專利名稱:一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于粘結(jié)劑,具體地說是涉及用于炭材料粘接的一種室溫固化型的耐熱高強(qiáng)度粘結(jié)劑。
炭材料具有強(qiáng)度隨使用環(huán)境溫度的上升而上升的特性,以及比強(qiáng)度大、比模量高,導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好等突出的高溫?zé)嵛锢硇阅?,因此多作為高溫結(jié)構(gòu)材料或功能部件而廣泛應(yīng)用在高溫領(lǐng)域。但炭材料本身特有的脆性使其在加工生產(chǎn)大尺寸或形狀復(fù)雜的炭制品時(shí)多有不便。而現(xiàn)在常用的連接技術(shù),如螺栓連接、鉚接等,由于在材料表面打孔而造成材料的局部性能劣化,在使用過程中極易因應(yīng)力集中而導(dǎo)致破壞,造成原材料的浪費(fèi)、成本的提高,同時(shí)也不適應(yīng)部件裝置小型化,輕量化的要求,外觀流體性能也受到影響;焊接或固態(tài)釬焊技術(shù)雖實(shí)現(xiàn)了連接界面的整體承受載荷,但惰性的石墨材料與焊料間存在物理、化學(xué)相容性等難題,且焊料選擇不易,工藝復(fù)雜,對(duì)設(shè)備的使用有特殊的要求,且其連接強(qiáng)度并不是很理想。而使用粘接技術(shù),具有工藝簡單,施工方便,價(jià)格低廉,使用范圍廣,因粘接界面整體承受載荷而使承載能力提高,使用壽命延長等特點(diǎn),并且可根據(jù)使用要求的變化,調(diào)整粘結(jié)劑的組成或配比,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電、導(dǎo)熱、密封等功能性連接。隨軍事、航空、航天、核工業(yè)等行業(yè)的發(fā)展,炭材料在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。但目前使用的高溫粘結(jié)劑一般固化溫度高,操作及處理?xiàng)l件要求較高。如主要研究高溫陶瓷材料的美國阿累姆柯產(chǎn)品公司(Amerco.Products.Inc.),其生產(chǎn)的超高溫粘結(jié)劑(ultratemp adhesive)是一種使用溫度為2427℃的高溫粘結(jié)劑,雖然耐熱溫度達(dá)到2000℃,但COPNA樹脂價(jià)格昂貴,成本較高,且需在150℃條件下進(jìn)行粘接工序,在180℃條件固化,并需要進(jìn)行等離子濺涂等表面處理以及要在1000℃高溫長時(shí)間炭化處理。即使目前開發(fā)的低溫固化的高溫粘結(jié)劑,也存在固化時(shí)間長,使用溫度低等缺點(diǎn)。如俄羅斯國家石墨結(jié)構(gòu)研究院開發(fā)的UzMK系列膠雖實(shí)現(xiàn)了室溫固化,但固化時(shí)間長達(dá)數(shù)天,且耐熱溫度不超過1000℃,цмк系列膠雖能在保護(hù)氣下于1300-1600℃下工作,但仍需在1-2個(gè)大氣壓下固化3天,且高溫強(qiáng)度較低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種成本低,工藝簡單的室溫固化型耐熱高強(qiáng)度粘結(jié)劑。
本發(fā)明的粘結(jié)劑包括粘接組分和固化劑兩種組分;粘接組分由酚醛樹脂或呋喃樹脂與碳化硼或碳化硼和二氧化硅組成,其重量比為酚醛樹脂或呋喃樹脂∶碳化硼∶二氧化硅=100∶50-150∶0-10;固化劑是磷酸、苯磺酰氯、對(duì)甲苯磺酰氯、對(duì)甲苯磺酸在對(duì)工件進(jìn)行粘接時(shí),粘接組分和固化劑的配比固化劑為磷酸時(shí),粘結(jié)劑中粘接組分與固化劑的比例為100克∶2-5毫升;固化劑為苯磺酰氯或?qū)妆交酋B葧r(shí),粘結(jié)劑中粘接組分與固化劑的比例為100克∶1-6克;固化劑為對(duì)甲苯磺酸時(shí),粘結(jié)劑中粘接組分與固化劑的比例為100克∶1-10克。
如上所述的酚醛樹脂是高溫炭化后的殘?zhí)柯蚀笥?5%的酚醛樹脂。
如上所述的呋喃樹脂是高溫炭化后的殘?zhí)柯蚀笥?0%的呋喃樹脂,最好是糠醇樹脂或糠醛樹脂。
如上所述的碳化硼的粒度范圍為2.5-63μm,純度為85-98%,二氧化硅的粒度范圍為20nm-10μm,純度大于90%。
本發(fā)明的室溫固化型高溫粘結(jié)劑的制備方法是將粘接組分按上述配比混合均勻,然后將固化劑按上述的粘結(jié)組分與固化劑的配比用量包裝。
本發(fā)明的高溫粘結(jié)劑的使用方法步驟如下(1)將炭材料的待粘結(jié)面用砂紙磨后清洗干凈,干燥,按粘接組分與固化劑的配比將二者攪拌均勻,制得粘結(jié)劑,在粘接面上雙面涂粘結(jié)劑后粘合;(2)初粘后的炭材料在室溫自然條件下靜置固化,根據(jù)固化劑種類和用量的不同,粘接樣品可在數(shù)小時(shí)到1天內(nèi)固化。
本發(fā)明的粘結(jié)劑與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)原料易得,選擇范圍寬,調(diào)制簡便,成本低廉;(2)初粘力強(qiáng),工藝簡單,施工方便,對(duì)設(shè)備不存在依賴性;(3)粘接部件的流體性能好,且粘接界面整體均勻受力,連接強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好;(4)耐熱溫度高,最高可達(dá)3000℃;(5)高溫?zé)崽幚砗蟮倪B接部件導(dǎo)電性能好;(6)該粘結(jié)劑的熱膨脹系數(shù)小,抗熱震性能良好;(7)本發(fā)明不權(quán)可以用于大尺寸或形狀復(fù)雜炭材料的連接,也可用于殘破炭制品的粘涂修復(fù),提高炭制品的使用率,降低原材料的損耗,節(jié)約成本;(8)因改性填料為具有抗氧化性質(zhì)的陶瓷,故粘接部位具有良好的抗氧化功能。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1(1)稱取10克酚醛樹脂(炭化殘?zhí)柯?6.5%),7.5克碳化硼(粒度2.5-3.5μm,純度85%)混合,滴加磷酸0.5毫升作為固化劑攪拌均勻,得到高溫粘結(jié)劑;(2)以高強(qiáng)高密高純石墨(“三高”石墨)為粘接材料,對(duì)待粘結(jié)石墨表面進(jìn)行清洗,干燥,雙面涂膠后,粘合;(3)初粘接石墨部件在室溫條件下晾置10小時(shí)固化;(4)對(duì)室溫固化后的石墨樣品以6-10℃/min的升溫速率升高到不同溫度的高溫環(huán)境中,放置30-120分鐘,取出測(cè)其粘接剪切強(qiáng)度,結(jié)果見表1。
實(shí)施例2(1)稱取10克酚醛樹脂(炭化殘?zhí)柯?6.5%),12克碳化硼(粒度55-63μm,純度98%)混合,滴加磷酸1毫升作為固化劑攪拌均勻,得到高溫粘結(jié)劑;(2)以高強(qiáng)高密高純石墨(T705石墨)為粘接材料,對(duì)待粘結(jié)石墨表面進(jìn)行清洗,干燥,雙面涂膠后,粘合;(3)初粘接石墨部件在室溫條件下晾置5小時(shí)固化;(4)對(duì)室溫固化后的石墨樣品以6-10℃/min的升溫速率升高到不同溫度的高溫環(huán)境中,放置30-120分鐘,取出測(cè)其粘接剪切強(qiáng)度,結(jié)果見表1。
實(shí)施例3(1)稱取10克糠醇樹脂(炭化殘?zhí)柯?1%),10克碳化硼(粒度2.5-3.5μm,純度85%)混合,0.5克二氧化硅(粒度20-40μm,純度99%)混合,滴加磷酸0.2毫升作為固化劑攪拌均勻,得到高溫粘結(jié)劑;(2)以高強(qiáng)高密高純石墨(T705石墨)為粘接材料,對(duì)待粘結(jié)石墨表面進(jìn)行清洗,干燥,雙面涂膠后,粘合;(3)初粘接石墨部件在室溫條件下晾置4小時(shí)固化;(4)對(duì)室溫固化后的石墨樣品以6-10℃/min的升溫速率升高到不同溫度的高溫環(huán)境中,放置30-120分鐘,取出測(cè)其粘接剪切強(qiáng)度,結(jié)果見表1。
實(shí)施例4(1)稱取10克糠醇樹脂(炭化殘?zhí)柯?6.5%),7.5克碳化硼(粒度2.5-3.5μm,純度85%)混合,0.5克二氧化硅(粒度20-40μm,純度99%)混合,滴加磷酸0.5毫升作為固化劑攪拌均勻,得到高溫粘結(jié)劑;(2)以核反應(yīng)堆用垛體石墨(K18粗晶石墨)為粘接材料,對(duì)待粘結(jié)石墨表面進(jìn)行清洗,干燥,雙面涂膠后,粘合;(3)初粘接石墨部件在室溫條件下晾置12小時(shí)固化;(4)對(duì)室溫固化后的石墨樣品以6-10℃/min的升溫速率升高到不同溫度的高溫環(huán)境中,放置30-120分鐘,取出測(cè)其粘接剪切強(qiáng)度,結(jié)果見表1。
實(shí)施例5(1)稱取10克酚醛樹脂(炭化殘?zhí)柯?5%),10克碳化硼(粒度2.5-3.5μm,純度85%)混合,0.25克二氧化硅(粒度1-10μm,純度90%)混合,再添加1克苯磺酰氯作為固化劑攪拌均勻,得到高溫粘結(jié)劑;(2)以高應(yīng)變石墨(細(xì)晶石墨)為粘接材料。對(duì)待粘結(jié)石墨表面進(jìn)行清洗,干燥,雙面涂膠后,粘合;(3)初粘接石墨部件在室溫條件下晾置12小時(shí)固化;(4)對(duì)室溫固化后的石墨樣品以6-10℃/min的升溫速率升高到不同溫度的高溫環(huán)境中,放置30-120分鐘,取出測(cè)其粘接剪切強(qiáng)度,結(jié)果見表1。
實(shí)施例6(1)稱取10克酚醛樹脂(炭化殘?zhí)柯?6.5%),10克碳化硼(粒度2.5-3.5μm,純度85%)混合,0.2克二氧化硅(粒度1-10μm,純度90%)混合,再添加2克對(duì)甲苯酸作為固化劑攪拌均勻,得到高溫粘結(jié)劑;(2)以高應(yīng)變石墨(細(xì)晶石墨)為粘接材料。對(duì)待粘結(jié)石墨表面進(jìn)行清洗,干燥,雙面涂膠后,粘合;(3)初粘接石墨部件在室溫條件下晾置15小時(shí)固化;(4)對(duì)室溫固化后的石墨樣品以6-10℃/min的升溫速率升高到不同溫度的高溫環(huán)境中,放置30-120分鐘,取出測(cè)其粘接剪切強(qiáng)度,結(jié)果見表1。
表1
實(shí)施例7(1)以實(shí)施例1-6中配制的室溫固化型高溫粘結(jié)劑粘接石墨材料,在室溫晾置固化后,送入石墨化爐中進(jìn)行2800℃的高溫處理(抽真空),考察其耐熱性能;(2)對(duì)出爐后的粘接樣品進(jìn)行剪切強(qiáng)度測(cè)試,和實(shí)施例1-6中的粘接性能相比,由于粘接膠層的石墨化,剪切強(qiáng)度有所降低,但強(qiáng)度也在1.7-2.3Mpa;(3)根據(jù)四探針法對(duì)上述高溫處理后的粘接樣品進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試,粘接膠層的電阻率在8-11μΩ·m,和石墨材料的導(dǎo)電性能一致。
權(quán)利要求
1.一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑,包括粘接組分和固化劑兩種組分,其特征在于粘接組分由酚醛樹脂或呋喃樹脂與碳化硼或碳化硼和二氧化硅組成,其重量比為酚醛樹脂或呋喃樹脂∶碳化硼∶二氧化硅=100∶50-150∶0-10;固化劑是磷酸、苯磺酰氯、對(duì)甲苯磺酰氯、對(duì)甲苯磺酸,在對(duì)工件進(jìn)行粘接時(shí),粘接組分和固化劑的配比為固化劑為磷酸時(shí),粘接組分與固化劑的比例為100克∶2-5毫升;固化劑為苯磺酰氯或?qū)妆交酋B葧r(shí),粘接組分與固化劑的比例為100克∶1-6克;固化劑為對(duì)甲苯磺酸時(shí),粘接組分與固化劑的比例為100克∶1-10克。
2.如權(quán)利要求1所述的一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑,其特征在于所述的酚醛樹脂是高溫炭化后的殘?zhí)柯蚀笥?5%的酚醛樹脂。
3.如權(quán)利要求1所述的一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑,其特征在于所述的呋喃樹脂是高溫炭化后的殘?zhí)柯蚀笥?0%的呋喃樹脂。
4.如權(quán)利要求1或3所述的一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑,其特征在于所述的呋喃樹脂是糠醇樹脂或糠醛樹脂。
5.如權(quán)利要求1所述的一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑,其特征在于所述的碳化硼的粒度范圍為2.5-63μm,純度為85-98%,二氧化硅的粒度范圍為20nm-10μm,純度大于90%。
全文摘要
一種室溫固化型高溫粘結(jié)劑,粘接組分由酚醛樹脂或呋喃樹脂與碳化硼或碳化硼和二氧化硅組成,將粘接組分混合均勻,包裝。本發(fā)明具有原料易得,選擇范圍寬,調(diào)制簡便,成本低廉,初粘力強(qiáng),工藝簡單,施工方便,連接強(qiáng)度高,穩(wěn)定性好,耐熱溫度高,最高可達(dá)3000℃等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09J161/00GK1428391SQ0113168
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者劉朗, 王繼剛, 郭全貴, 宋進(jìn)仁 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所