CN106634626B - 酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,它涉及磷酸盐胶黏剂的制备方法。它要解决现有磷酸盐胶黏剂存在的问题。方法:一、制备醇溶型磷酸二氢铬铝基体;二、制备酚醛树脂溶液;三、二者混合后得到复合醇溶型磷酸树脂;四、制备固化剂;五、复合醇溶型磷酸树脂与固化剂混匀,即完成。本发明中酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂,具有更高的粘结强度,更高的耐水性能,更低的介电损耗,同时制备所需的原料来源广泛,便宜易得,且成型工艺简单,便于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及磷酸盐胶黏剂的制备方法。
背景技术
随着航空、航天技术的不断进步,性能优异的耐高温胶黏剂成近年粘结材料领域的研究热点。耐高温胶黏剂有无机和有机胶黏剂两类。有机胶黏剂,通常以各类高聚物为基体,室温下具有优异的粘结性能,但是有机基体在高温环境中发生裂解,会使胶接结构失效。无机胶黏剂以硅酸盐和磷酸盐为主体,具有优异的耐热性能,但是粘结强度低。然而,基于两类胶黏剂各自优点制备无机/有机杂化型胶黏剂,有望实现具有良好耐热性能且粘接性能优异的胶黏剂。酚醛树脂(PF)是一种最早发现并获得广泛应用的合成树脂,其虽然具有良好的柔韧性、较高的结合强度、较低的固化温度等优点,但是其耐热性低。因此对于改性PF,国内外都进行了大量的研究,并在PF固化性能,力学性能及耐热性能上取得一定进展。无机磷酸盐类胶黏剂可用于粘接金属、陶瓷、复合材料及玻璃等众多材料,可室温或升温固化,具有耐高温性好,固化收缩率小等优点,但是在≥1000℃环境长时间使用的无机胶粘剂均为水基,对含有疏水涂层材料(疏水材料表面稳定接触角大于150°,滚动接触角小于10°)粘接时,由于水基胶黏剂不能润湿疏水涂层,因而胶黏剂并不能起到相应的粘接作用,粘接的各部分极易脱落。目前无机磷酸盐胶黏剂与树脂复合时可以表现出有机树脂的特点,易于与树脂复合,目前也有许多学者对无机磷酸盐与有机树脂的复合进行了研究。
发明内容
本发明目的是为了解决上述磷酸盐胶黏剂存在的问题,而提供酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法。
酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,按以下步骤实现:
一、按质量份数,将100份的工业级磷酸二氢铬铝溶液在80~100℃下减压旋蒸除去水溶剂,然后在磷酸二氢铬铝完全结晶后加入50~150份的无水乙醇,充分溶解,获得醇溶型磷酸二氢铬铝基体;
二、按质量份数,将100份的苯酚、80~150份的水加入到反应釜中,搅拌溶解后加入1~10份的催化剂,升温到65~75℃,然后取100~120份的甲醛并在1~2h内滴加完,再升温至75~80℃保持4h,所得产物用温水洗至中性,除去水分,得到酚醛树脂,然后将酚醛树脂溶解到乙酸乙酯中,得到酚醛树脂溶液;
三、按质量份数,将100份的醇溶型磷酸二氢铬铝基体与30份的酚醛树脂溶液混合,得到复合醇溶型磷酸树脂;
四、按质量份数,在50~100份的氧化铝中加入10~40份的氧化锆、10~40份的氧化铜和10~50份的碳化硅,混匀后获得固化剂;
五、按质量份数,在100份的复合醇溶型磷酸树脂中加入100~300份的固化剂,混匀,即完成酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备。
本发明中酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂,在1200℃时剪切强度达到最大值14.05MPa。在沸水水煮8h后,仍然保持粘接作用。介电常数:1.8~4.3(10GHz);介电损耗角正切tgδ:0.01-0.05(10GHz)。可见酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂具有更高的粘结强度,更高的耐水性能,更低的介电损耗,同时制备所需的原料来源广泛,便宜易得,且成型工艺简单,便于工业化生产。
附图说明
图1为实施例中两组胶黏剂在不同温度下处理SiC粘接件的剪切强度的柱状图,其中a表示含有0份酚醛树脂的胶黏剂,b表示含有30份酚醛树脂的胶黏剂。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,按以下步骤实现:
一、按质量份数,将100份的工业级磷酸二氢铬铝溶液在80~100℃下减压旋蒸除去水溶剂,然后在磷酸二氢铬铝完全结晶后加入50~150份的无水乙醇,充分溶解,获得醇溶型磷酸二氢铬铝基体;
二、按质量份数,将100份的苯酚、80~150份的水加入到反应釜中,搅拌溶解后加入1~10份的催化剂,升温到65~75℃,然后取100~120份的甲醛并在1~2h内滴加完,再升温至75~80℃保持4h,所得产物用温水洗至中性,除去水分,得到酚醛树脂,然后将酚醛树脂溶解到乙酸乙酯中,得到酚醛树脂溶液;
三、按质量份数,将100份的醇溶型磷酸二氢铬铝基体与30份的酚醛树脂溶液混合,得到复合醇溶型磷酸树脂;
四、按质量份数,在50~100份的氧化铝中加入10~40份的氧化锆、10~40份的氧化铜和10~50份的碳化硅,混匀后获得固化剂;
五、按质量份数,在100份的复合醇溶型磷酸树脂中加入100~300份的固化剂,混匀,即完成酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤一中将100份的工业级磷酸二氢铬铝溶液在90℃下减压旋蒸除去水溶剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤一中在磷酸二氢铬铝完全结晶后加入100份的无水乙醇。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤二中将100份的苯酚、100份的水加入到反应釜中,搅拌溶解后加入5份的催化剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤二中催化剂为浓盐酸或质量浓度为20%~40%的硫酸。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤二中升温到70℃,然后取110份的甲醛并在1.5h内滴加完,再升温至78℃保持4h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤二中酚醛树脂与乙酸乙酯的质量比为1:1。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤四中在60份的氧化铝中加入10份的氧化锆、10份的氧化铜和20份的碳化硅。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤四中氧化铝的粒径为80~150nm;氧化锆的粒径为60~120nm;氧化铜的粒径为40~70nm;碳化硅的粒径为90~120nm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一不同的是,步骤五中在100份的复合醇溶型磷酸树脂中加入200份的固化剂。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例
酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,按以下步骤实现:
一、按质量份数,将100份的工业级磷酸二氢铬铝溶液在80~100℃下减压旋蒸除去水溶剂,然后在磷酸二氢铬铝完全结晶后加入100份的无水乙醇,充分溶解,获得醇溶型磷酸二氢铬铝基体;
二、按质量份数,将100份的苯酚、100份的水加入到反应釜中,搅拌溶解后加入5份的催化剂,升温到65~75℃,然后取110份的甲醛并在1.5h内滴加完,再升温至80℃保持4h,所得产物用温水洗至中性,除去水分,得到酚醛树脂,然后将酚醛树脂溶解到乙酸乙酯中,得到酚醛树脂溶液;
三、按质量份数,将100份的醇溶型磷酸二氢铬铝基体与30份的酚醛树脂溶液混合,得到复合醇溶型磷酸树脂;
四、按质量份数,在50份的氧化铝中加入15份的氧化锆、15份的氧化铜和20份的碳化硅,混匀后获得固化剂;
五、按质量份数,在100份的复合醇溶型磷酸树脂中加入200份的固化剂,混匀,即完成酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备。
本实施例中制备所得酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂,进行性能测试:
(1)主要通过粘接碳化硅试片,测其不同温度下的剪切强度;
(2)通过水煮试验后测其剪切强度,考察胶黏剂的耐水性能;
(3)通过高温介电测量仪测其介电系数及介电损耗。
测试结果显示:
(1)含有0份和含有30份酚醛树脂的改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的粘接试样经200~1500℃热处理后的剪切强度,从图1中可见,剪切强度随温度的升高先升高再降低。加入酚醛树脂明显提高了胶黏剂的剪切强度,粘接试样经200℃固化后的室温剪切强度为8.41MPa,经800℃和1000℃温度处理后,剪切强度逐渐增大,在1200℃时剪切强度达到最大值14.05MPa,但温度继续升高到1500℃时,试样的剪切强度明显降低,这是由于磷酸盐立体结构破坏和粘结层烧结致密化引起体积收缩而在粘接界面形成微观裂纹导致的;但是由于生成更多的碳化硅,增强了粘接作用,剪切强度仍达到7.20MPa。实验在1000~1200℃得到的结果表现更高的粘接强度。
(2)沸水8h水煮后的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的剪切强度如表1所示,可以看到,在沸水水煮8h后,胶黏剂的力学强度下降,0份试片粘接处自行断裂,失去力学强度,酚醛树脂的加入起到了一定的粘接作用,提高了胶黏剂的力学强度。
表1
(3)介电常数:4.3(10GHz);
介电损耗角正切tgδ:0.01(10GHz)。
Claims (8)
1.酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于它按以下步骤实现:
一、按质量份数,将100份的工业级磷酸二氢铬铝溶液在80~100℃下减压旋蒸除去水溶剂,然后在磷酸二氢铬铝完全结晶后加入50~150份的无水乙醇,充分溶解,获得醇溶型磷酸二氢铬铝基体;
二、按质量份数,将100份的苯酚、80~150份的水加入到反应釜中,搅拌溶解后加入1~10份的催化剂,升温到65~75℃,然后取100~120份的甲醛并在1~2h内滴加完,再升温至75~80℃保持4h,所得产物用温水洗至中性,除去水分,得到酚醛树脂,然后将酚醛树脂溶解到乙酸乙酯中,得到酚醛树脂溶液;
三、按质量份数,将100份的醇溶型磷酸二氢铬铝基体与30份的酚醛树脂溶液混合,得到复合醇溶型磷酸树脂;
四、按质量份数,在50~100份的氧化铝中加入10~40份的氧化锆、10~40份的氧化铜和10~50份的碳化硅,混匀后获得固化剂;
五、按质量份数,在100份的复合醇溶型磷酸树脂中加入100~300份的固化剂,混匀,即完成酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备;
其中步骤二中酚醛树脂与乙酸乙酯的质量比为1:1;
步骤四中氧化铝的粒径为80~150nm;氧化锆的粒径为60~120nm;氧化铜的粒径为40~70nm;碳化硅的粒径为90~120nm。
2.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤一中将100份的工业级磷酸二氢铬铝溶液在90℃下减压旋蒸除去水溶剂。
3.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤一中在磷酸二氢铬铝完全结晶后加入100份的无水乙醇。
4.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤二中将100份的苯酚、100份的水加入到反应釜中,搅拌溶解后加入5份的催化剂。
5.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤二中催化剂为浓盐酸或质量浓度为20%~40%的硫酸。
6.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤二中升温到70℃,然后取110份的甲醛并在1.5h内滴加完,再升温至78℃保持4h。
7.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤四中在60份的氧化铝中加入10份的氧化锆、10份的氧化铜和20份的碳化硅。
8.根据权利要求1所述的酚醛树脂改性耐高温醇溶型磷酸盐胶黏剂的制备方法,其特征在于步骤五中在100份的复合醇溶型磷酸树脂中加入200份的固化剂。
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