【中國幕墻網】
陶瓷材料具有
耐熱性、
耐磨損性、
耐腐蝕性優(yōu)異及
強度高的優(yōu)點，在汽車、航空航天、電子等領域有著廣泛的應用，尤其是在1000℃以上的應用環(huán)境中，比
合金更有優(yōu)勢［1—5］。但陶瓷材料的
脆性和低延展性限制了它在大尺寸和復雜形狀結
構件中的應用，因而
鉚接、
焊接和
粘接等連接技術在陶瓷材料的應用中顯得尤為重要［2，6—7］。其中耐
高溫膠粘劑粘接技術最為方便、有效，它有效地克服了傳統(tǒng)工藝帶來的容易
應力集中、
熱膨脹系數不匹配、連接強度低等缺陷。耐高溫
膠粘劑主要分為無機和有機兩類。無機膠粘劑一般可承受1000℃以上的高溫，但粘接性能差、較脆且
固化溫度高，有時需采用一些特殊的接頭形式，給實際操作應用帶來很多限制;而有機膠粘劑雖然有著優(yōu)異的粘接性能，但其
耐熱溫度一般不超過500℃，不利于在較高溫度下應用［8—11］。因而，
改性耐高溫膠粘劑成了近年來研究的熱點。
目前，已經有耐高溫膠粘劑用于陶瓷材料的粘接，例如卡十硼烷改性
酚醛樹脂［4］、B4C改性酚醛
樹脂等，其使用溫度可達1000℃，而且有著較高的
粘接強度，但是固化條件較為苛刻［9—10，12］。所以研制一種固化工藝簡單且綜合性能良好的耐高溫膠粘劑，具有很好的應用前景。
1·實驗
1．1膠粘劑的制備
將
有機硅樹脂和
環(huán)氧樹脂按一定比例混合，用二甲苯(用量為環(huán)氧樹脂質量的20%)作
溶劑，在90℃下用直流攪拌電機攪拌約30 min，混合均勻。將納米SiO2加入到無水乙醇中，滴入一定量的KH560，待無水乙醇揮發(fā)后，在
干燥箱中干燥30 min，將此改性后的納米SiO2加入到上述混合樹脂中，超聲分散處理40～60 min，即得膠粘劑的
改性樹脂膠體部分。向改性樹脂膠體中加入無機
填料(Al，B4C及
玻璃粉GP)、
催化劑二月桂酸二
丁基錫、
固化劑低分子
聚酰胺650等，攪拌均勻即制得膠粘劑。
為了確定各原料的用量，設計了四因素三水平的正交實驗。因素水平見表1，其中，改性納米SiO2的用量為占樹脂總質量的百分比。
1．2粘接陶瓷接頭
所用Al2O3陶瓷接頭的尺寸為20 mm×20 mm×5mm，先用80#和200#
砂紙打磨表面，再用丙酮溶液超聲清洗，以除去表面雜質，最后在80℃干燥箱中
烘烤1h，待用。
陶瓷接頭搭接方式如圖1所示，搭接長度為10mm。將制得的膠粘劑均勻涂抹在陶瓷接頭表面，然后粘接
固定，在65℃下固化4 h即可。
1．3分析測試
1)采用美國Nicolet公司的IN10TM傅立葉紅外測試儀對有機
硅樹脂、聚酰胺固化環(huán)氧樹脂、改性納米SiO2、聚酰胺固化改性樹脂膠體(后文稱“
有機硅/SiO2/環(huán)氧”)進行分析。
2)采用熱重分析儀，在空氣中
加熱，加熱速率為10℃/min，對環(huán)氧樹脂、混合樹脂(后文稱“有機硅/環(huán)氧”)及有機硅/SiO2/環(huán)氧進行熱重測試。
3)對粘接好的陶瓷接頭進行耐
熱處理，即從室溫加熱到1000℃，然后
保溫1 h，再隨爐
冷卻至室溫。采用微機控制電子萬能測試機對熱處理后的陶瓷接頭進行
剪切強度測試，加載速率為0．5 mm/s。4)
斷裂失效圖用佳能S100數碼相機拍攝。
2·結果與討論
2．1紅外分析
為紅外分析譜圖。在有機硅樹脂的紅外光譜中，存在804 cm－1處的Si—O—Si主鏈特征峰、846cm－1處的Si—C特征峰以及1000～1100 cm－1范圍內的有機硅Si—O鍵反對稱伸縮峰，這些是有機硅分子鏈的特征［13］。在環(huán)氧樹脂的紅外光譜中，829 cm－1和1430 cm－1處存在環(huán)氧丙烷C—O—C特征峰，1248cm－1處存在雙酚A型環(huán)氧特征峰，在1610～1370cm－1和1300～990 cm－1范圍內存在一些芳環(huán)面內
彎曲峰，在2924 cm－1和2853 cm－1處存在CH2的特征峰，這些是環(huán)氧樹脂的特征。在改性納米SiO2的紅外光譜中，1100 cm－1處存在Si—O鍵的特征峰，3440cm－1處存在—OH的特征峰，2930 cm－1和1643 cm－1處存在
甲基和NH基團的吸收峰，說明納米SiO2與KH560硅烷
偶聯(lián)劑發(fā)生反應，表面生成了有機物層，有機物層的存在可以極大地增強納米SiO2與有機硅、環(huán)氧樹脂的
相容性［14］。
在有機硅/SiO2/環(huán)氧的紅外光譜中，除存在上述三種有機硅分子鏈的特征峰以外，還存在829 cm－1和1430 cm－1處的環(huán)氧丙烷C—O—C特征峰、1610～1370 cm－1范圍內的芳環(huán)峰、2924 cm－1和2853 cm－1處的CH2基團特征峰，表明改性樹脂中同時含有機硅、納米SiO2和環(huán)氧的特征基團峰。光譜中不存在1248cm－1處的環(huán)氧特征峰，表明環(huán)氧基發(fā)生了開環(huán)反應。與納米SiO2的紅外光譜相比，3440 cm－1處的—OH特征峰減弱，證明納米SiO2和環(huán)氧分子鏈發(fā)生鍵合。以上分析說明，有機硅、納米SiO2和環(huán)氧間發(fā)生了交聯(lián)、鍵合、纏結等，實現(xiàn)了改性。
在環(huán)氧樹脂和有機硅/SiO2/環(huán)氧的紅外光譜中，出現(xiàn)了聚酰胺與環(huán)氧基團固化反應的產物基團特征峰———3300 cm－1處的多胺環(huán)氧加成物端伯胺基特征峰和1645 cm－1處的叔酰胺峰，表明環(huán)氧樹脂和有機硅/SiO2/環(huán)氧在固化劑聚酰胺的作用下都實現(xiàn)了65℃固化。
2．2有機硅樹脂和納米SiO2對膠粘劑耐熱性的影響
為熱重分析獲得的TG曲線。從TG曲線中得出熱分解5%的溫度，見表2。
從表2中的數據可以看出，有機硅樹脂改性環(huán)氧樹脂后，熱分解5%溫度提高了45℃，納米SiO2的再改性使熱分解5%的溫度進一步提高11．5℃。而且改性后，800℃的
熱失重剩余量明顯提高，尤其有機硅/SiO2/環(huán)氧800℃的熱失重剩余量達50%。這是由于有機硅中Si—O的鍵能(451．4 kJ/mol)遠大于C—C的鍵能(355．3 kJ/mol)，大大增強了
熱穩(wěn)定性，因此有機硅的改性明顯提高了耐熱性。而經過KH560改性的納米SiO2含有羥基，能與有機硅/環(huán)氧發(fā)生吸附、鍵合等作用，大量納米SiO2可分散在有機硅/環(huán)氧的交聯(lián)體系中，對交聯(lián)體系的束縛力大大提高，又因為納米SiO2是無機納米材料，本身有著優(yōu)異的耐熱性能，因此能使膠粘劑的耐熱性能進一步提高。
2．3各原料用量的確定
當有機硅樹脂與環(huán)氧樹脂的配比為9∶1時，膠粘劑的性能較優(yōu)。其原因是，相比環(huán)氧基團，有機硅的Si—O—Si主鏈需要更高的能量才能被破壞，有機硅樹脂含量越多，
剪切強度越好。
硅烷偶聯(lián)劑KH560改性后的納米SiO2用量為3%時，膠粘劑性能較優(yōu)，過多或過少都不好。這是因為納米SiO2尺寸小，比表面積大，適量的納米SiO2可較好地分散在有機硅改性環(huán)氧樹脂中，并與樹脂中的分子鏈發(fā)生吸附和鍵合作用，很好地改善樹脂的
韌性和耐熱性能，從而增強粘接強度。但是當納米SiO2過多時，自身容易發(fā)生團聚，在膠體體系中分散不均勻，從而使接頭的粘接強度降低［14—15］。
上一頁12下一頁
