专利名称：一种室温固化型高温粘结剂的制作方法
技术领域：
本发明属于粘结剂，具体地说是涉及用于炭材料粘接的一种室温固化型的耐热高强度粘结剂。
炭材料具有强度随使用环境温度的上升而上升的特性，以及比强度大、比模量高，导电导热性能好等突出的高温热物理性能，因此多作为高温结构材料或功能部件而广泛应用在高温领域。但炭材料本身特有的脆性使其在加工生产大尺寸或形状复杂的炭制品时多有不便。而现在常用的连接技术，如螺栓连接、铆接等，由于在材料表面打孔而造成材料的局部性能劣化，在使用过程中极易因应力集中而导致破坏，造成原材料的浪费、成本的提高，同时也不适应部件装置小型化，轻量化的要求，外观流体性能也受到影响；焊接或固态钎焊技术虽实现了连接界面的整体承受载荷，但惰性的石墨材料与焊料间存在物理、化学相容性等难题，且焊料选择不易，工艺复杂，对设备的使用有特殊的要求，且其连接强度并不是很理想。而使用粘接技术，具有工艺简单，施工方便，价格低廉，使用范围广，因粘接界面整体承受载荷而使承载能力提高，使用寿命延长等特点，并且可根据使用要求的变化，调整粘结剂的组成或配比，实现导电、导热、密封等功能性连接。随军事、航空、航天、核工业等行业的发展，炭材料在高温领域的应用越来越多。但目前使用的高温粘结剂一般固化温度高，操作及处理条件要求较高。如主要研究高温陶瓷材料的美国阿累姆柯产品公司(Amerco.Products.Inc.)，其生产的超高温粘结剂(ultratemp adhesive)是一种使用温度为2427℃的高温粘结剂，虽然耐热温度达到2000℃，但COPNA树脂价格昂贵，成本较高，且需在150℃条件下进行粘接工序，在180℃条件固化，并需要进行等离子溅涂等表面处理以及要在1000℃高温长时间炭化处理。即使目前开发的低温固化的高温粘结剂，也存在固化时间长，使用温度低等缺点。如俄罗斯国家石墨结构研究院开发的UzMK系列胶虽实现了室温固化，但固化时间长达数天，且耐热温度不超过1000℃，цмк系列胶虽能在保护气下于1300-1600℃下工作，但仍需在1-2个大气压下固化3天，且高温强度较低。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种成本低，工艺简单的室温固化型耐热高强度粘结剂。
本发明的粘结剂包括粘接组分和固化剂两种组分；粘接组分由酚醛树脂或呋喃树脂与碳化硼或碳化硼和二氧化硅组成，其重量比为酚醛树脂或呋喃树脂∶碳化硼∶二氧化硅＝100∶50-150∶0-10；固化剂是磷酸、苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯、对甲苯磺酸在对工件进行粘接时，粘接组分和固化剂的配比固化剂为磷酸时，粘结剂中粘接组分与固化剂的比例为100克∶2-5毫升；固化剂为苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯时，粘结剂中粘接组分与固化剂的比例为100克∶1-6克；固化剂为对甲苯磺酸时，粘结剂中粘接组分与固化剂的比例为100克∶1-10克。
如上所述的酚醛树脂是高温炭化后的残炭率大于45％的酚醛树脂。
如上所述的呋喃树脂是高温炭化后的残炭率大于50％的呋喃树脂，最好是糠醇树脂或糠醛树脂。
如上所述的碳化硼的粒度范围为2.5-63μm，纯度为85-98％，二氧化硅的粒度范围为20nm-10μm，纯度大于90％。
本发明的室温固化型高温粘结剂的制备方法是将粘接组分按上述配比混合均匀，然后将固化剂按上述的粘结组分与固化剂的配比用量包装。
本发明的高温粘结剂的使用方法步骤如下(1)将炭材料的待粘结面用砂纸磨后清洗干净，干燥，按粘接组分与固化剂的配比将二者搅拌均匀，制得粘结剂，在粘接面上双面涂粘结剂后粘合；(2)初粘后的炭材料在室温自然条件下静置固化，根据固化剂种类和用量的不同，粘接样品可在数小时到1天内固化。
本发明的粘结剂与现有技术相比具有如下优点
(1)原料易得，选择范围宽，调制简便，成本低廉；(2)初粘力强，工艺简单，施工方便，对设备不存在依赖性；(3)粘接部件的流体性能好，且粘接界面整体均匀受力，连接强度高，稳定性好；(4)耐热温度高，最高可达3000℃；(5)高温热处理后的连接部件导电性能好；(6)该粘结剂的热膨胀系数小，抗热震性能良好；(7)本发明不权可以用于大尺寸或形状复杂炭材料的连接，也可用于残破炭制品的粘涂修复，提高炭制品的使用率，降低原材料的损耗，节约成本；(8)因改性填料为具有抗氧化性质的陶瓷，故粘接部位具有良好的抗氧化功能。
具体实施例方式实施例1(1)称取10克酚醛树脂(炭化残炭率46.5％)，7.5克碳化硼(粒度2.5-3.5μm，纯度85％)混合，滴加磷酸0.5毫升作为固化剂搅拌均匀，得到高温粘结剂；(2)以高强高密高纯石墨(“三高”石墨)为粘接材料，对待粘结石墨表面进行清洗，干燥，双面涂胶后，粘合；(3)初粘接石墨部件在室温条件下晾置10小时固化；(4)对室温固化后的石墨样品以6-10℃/min的升温速率升高到不同温度的高温环境中，放置30-120分钟，取出测其粘接剪切强度，结果见表1。
实施例2(1)称取10克酚醛树脂(炭化残炭率46.5％)，12克碳化硼(粒度55-63μm，纯度98％)混合，滴加磷酸1毫升作为固化剂搅拌均匀，得到高温粘结剂；(2)以高强高密高纯石墨(T705石墨)为粘接材料，对待粘结石墨表面进行清洗，干燥，双面涂胶后，粘合；(3)初粘接石墨部件在室温条件下晾置5小时固化；(4)对室温固化后的石墨样品以6-10℃/min的升温速率升高到不同温度的高温环境中，放置30-120分钟，取出测其粘接剪切强度，结果见表1。
实施例3(1)称取10克糠醇树脂(炭化残炭率51％)，10克碳化硼(粒度2.5-3.5μm，纯度85％)混合，0.5克二氧化硅(粒度20-40μm，纯度99％)混合，滴加磷酸0.2毫升作为固化剂搅拌均匀，得到高温粘结剂；(2)以高强高密高纯石墨(T705石墨)为粘接材料，对待粘结石墨表面进行清洗，干燥，双面涂胶后，粘合；(3)初粘接石墨部件在室温条件下晾置4小时固化；(4)对室温固化后的石墨样品以6-10℃/min的升温速率升高到不同温度的高温环境中，放置30-120分钟，取出测其粘接剪切强度，结果见表1。
实施例4(1)称取10克糠醇树脂(炭化残炭率46.5％)，7.5克碳化硼(粒度2.5-3.5μm，纯度85％)混合，0.5克二氧化硅(粒度20-40μm，纯度99％)混合，滴加磷酸0.5毫升作为固化剂搅拌均匀，得到高温粘结剂；(2)以核反应堆用垛体石墨(K18粗晶石墨)为粘接材料，对待粘结石墨表面进行清洗，干燥，双面涂胶后，粘合；(3)初粘接石墨部件在室温条件下晾置12小时固化；(4)对室温固化后的石墨样品以6-10℃/min的升温速率升高到不同温度的高温环境中，放置30-120分钟，取出测其粘接剪切强度，结果见表1。
实施例5(1)称取10克酚醛树脂(炭化残炭率55％)，10克碳化硼(粒度2.5-3.5μm，纯度85％)混合，0.25克二氧化硅(粒度1-10μm，纯度90％)混合，再添加1克苯磺酰氯作为固化剂搅拌均匀，得到高温粘结剂；(2)以高应变石墨(细晶石墨)为粘接材料。对待粘结石墨表面进行清洗，干燥，双面涂胶后，粘合；(3)初粘接石墨部件在室温条件下晾置12小时固化；(4)对室温固化后的石墨样品以6-10℃/min的升温速率升高到不同温度的高温环境中，放置30-120分钟，取出测其粘接剪切强度，结果见表1。
实施例6(1)称取10克酚醛树脂(炭化残炭率46.5％)，10克碳化硼(粒度2.5-3.5μm，纯度85％)混合，0.2克二氧化硅(粒度1-10μm，纯度90％)混合，再添加2克对甲苯酸作为固化剂搅拌均匀，得到高温粘结剂；(2)以高应变石墨(细晶石墨)为粘接材料。对待粘结石墨表面进行清洗，干燥，双面涂胶后，粘合；(3)初粘接石墨部件在室温条件下晾置15小时固化；(4)对室温固化后的石墨样品以6-10℃/min的升温速率升高到不同温度的高温环境中，放置30-120分钟，取出测其粘接剪切强度，结果见表1。
表1
实施例7(1)以实施例1-6中配制的室温固化型高温粘结剂粘接石墨材料，在室温晾置固化后，送入石墨化炉中进行2800℃的高温处理(抽真空)，考察其耐热性能；(2)对出炉后的粘接样品进行剪切强度测试，和实施例1-6中的粘接性能相比，由于粘接胶层的石墨化，剪切强度有所降低，但强度也在1.7-2.3Mpa；(3)根据四探针法对上述高温处理后的粘接样品进行导电性能测试，粘接胶层的电阻率在8-11μΩ·m，和石墨材料的导电性能一致。
权利要求
1.一种室温固化型高温粘结剂，包括粘接组分和固化剂两种组分，其特征在于粘接组分由酚醛树脂或呋喃树脂与碳化硼或碳化硼和二氧化硅组成，其重量比为酚醛树脂或呋喃树脂∶碳化硼∶二氧化硅＝100∶50-150∶0-10；固化剂是磷酸、苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯、对甲苯磺酸，在对工件进行粘接时，粘接组分和固化剂的配比为固化剂为磷酸时，粘接组分与固化剂的比例为100克∶2-5毫升；固化剂为苯磺酰氯或对甲苯磺酰氯时，粘接组分与固化剂的比例为100克∶1-6克；固化剂为对甲苯磺酸时，粘接组分与固化剂的比例为100克∶1-10克。
2.如权利要求1所述的一种室温固化型高温粘结剂，其特征在于所述的酚醛树脂是高温炭化后的残炭率大于45％的酚醛树脂。
3.如权利要求1所述的一种室温固化型高温粘结剂，其特征在于所述的呋喃树脂是高温炭化后的残炭率大于50％的呋喃树脂。
4.如权利要求1或3所述的一种室温固化型高温粘结剂，其特征在于所述的呋喃树脂是糠醇树脂或糠醛树脂。
5.如权利要求1所述的一种室温固化型高温粘结剂，其特征在于所述的碳化硼的粒度范围为2.5-63μm，纯度为85-98％，二氧化硅的粒度范围为20nm-10μm，纯度大于90％。
全文摘要
一种室温固化型高温粘结剂，粘接组分由酚醛树脂或呋喃树脂与碳化硼或碳化硼和二氧化硅组成，将粘接组分混合均匀，包装。本发明具有原料易得，选择范围宽，调制简便，成本低廉，初粘力强，工艺简单，施工方便，连接强度高，稳定性好，耐热温度高，最高可达3000℃等特点。
文档编号C09J161/00GK1428391SQ0113168
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者刘朗, 王继刚, 郭全贵, 宋进仁 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所