乙烯基陶瓷前驅(qū)體改性酚醛膠黏劑性能研究

王勃，曹先啟，李博弘，陳澤明，王超

（1.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，哈爾濱150040；2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱150020）

乙烯基陶瓷前驅(qū)體改性酚醛膠黏劑性能研究

王勃1，2，曹先啟1，李博弘1，陳澤明1，2，王超1，2

（1.黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，哈爾濱150040；2.黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱150020）

以乙烯基陶瓷前驅(qū)體、苯酚、甲醛及堿金屬催化劑為主要原材料，制備了一種改性酚醛膠黏劑，并借助紅外（IR）、熱失重、萬能拉力機(jī)對改性酚醛膠黏劑進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明，乙烯基陶瓷前驅(qū)體改性的酚醛膠黏劑具有較好的耐熱性能。

乙烯基陶瓷前驅(qū)體；耐熱性；拉伸剪切強(qiáng)度

陶瓷前驅(qū)體的骨架主要由硅、氧、炭及其他金屬元素組成，800℃開始初始無機(jī)陶瓷化，燒結(jié)為SiC、SiO2、A12O3，具有優(yōu)異的耐高溫性能［1-7］。但目前陶瓷前驅(qū)體主要應(yīng)用于陶瓷纖維化及陶瓷材料后處理方面，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)改性酚醛膠黏劑的報道。本研究以乙烯陶瓷前驅(qū)體改性酚醛樹脂，在酚醛大分子鏈中接枝乙烯基陶瓷前驅(qū)體官能團(tuán)，提高酚醛的韌性和耐熱性能。

1　實(shí)驗部分

1.1原料

甲醛溶液，分析純，濟(jì)南市白云有機(jī)化工有限公司；苯酚，分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；乙酸乙酯，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；自制乙烯基陶瓷前驅(qū)體，催化劑為MgO。

1.2改性酚醛膠黏劑的制備

按照工藝要求，將一定質(zhì)量比的苯酚與甲醛溶解、攪拌，將油浴加熱至50℃，待反應(yīng)釜中無固體顆粒，加入催化劑和乙烯基陶瓷前驅(qū)體，加熱至60℃、85℃及95℃，各反應(yīng)3h，停止加熱，冷卻至常溫。然后進(jìn)行減壓蒸餾，油浴加熱至105℃，直至無水性液體為止，停止減壓蒸餾，冷卻至40℃，加入一定質(zhì)量的溶劑（乙酸乙酯等），調(diào)節(jié)成70%的濃度。

1.3實(shí)驗方法

1.3.1剪切強(qiáng)度測試

采用Instron4457萬能拉力機(jī)，按國標(biāo)GB-7124將鈦合金（TC4）強(qiáng)度試片拉伸、剪切，切割為長×寬×厚：100mm×25mm×2mm，膠黏劑有效工作長度為12.5mm。鈦合金試片要用砂紙打磨，除去表面油污。將改性酚醛樹脂涂在工作面上，放進(jìn)烘箱，80℃烘2～5min，除去膠黏劑中的溶劑，將合攏試片，加0.01? 0.03MPa的壓力，在180℃下固化2h，隨爐冷卻至常溫。

1.3.2熱重分析

采用TG-7熱重分析儀對改性酚醛進(jìn)行熱失重測試，其中改性酚醛要在150℃進(jìn)行固化處理。熱重溫度范圍是從常溫到600℃，升溫速率為10℃·min-1，測試環(huán)境為空氣。

1.3.3SEM分析

采用JEOL公司生產(chǎn)的JXA-840型掃描電子顯微鏡（SEM），觀察斷口形貌，樣品表面需經(jīng)離子濺射噴Au，以防觀察時產(chǎn)生放電，放大倍數(shù)為10 000倍。

2　結(jié)果與討論

2.1不同份數(shù)酚醛樹脂的耐熱性能

表1　酚醛樹脂600℃熱失重Tab.1 Phenolic resin 600℃TGA

表1為添加不同份數(shù)的乙烯基陶瓷前驅(qū)體改性的酚醛樹脂，在600℃的熱失重，由表1可以看出，經(jīng)過乙烯基聚碳硅烷改性的酚醛樹脂均具有良好的耐熱性能，其中添加10份的乙烯基陶瓷前驅(qū)體，在600℃的熱失重僅為8.5%，優(yōu)于其他改性酚醛樹脂。

2.2改性酚醛膠黏劑微觀形貌

圖1為乙烯基聚碳硅烷改性后酚醛膠黏劑的微觀形貌。由圖1可以看出，斷裂面無明顯的脆性斷裂形貌，說明經(jīng)過聚碳硅烷改性的酚醛樹脂，韌性好，圖中部分球狀結(jié)構(gòu)應(yīng)為固化過程中溶劑快速揮發(fā)造成的氣泡。

圖1　改性酚醛膠黏劑的電鏡照片F(xiàn)ig.1 The SEM of phenolic resin

2.3同份數(shù)乙烯基陶瓷前驅(qū)體對改性酚醛黏結(jié)性能的影響

拉伸剪切強(qiáng)度直接影響膠黏劑的使用，是膠黏劑性能的重要指標(biāo)之一。本文按照國家標(biāo)準(zhǔn)用不同份數(shù)的乙烯基聚碳硅烷進(jìn)行改性，并對酚醛膠黏劑的拉伸、剪切強(qiáng)度進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明：乙烯基聚碳硅烷含量為10%的改性酚醛膠黏劑常溫、高溫力學(xué)性能最好，常溫時為18.4MPa，600℃處理后，仍保持4.9MPa力學(xué)性能，說明聚乙烯基陶瓷前驅(qū)體含量為10%的改性酚醛膠黏劑具有良好的力學(xué)性能及耐高溫性能，20%的改性酚醛膠黏劑性能次之，5%的改性酚醛膠黏劑性能最低。

圖2　不同改性酚醛樹脂剪切強(qiáng)度Fig.2 The shearing strength different catalyst proportion synthetic phenolic resin

3　結(jié)論

采用聚乙烯基陶瓷前驅(qū)體可對普通酚醛膠黏劑進(jìn)行改性，該改性膠黏劑耐熱性能優(yōu)異，600℃下熱失重僅為8.5%，可用于耐高溫金屬、非金屬及陶瓷材料的黏結(jié)。

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Study on the Performance of Phenol-formaldehyde Adhesive Modified with Vinyl Ceramic Precursor

WANGBo1,2,CAOXian-qi1,LI Bo-hong1,CHENZe-ming1,2,WANGChao1,2
(1.Institute ofPetrochemistry,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150040 China;
2.Institute ofAdvanced Technology,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150020,China)

The Phenol-formaldehyde resin was synthesized with Vinyl ceramic precursor,formaldehyde,phenol,Alkali metal catal as rawmaterial, the curing thermal resistance and mechanical strength was analyzed by IR,TG and SEM.the results showed that thermal resistance of the Phenol formaldehyde resin was well.

Vinyl ceramic precursor;Phenol-formaldehyde;Thermal resistance;Shear strength

TQ343

A

1674-8646（2015）09-0052-02

2015-07-06

王勃（1974-），女，黑龍江哈爾濱人，碩士，研究員級高工，主要從事高分子膠黏劑材料研究。

王超（1968-），男，黑龍江哈爾濱人，博士，研究員，主要從事高分子功能材料研究，wangchao711@163.com。