耐高溫聚酰亞胺類膠粘劑制備及性能分析

摘 要：為了分析影響耐高溫聚酰亞胺類膠粘劑性能的因素，使用C12H12N2O和C27H26N2O2作為二胺單體，C17H6O7作為二酐單體，通過封端劑C4H2O3和反應(yīng)溶劑C5H9NO的共同作用制備了一種聚酰亞胺膠粘劑，測試了不同因素對膠粘劑粘接性能的影響。結(jié)果表明，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粘結(jié)件表面粗糙度、C12H12N2O和C27H26N2O2單體的摩爾比、二酐與二胺單體的摩爾比、聚酰胺酸固化工藝、亞胺化程度和亞胺化方式都會對耐高溫聚酰亞胺類膠粘劑的性能產(chǎn)生影響。當(dāng)膠粘劑固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%、表面粗糙度的打磨砂紙型號為600#時(shí)，C12H12N2O與C27H26N2O2的摩爾比為1∶1，膠接試件的室溫粘接強(qiáng)度最高，提高了聚酰亞胺類膠粘劑的性能。

關(guān)鍵詞：聚酰胺酸；聚酰亞胺；膠粘劑；粘接性能；粘接強(qiáng)度

中圖分類號：TQ433.4+3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0038-03

Preparation and performance analysis of high

temperature resistant polyimide adhesive

GAN Xianfu

（Jinchang Cement （Group） Co.，Ltd.，Jinchang 737000，Gansu China）

Abstract：In order to study the factors affecting the performance of high temperature resistant polyimide adhesives，a polyimide adhesive was prepared by the joint action of the capping agent C4H2O3，the reaction solvent C5H9NO，using C12H12N2O and C27H26N2O2 as diamine monomers and C17H6O7 as dianhydride monomers.The influence of different factors on the adhesive bonding performance was tested.Result showed that solid mass fraction，surface roughness of bonded parts，molar ratio of C12H12N2O and C27H26N2O2 monomers，molar ratio of dianhydride to diamine monomers，curing process of polyamide acid，degree of imitation，and imitization pattern all had an impact on the performance of high-temperature resistant polyimide adhesives.When the solid mass fraction of the adhesive was 30% and the surface roughness of the sandpaper model was 600 #，the molar ratio of C12H12N2O to C27H26N2O2 was 1∶1，and the bonding strength of the bonded specimen at room temperature was the highest，improving the performance of polyimide adhesives.

Key words：polyamic acid;polyimide;adhesive;adhesive performance;bonding strength

聚酰亞胺在實(shí)際使用過程中具有較高的熱穩(wěn)定性能，是一種具有較廣闊應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)膠［1］。聚酰亞胺類型的膠粘劑是一種具有極強(qiáng)粘接性能的材料，在適當(dāng)?shù)恼掣搅蛢?nèi)聚力下，通過表面的粘合將兩種材料粘合在一起［2-3］。通過將聯(lián)苯醚二酸酐與2種互為異構(gòu)體的二氨基二苯醚進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，成功制備了一種熱固化聚酰亞胺膠，可作為一種高溫環(huán)境下可靠的膠粘劑［4］。以苯并咪唑類二胺化合物、砜基二酐單體和芳香族二胺類化合物為原料，經(jīng)過一系列化學(xué)反應(yīng)制備了一種聚酰胺類型的化合物［5］。他們通過編程加熱法測試了新型PI型聚酰胺膠粘劑的性能?；谝陨涎芯勘尘?，研究制備了聚酰亞胺類膠粘劑，并測試了其室溫粘接強(qiáng)度，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器設(shè)備

聚酰亞胺膠粘劑［6-8］在制備過程中使用的主要儀器設(shè)備：

MUYE2073/K02電子天平，

常州萬泰天平儀器有限公司；

FR-103C高精度立式拉力機(jī)，

天津朗云機(jī)械有限公司；

DAPLF-102P1S油浴鍋，

華美天飛儀器設(shè)備有限公司；

GRKL183X0馬弗爐，

天津九科斯琴材料技術(shù)有限公司；

TM-GAC101熱重分析儀，

廣州新意儀器有限公司；

NDJ-5S烏式黏度計(jì)，

山東良辰儀器設(shè)備有限公司；

HS9U101掃描量熱儀，

深圳冠希儀器有限公司；

FTIR-1600傅里葉變換紅外光譜儀，

廣州格領(lǐng)科技有限公司;

DHG-9420立式恒溫鼓風(fēng)干燥箱，

東莞市星匯電子有限公司;

ZNCL-T磁力攪拌器，

溫州市索特醫(yī)藥化工工程有限公司;

CT-C真空干燥箱，

沈陽千惠儀器設(shè)備有限公司。

1.2 試驗(yàn)材料

聚酰亞胺膠粘劑的制備與耐高溫性能測試所需要的主要試驗(yàn)材料：

N-甲基吡咯烷酮，

天津一揉化學(xué)試劑廠；

N，N-二甲基甲酰胺，

廣州遠(yuǎn)達(dá)新材料有限公司；

無水乙醇，

北京慶凱華豐科技開發(fā)有限公司；

二甲基亞砜，

天津一揉化學(xué)試劑廠；

4，4-二氨基二苯醚，

山東雷諾物流包裝有限公司；

N，N-二甲基乙酰胺，

聊城通達(dá)化工廠；

2，2-雙［4-（4-氨基苯氧基）苯基］丙烷，

河南瑞斯奇新材料有限公司；

吡啶，

重慶市醫(yī)藥股份有限公司；

順丁烯二酸酐，

江蘇鐘騰化工有限公司；

乙酸酐，

上海天沃化學(xué)試劑廠；

3，3，4，4-二苯酮四酸二酐，

北京西奧化學(xué)試劑廠；

丙酮，

天津一揉化學(xué)試劑廠。

1.3 合成聚酰胺酸溶液

制備了8種聚酰胺酸溶液［9-11］，如表1所示。

將C17H6O7試劑放在150 ℃的真空環(huán)境下干燥處理10 h，C12H12N2O試劑放在100 ℃的真空環(huán)境下干燥處理10 h，C27H26N2O2試劑放在50 ℃的真空環(huán)境下干燥處理10 h。

完成試驗(yàn)試劑的真空干燥處理之后［12］，搭建試驗(yàn)裝置。將適量的C5H9NO溶液裝入其中一個(gè)燒瓶中，C5H9NO與C12H12N2O的混合溶液裝入另一個(gè)燒瓶中。在0 ℃的水浴環(huán)境中將氮?dú)獬淙氲?個(gè)燒瓶中并不斷攪拌，直到二者完全溶解。再向燒瓶中裝入C27H26N2O2試劑至完全溶解，將C17H6O7平均分成3等份［13］，分3次投加到燒瓶中，每次間隔20 min，混合溶液需要反應(yīng)1 h。將C4H2O3倒入燒瓶中反應(yīng)6 h，得到聚酰胺酸溶液，將其與去離子水混合［14-15］，經(jīng)過過濾之后配制成粉末，在乙醇溶液中浸泡6 h后烘干，粘貼標(biāo)簽保存使用。

1.4 制備試驗(yàn)試件

按照ISO 4587：2003制備試驗(yàn)?zāi)z粘試件，利用砂紙對不銹鋼板材進(jìn)行磨光處理，再利用丙酮溶液經(jīng)過20 min的超音波清洗并浸泡1 d，使不銹鋼板材得到一種具有化學(xué)反應(yīng)的表面。采用滴管及毛刷，將聚酰胺酸溶液直接涂抹于不銹鋼板上，并于90 ℃下放在真空爐內(nèi)加熱30 min，以完全揮發(fā)掉所有的溶劑。將膠水重新施加到涂料的厚度為0.1 mm到0.2 mm，并將其加熱2 h。將兩個(gè)涂有聚酰胺酸溶液的金屬片被膠合到一起，并對其進(jìn)行一些加壓，使其交疊達(dá)到10 mm，再經(jīng)過高溫處理，完成試驗(yàn)試件的制備。

2 結(jié)果分析

2.1 固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對膠粘劑粘接強(qiáng)度的影響

在相同的試驗(yàn)條件下，得到一種單層疊層的拉伸剪切試樣，不同固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)下的室溫粘接強(qiáng)度如圖1所示。

由圖1可知，膠粘劑的固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)，可實(shí)現(xiàn)室溫粘接強(qiáng)度最高。如果固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)過少，膠層會變薄，導(dǎo)致粘接強(qiáng)度不高；此外，溶液中的N-甲基吡咯烷酮溶劑含量過高，加熱固化時(shí)，溶劑揮發(fā)會產(chǎn)生缺陷，也會影響粘接強(qiáng)度。相反，如果固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，溶液粘性太大，無法均勻涂敷到受粘物體表面，從而影響粘接強(qiáng)度。

2.2 試件表面粗糙度對粘接強(qiáng)度的影響

采用400#～1000#粒度大小的砂紙對不銹鋼材料的表面進(jìn)行研磨，以達(dá)到不同粗糙程度的不銹鋼表面。將25%PAA-1試樣在300 ℃下進(jìn)行5 min的固化，得到如圖2所示的結(jié)果。

由圖2可知，用600#的砂紙對不銹鋼材料的表面進(jìn)行處理后，膠接試件的室溫粘接強(qiáng)度達(dá)到了16 MPa。也就是說，600#砂紙對試件進(jìn)行打磨處理后，可以使不銹鋼材料表面的粗糙度處于理想狀態(tài)，膠粘劑與不銹鋼的浸潤能力越強(qiáng)，二者的粘接強(qiáng)度也明顯增加，但是只有在一定的光滑度下，金屬與膠粘劑的接觸面積才會逐漸增大，從而具有較高的粘接性能。

2.3 2種二胺單體的摩爾比對粘接強(qiáng)度的影響

根據(jù)膠粘劑在室溫環(huán)境下的剪切強(qiáng)度，測試了二胺單體的摩爾比不同時(shí)，聚酰胺酸的室溫粘接強(qiáng)度，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，以C17H6O7、C27H26N2O2、C12H12N2O作為基料時(shí)，制備的膠粘劑具有比較高的粘接強(qiáng)度，當(dāng)2種二胺單體的摩爾比為1∶1時(shí)，膠粘劑的室溫粘接強(qiáng)度最大。隨著2，2′-二［4-（4-氨基苯氧基）苯基］丙烷比例的持續(xù)增加，膠粘劑在室溫條件下的粘接強(qiáng)度處于增大-減小的趨勢，但是試驗(yàn)過程中并沒有出現(xiàn)明顯變化。由此可以得出，粘接強(qiáng)度始終在12 MPa以上，具有較好的粘接性能。

3 結(jié)語

研究提出了耐高溫聚酰亞胺類膠粘劑的制備及性能分析，試驗(yàn)結(jié)果顯示，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粘結(jié)件表面粗糙度、C12H12N2O和C27H26N2O2單體的摩爾比、二酐與二胺單體的摩爾比、聚酰胺酸固化工藝、亞胺化程度和亞胺化方式都會對耐高溫聚酰亞胺類膠粘劑的性能產(chǎn)生影響。研究雖然取得一定成果，但是還存在很多不足，由于聚酰亞胺類膠粘劑在長時(shí)間的使用下會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，在今后的研究中，希望可以對聚酰亞胺類膠粘劑的抗老化性能進(jìn)行研究，避免膠粘劑的老化影響其粘接性能。

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收稿日期：2023-10-15；修回日期：2024-01-11

作者簡介：甘憲福（1968-），男，高級工程師，研究方向：材料成型及控制工程;E-mail：1017851517@qq.com。

引文格式：甘憲福.耐高溫聚酰亞胺類膠粘劑制備及性能分析［J］.粘接，2024，51（3）：38-40.