專利名稱：一種多孔炭基粘接劑及其制備方法和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粘接劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種粘接劑及其制備方法和使用方法。
背景技術(shù)：
炭纖維氈體因其突出的高溫保溫性能多作為高溫?zé)釄?chǎng)(1000 2000°C )的保溫材料。但炭纖維氈體需經(jīng)過(guò)多層疊加，粘接劑粘接固化后定型成為各種形狀的保溫制品，才能以滿足生產(chǎn)需要。隨著軍事、航空航天、多單晶硅等行業(yè)的發(fā)展，炭材料在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多，它們之間的連接也是研究和開(kāi)發(fā)的重要方面之一。而粘接是一種簡(jiǎn)單、易行的方式，國(guó)際上各個(gè)國(guó)家竟相開(kāi)發(fā)研制應(yīng)用于炭材料的高溫粘接劑。但是目前傳統(tǒng)使用的高溫粘接劑應(yīng)用于高溫保溫材料方面就存在一些缺點(diǎn)高溫粘接劑多以環(huán)氧、酚醛等樹(shù)脂作為粘接劑的主體，再輔以高純石墨粉或者陶瓷粉末等耐熱填料，而粘接層隨著這些耐熱填料的加入尤其是高導(dǎo)熱系數(shù)填料的增加，而導(dǎo)致密度及導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)提高。這在經(jīng)粘接劑粘接的疊層炭氈上尤為突出，因?yàn)榀B層炭氈上粘接劑所占的重量百分比超過(guò)了 30%，密度狀況發(fā)生了較大的變化，導(dǎo)熱性能也發(fā)生了改變。為了獲得粘接的高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而刻意追求粘接劑層的內(nèi)聚強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)的致密性，最終導(dǎo)致保溫材料總體密度升高，而材料的導(dǎo)熱系數(shù)亦會(huì)隨密度的增加而增加，這顯然不利于高溫保溫行為。公開(kāi)號(hào)為U89813和公開(kāi)號(hào)為 1269390的兩個(gè)專利文件公開(kāi)了兩種高溫炭材料粘接劑的制作方法，這些粘接劑都具有高導(dǎo)熱特點(diǎn)，因而在高溫保溫方面不具有優(yōu)越性。高溫保溫材料想要獲得整體保溫性能的良好，就有必要在每一個(gè)層面都需要保持好的保溫性能。因此粘接層的保溫性能應(yīng)當(dāng)同樣重視，然而這一點(diǎn)往往被忽略。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種成本低、粘接工藝簡(jiǎn)單并具多孔炭結(jié)構(gòu)的多孔炭基粘接劑，該粘接劑能耐高溫且具保溫特性，該粘接劑可應(yīng)用于炭材料與炭材料，或炭材料與陶瓷之間的粘接。樹(shù)脂基多孔炭是一種具有大尺寸孔徑的網(wǎng)狀多孔材料，其炭形態(tài)為難石墨化的玻璃態(tài)炭，又稱為網(wǎng)狀玻璃質(zhì)炭泡沫。具有低的密度，較低的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的絕熱性能，是一種耐高溫又具有保溫特性的材料。材料的導(dǎo)熱系數(shù)和其密度成正比關(guān)系，因此保溫材料都是低密度的。泡沫狀的保溫材料本體強(qiáng)度并不高，對(duì)粘接劑內(nèi)聚強(qiáng)度的要求也不高， 只要與保溫材料本身的強(qiáng)度相當(dāng)即可。利用脲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)多樣性，通過(guò)共聚改性，經(jīng)高溫炭化后，脲醛樹(shù)脂殘留很少，形成大量孔洞，酚醛樹(shù)脂殘留炭較多并借助脲醛樹(shù)脂留下的孔洞形成多孔炭結(jié)構(gòu)，使粘接層的密度降低，可以獲得低導(dǎo)熱系數(shù)的粘接層。酚醛樹(shù)脂殘留炭是一種玻璃炭， 具有絕熱特性且耐熱溫度極高，與基體炭材料的物理、化學(xué)性質(zhì)相近。雖然其本體強(qiáng)度不太高，但作為本身強(qiáng)度也不是很高的保溫材料的粘接劑已經(jīng)可以滿足需要了。以此粘接劑固化后形成的粘接層就具備了粘接和絕熱保溫的雙重功能。同時(shí)，采用絕熱功能和低密度的填料對(duì)降低粘接層的導(dǎo)熱系數(shù)起到一定作用，粉狀的Si02、TiO2和炭黑粉的導(dǎo)熱系數(shù)較低， 具備了這樣的條件。本發(fā)明的粘接劑的原料組成為粘接樹(shù)脂為脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂，固體粉狀填料為粉狀Si02、TiO2、炭黑粉，固化劑為氯化銨；其中酚醛樹(shù)脂的用量為脲醛樹(shù)脂的15 100%， 固體粉狀填料比例為脲醛樹(shù)脂的15 75%，氯化銨的比例為脲醛樹(shù)脂的1 5%，本發(fā)明的粘接劑可應(yīng)用于炭材料與炭材料，或炭材料與陶瓷之間的粘接。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種上述多孔炭基粘接劑的制備方法，該制備方法簡(jiǎn)單方便，制造成本較低，無(wú)需大量的設(shè)備投入。本發(fā)明的粘接劑制備方法，包括以下步驟將各組分按質(zhì)量百分比加入到容器內(nèi)， 包括脲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂、固體粉狀填料，以及固化劑氯化銨，攪拌混合均勻。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述粘接劑的使用方法，該方法包括粘接劑的炭化和純化，經(jīng)過(guò)炭化和純化后制得的粘接劑導(dǎo)熱系數(shù)低，并且耐高溫。本發(fā)明的粘接劑的使用方法，包括以下步驟把加入了固化劑的上述粘接劑均勻涂在需要粘接的表面，壓緊，在100 200°C固化1 6小時(shí)，取出；然后將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)饣蛘邭鍤?，以TC /分鐘的加熱速度升溫至400 600°C，保溫1 4小時(shí)，進(jìn)行炭化；再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫，并抽真空，在1000°C 2000°C及 IOOOPa以下保溫1 4小時(shí)，純化完成后隨爐冷卻。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是利用價(jià)廉的脲醛樹(shù)脂在高溫炭化時(shí)殘留較少而酚醛樹(shù)脂高溫炭化時(shí)殘留碳較多的特點(diǎn)，脲醛樹(shù)脂炭化后留下大量孔洞，酚醛樹(shù)脂的殘留玻璃質(zhì)炭借助這些孔洞形成多孔炭，成為一層多孔、低密度的炭材料層，其熱導(dǎo)率較低，具有保溫和粘接的雙重功能。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，脲醛樹(shù)脂價(jià)格低廉，因此粘接劑成本較低，既可以解決炭素材料和炭/炭復(fù)合材料之間連接的問(wèn)題，且本發(fā)明的粘接劑具有保溫功能，給炭素材料和炭/炭復(fù)合材料的實(shí)際科研和生產(chǎn)帶來(lái)了方便，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例只是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步說(shuō)明，而非限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂15克，炭黑粉15克，攪拌均勻后加入5克20%的氯化銨溶液，繼續(xù)攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊。 然后放入100°C的烘箱中固化6小時(shí)。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)?，?I0C /分鐘的加熱速度升溫至400°C，保溫4小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至10001 以下，在1000°C保溫4小時(shí)后隨爐冷卻。在三疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度為0. 145g/ cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 178W/ m · K ；傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0. 179 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 204 ff/m · K。實(shí)施例2
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂40克，SiA粉25克，炭黑粉25克，攪拌均勻后加入10克 20%的氯化銨溶液，攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊。然后放入160°C的烘箱中固化3小時(shí)，取出，進(jìn)行炭化。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氬氣，以1°C /分鐘的加熱速度升溫至500°C，保溫3小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至1000 以下，在1600°C保溫3小時(shí)后隨爐冷卻。在五疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度為0. 150g/ cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 259W/ m · K ；傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0. 232 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 275 ff/m · K。實(shí)施例3
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂100克，SiO2粉25克，TiA粉30克，炭黑粉20克攪拌均勻后加入25克20%的氯化銨溶液，攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊，然后放入200°C的烘箱中固化1小時(shí)，取出。炭化及純化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)?，?°C /分鐘的加熱速度升溫至600°C，保溫1小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至1000 以下，在2000°C保溫 1小時(shí)后隨爐冷卻。在十疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度為0.217g/ cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 299W/ m · K ；傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0. 360 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 413 ff/m · K。實(shí)施例4
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂100克，TiA粉30克，炭黑粉20克攪拌均勻后加入25克 20%的氯化銨溶液，攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊，然后放入200°C的烘箱中固化1小時(shí)，取出。炭化及純化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)?，?°C /分鐘的加熱速度升溫至600°C，保溫1小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至1000 以下，在2000°C保溫1小時(shí)后隨爐冷卻。在五疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度0. 158g/cm3, 導(dǎo)熱系數(shù)為0. 262 W/ m · K ；傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0. 232g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0.275ff/m · K。實(shí)施例5
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂30克，SiA 20克，攪拌均勻后加入15克20%的氯化銨溶液，繼續(xù)攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊。然后放入150°C的烘箱中固化5小時(shí)，取出。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)猓?以1°C /分鐘的加熱速度升溫至500°C，保溫4小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至1000 以下，在1500°C保溫3小時(shí)后隨爐冷卻。在三疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度為0. 147g/ cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為0. 182W/ m · K ；傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0. 179 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 204 ff/m · K。實(shí)施例6
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂30克，TiO2 60克，攪拌均勻后加入5克20%的氯化銨溶液，繼續(xù)攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊。然后放入150°C的烘箱中固化5小時(shí)，取出。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)猓詌°c /分鐘的加熱速度升溫至500°C，保溫4小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至1000 以下，在1500°C保溫3小時(shí)后隨爐冷卻。在五疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度0. 167g/cm3, 導(dǎo)熱系數(shù)為0. 270 W/ m · K ；傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0. 232g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0.275ff/m · K。實(shí)施例7
將脲醛樹(shù)脂100克，酚醛樹(shù)脂80克，Si0215克，TiO2 30克，攪拌均勻后加入，10克20% 的氯化銨溶液，繼續(xù)攪拌至均勻。粘接和固化將上述混合物均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊。然后放入120°C的烘箱中固化5小時(shí)，取出。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)?，?°C /分鐘的加熱速度升溫至600°C，保溫4小時(shí)，進(jìn)行炭化。純化再以 0. 5°C /分鐘的升溫速度升溫并抽真空至1000 以下，在1500°C保溫3小時(shí)后隨爐冷卻。在十疊層炭氈上測(cè)試室溫導(dǎo)熱系數(shù)，本發(fā)明粘接劑粘接后體積密度為0.2Mg/ cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為0.316 W/ πι·Κ;傳統(tǒng)粘接劑對(duì)照樣粘接后體積密度為0.360 g/cm3,導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 413 ff/m · K。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種多孔炭基粘接劑，其原料組成包括粘接樹(shù)脂為脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂，固體粉狀填料，固化劑為氯化銨；其質(zhì)量百分比為酚醛樹(shù)脂的用量為脲醛樹(shù)脂的15 100%，固體粉狀填料的用量為脲醛樹(shù)脂的15 75%，氯化銨的用量為脲醛樹(shù)脂的1 5%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為粉狀Si02。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為粉狀Ti02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為炭黑粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為粉狀S^2與炭黑粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為粉狀TiA與炭黑粉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為粉狀SiO2與 Ti02。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑，其所述的固體粉狀填料為粉狀Si02、TiO2 與炭黑粉。
9.一種制備權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑的方法，包括以下步驟按照質(zhì)量組分在容器中依次加入脲醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、固體粉狀填料、氯化銨，攪拌混合至均勻。
10.一種權(quán)利要求1所述的多孔炭基粘接劑的使用方法，包括以下步驟a)粘接和固化將粘接劑均勻涂在需要粘接的材料表面上，壓緊，然后放入100 200°C的烘箱中固化1 6小時(shí)，取出；b)炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮?dú)饣驓鍤?，?°C/分鐘的加熱速度升溫至400 600°C，保溫1 4小時(shí)，進(jìn)行炭化；c)純化以0.50C /分鐘的升溫速度升溫，并抽真空，在1000°C 2000°C及10001 以下保溫1 4小時(shí)，純化完成后隨爐冷卻。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多孔炭基粘接劑及其制備方法和使用方法，該粘接劑的原料組成為粘接樹(shù)脂、固體粉狀填料、固化劑，其中粘接樹(shù)脂為脲醛樹(shù)脂和酚醛樹(shù)脂，固體粉狀填料為粉狀SiO2、TiO2，炭黑粉，固化劑為氯化銨；其中酚醛樹(shù)脂的用量為脲醛樹(shù)脂的15～100%，固體粉狀填料的用量的比例為脲醛樹(shù)脂的15～75%，氯化銨的比例為脲醛樹(shù)脂的1～5%，經(jīng)過(guò)高溫炭化和真空純化后，該粘接劑能耐高溫且具有保溫特性，其制備方法和使用方法簡(jiǎn)單方便，投入少，該粘接劑可應(yīng)用于炭材料與炭材料，或炭材料與陶瓷之間的高溫粘接。
文檔編號(hào)C09J161/24GK102533187SQ20121000318
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月7日
發(fā)明者劉哲, 李崇新, 李靖靖, 沈鐳, 趙峰, 趙祥志, 高廣穎 申請(qǐng)人:益陽(yáng)祥瑞科技有限公司