热至60 ℃～80 ℃，使其完全混合，搅拌均匀，加入增韧剂继续搅拌30 min。搅拌均匀后冷却至40 ℃左右时加入促进剂，再次均匀搅拌后倒出产物，得到环氧树脂胶黏剂。

用湿法流延成膜的方式将环氧树脂胶黏剂在50 ℃左右涂覆在离型纸上，并添加无纺布骨架，制成环氧树脂胶膜。

1.3 被粘物表面处理及粘接工艺

1.3.1 表面处理工艺

粘接试样的测试板选择1Cr18Ni9Ti不锈钢板材，粘接前测试板粘接面需用丙酮进行除油处理。处理结束后，放入草酸37份(质量比)，98%浓硫酸36份，去离子水300份，配制成的处理液在85 ℃～90 ℃处理10 min，取出后清水冲洗，在93 ℃下干燥10 min～15 min，备用。

1.3.2 粘接工艺

使用笔刷蘸取一定量的胶黏剂，均匀刷涂于测试板表面，在测试板表面形成一层0.05～0.15 mm胶层。无需晾置，直接将测试板合拢即可。将合拢后的试样放入150 ℃±2 ℃的烘箱中，保温30 min。时间到达后，试样随箱降至室温即可。

1.4 性能测试

拉伸剪切强度参照GB/T 7124—1986《胶黏剂拉伸剪切强度测定方法(金属-金属)》在万能材料测试仪上进行。

质量损失测试参照QJ 1558—88《真空中材料挥发性测试方法》进行测试。

胶膜性能测试依据该型号无刷双通道感应同步器加工工艺以及感应同步器试验规范进行。

2 结果和讨论

2.1 促进剂对胶黏剂的影响

双氰胺是一种性能较好的环氧树脂潜伏性固化剂，主要缺点是固化温度偏高(160 ℃～170 ℃)。为了降低固化温度，提高固化速度，通常采取两种途径：添加促进剂和改性双氰胺。促进剂一般选择脲类或咪唑类，既能保证固化温度在120 ℃以下，又可以保证室温下有足够长的适用期。

我们采用自研的改性咪唑和改性脲D类促进剂对双氰胺的促进效果进行了对比，采用差式量热仪对固化反应进行扫描通过实验，在加入促进剂后固化反应发生明显的前移，反应起始点由157.9 ℃前移至120 ℃附近(双氰胺+改性脲D：114.3 ℃；双氰胺+改性咪唑：122.5 ℃)，达到了降低反应固化温度的初衷。

图1 改性咪唑和改性脲D促进双氰胺固化的DSC

我们又对两种促进体系的保存期进行了室温(23 ℃±2 ℃)和低温(5 ℃～10 ℃)下的保存期实验考察，结果如表1所示。

表1 改性咪唑和改性脲D促进双氰胺体系室温/低温保存期实验

结合上述两项实验，我们发现，改性咪唑和改性脲类对双氰胺都具有较好的促进效果，可以满足在中温(120 ℃左右)下的固化。在室温/低温保存期上，改性咪唑促进双氰胺时较改性脲D促进双氰胺更具有明显优势。我们选用改性咪唑作为促进剂。

2.2 增韧材料对胶黏剂的影响

环氧树脂胶黏剂的增韧主要有液体端羧基丁腈橡胶(CTBN)增韧、聚丙烯酸酯类弹性体增韧、有机硅增韧、聚氨酯预聚体增韧、纳米材料改性、柔韧性型环氧树脂增韧等。我们选择核壳共聚物(F型、M型、P型)、聚氨酯预聚体(E15)、端羧基丁腈橡胶(CTBN)进行实验对比，效果对比如表2所示。

表2 增韧材料对环氧树脂的增韧效果对比

将相同份数的几种增韧剂对环氧树脂的进行增韧，效果可见表2，相同份数的CTBN增韧效果较差，其余几种核壳共聚物和聚氨酯改性环氧对环氧树脂都具有较好的增韧效果，其中E15和F型的综合性能最好。结合使用工艺，聚氨酯预聚体E15更为简便，确定聚氨酯预聚体E15作为增韧材料。

2.3 胶膜力学性能、低挥发性能测试及分析

用湿法流延成膜方式制成环氧树脂胶膜，对该胶膜进行综合力学性能测试，测试数据如表3所示。

表3 胶膜的综合力学性能测试

依据QJ 1558—88《真空中材料挥发性能测试方法》，对胶膜的低挥发性进行真空放气性测试，指标如表4所示。

表4 胶膜真空质损实验结果

在固化反应时，双氰胺上的活泼氢与环氧基团进行加成反应，产生大量的羟基；另外，剩余的腈基与羟基继续反应，同时腈基与环氧基团也开始发生反应。

2.4 感应同步器压合工艺及性能测试

感应同步器主要是将不同的材质进行相互粘接，除了基本的强度测试，还需要测试不同材料的粘接情况。我们对感应同步器铝-铜材质进行压装粘接，加工过程如图2所示。

图2 感应同步器压合过程及压合后成品

压装粘接后，铝-铜材质粘接效果良好，通过敲击检查粘接层完整，无气孔。而后采用铣加工方式，对表面铜层进行加工，高速运转的刀具会对表面铜层产生冲击。我们用模拟加工绕组图样的方式来检验胶膜抗冲击性能，使用直径0.35 mm铣刀，转速12 000 r/min，对铜箔及绝缘层进行铣削加工，绕组纹路复杂，最细处只有0.48 mm宽。

机刻加工后，感应同步器试样绕组纹路清晰，切削边界无翘曲、无翻边现象，如图3所示。将加工完成后的感应同步器试样进行宇航环境试验，试验内容如表5所示。

表5 感应同步器模拟件环境试验内容

图3 机刻后的感应同步器样品

环境试验后的感应同步器，表面铜箔绕组图样完整、边界清晰，无翘起、脱离等现象。材料受到环境应力影响，材料会发生膨胀或收缩，铝和铜作为金属材料其膨胀系数相近，而胶黏剂作为非金属材料，其膨胀系数是金属材料的10倍以上。为了有效控制胶黏剂的不均匀膨胀(收缩)，我们在胶层中预设玻璃纤维织物，作为“骨架”填充其中，降低膨胀系数的同时，也可以对各层材料进行有效的牵扯，平均分担环境应力产生的形变。试验结束后，证明该胶膜具有较好的抗机械冲击性和耐环境性要求。

3 结 语

本文研制了一种航天用感应同步器专用板-板粘接胶膜，这种胶膜采用环氧树脂(E-54)/聚醚胺改性环氧树脂(D37)/双氰胺作为胶的主剂和固化剂，选用改性咪唑作为促进剂，并辅以增韧材料和纤维织物“骨架”，使胶膜具有良好韧性、环境适应性、机械性能和工艺可操作性。目前使用该胶膜制成的航天用感应同步器已通过了某型号项目鉴定级试验，各项性能指标满足技术要求，达到了研制的目的。