目前,民用市场开始逐渐关注耐高温胶黏剂,希望固化后的胶水可以在200℃,400℃,甚至600℃以上的高温下,持续保持较高的粘接力。
然而,在胶黏剂展会上走了一遍,咨询了各大胶黏剂制造商是否有耐300℃以上的商业化胶黏剂,得到的答复都是摇摇头。
所以,相比而言,高耐热胶黏剂在市场上还是一片“蓝海”。
之前我们介绍过一篇“超高耐温酚醛胶黏剂:1000℃下仍有 1.7MPa粘接强度”(点击链接,即可打开文章阅读):
今天我们再推荐一个胶黏剂界的黑科技:在1000℃下加热10min后测试,胶水仍有10MPa的剪切粘接强度。
该胶水由黑龙江省科学院王超团队研制:A组份为自制的稀土改性醇溶性磷酸盐添加一定份数的酚醛树脂、有机硅树脂、磷腈环氧树脂作为树脂基体,B组份为耐高温填料(三氧化二铝、碳化硼为主体,可与稀土改性醇溶性磷酸盐固化的三氧化二铝短切纤维和氮化硅短切纤维为增韧剂)。使用时,A、B组份按照100:120比例混合均匀,即得到耐高温胶黏剂。
胶水粘接SiC基材后 (搭接面积25x12mm),在80℃下固化4小时即可完全固化。
研究者在不同温度下加热搭接样件10min后,测试剪切强度,结果如下图所示:
从上图可见,随着测试温度的提高,胶水对SiC基材的粘接剪切强度呈先下降而后上升的趋势。
在常温下,粘接强度为15MPa;当温度升高到400℃时,粘接强度下降到8MPa。这很可能是因为在此温度下,体系内的有机组份(树脂部分)发生了分解,造成胶水本体内部出现大量缺陷孔洞,因而削弱了粘接性能。
当温度继续升高到600和800℃时,体系的粘接强度又出现较大程度的上升。研究者认为,这可能是由于胶水中的碳化硼(B4C)与空气中的O2 及树脂分解产生CO,H2O 等发生氧化反应生成B2O3,其较好的流动性及润湿性,能够渗入空洞及裂纹,使得胶层内部致密度得到提升,有效抑制树脂裂解所产生的体积收缩,从而提高了粘接强度。此温度范围内,胶黏剂发生了从有机结构向无机结构的转变。
然而,当温度继续升高到1000℃时,剪切强度又下降到10MPa;这可能是因为具有流动性的B2O3 在此温度下发生挥发现象,导致粘结层内B2O3 含量下降,胶层内部缺陷增加,最终导致剪切强度下降。
总的来说,当环境温度在200℃以内时,胶水对基材的粘接力主要由有机组分提供;当温度提高到400℃以上后,粘接强度则由胶层中的无机组份来维持。
参考文献:
贾新亮,耐热胶黏剂制备及性能研究,化学与黏合,2018,40(10): 343-345
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