酚醛樹脂基高溫膠粘劑的粘接特性研究.pdf

1、碳材料具有優(yōu)異的高溫性能，在高溫領域有著廣泛而重要的應用。但碳材料固有的脆性使其在生產(chǎn)和加工大型或形狀復雜制品時將面臨極大的困難，粘接技術可有效解決上述難題。作為碳材料典型代表的石墨、碳/磁復合材料等不僅具有優(yōu)異的高溫熱物理性能，而且還具有良好的導電性。目前通常使用的高溫粘接主要依賴無機陶瓷型高溫膠粘劑，但其粘接強度低，導電性能不佳，不僅需要和螺栓等連接方式復合使用，且也不利于石墨等碳材料制品高溫下導電等性能的發(fā)揮。而有機型超高溫膠粘劑

2、，則可利用有機合成樹脂高溫下熱裂解衍生碳的性質(zhì)，并可通過填料的改性作用，使粘接制品/部件同時兼具良好的力學和導電等綜合性能。酚醛樹脂(PF)具有殘?zhí)剂扛?、熱穩(wěn)定性好、粘接強度高、易于改性等特性，其電導率可隨熱處理溫度不同而控制在(10-6～102)S·cm-1，是高溫下實現(xiàn)碳、石墨材料導電、導熱等功能性連接的理想基體。但PF的高溫裂解會造成膠粘劑性能劣化，單獨的PF不能應用于碳、石墨材料的粘接。在PF中添加陶瓷等改性物質(zhì)，通過熱處理過程

3、中的物理化學變化，可以提高膠粘劑的耐熱溫度、粘接強度以及導電性能。
　　 本論文以PF作為高溫膠粘劑的基體，利用其高溫碳化后的樹脂碳的性質(zhì)，以B4C、石墨粉為改性填料制備出高溫膠粘劑。利用改性膠粘劑對石墨、陶瓷進行粘接，考察了高溫粘接性能。研究了PF膠粘劑高溫性能劣化原因及規(guī)律，探討了填料改性效果及改性機理。
　　 主要實驗內(nèi)容和結論如下:
　　 一、PF膠粘劑的高溫性能及裂解研究
　　 (1) PF膠粘

4、劑在低溫具有良好的粘接強度，隨溫度升高，其強度迅速劣化，至600℃左右力學性能降至谷底;當溫度繼續(xù)升高時，其力學性能又重新獲得小幅回升，力學性能隨溫度變化呈拋物線規(guī)律。
　　 (2)經(jīng)高溫處理后，PF將發(fā)生劇烈的裂解反應，裂解造成PF體積收縮，內(nèi)部出現(xiàn)大量的孔洞、裂紋等結構缺陷，從而導致PF膠粘劑高溫粘接強度急劇下降。
　　 (3) PF電導率隨熱處理溫度升高而升高，在600～800℃間電導率發(fā)生突變。隨熱處理溫度升高，

5、PF逐漸裂解、碳化，由有機高分子向無機物轉(zhuǎn)變，PF的高溫裂解是PF膠粘劑電導率隨溫度提升的決定性因素。
　　 二、改性PF膠粘劑的力學性能及改性機理
　　 (1) B4C可以顯著改善PF的高溫粘接強度。400℃、600℃、800℃熱處理后，PF及B4C改性PF粘接石墨的剪切強度分別為:3.11～5.11，0.75～1.07，1.31～2.86 MPa和5.77～8.87,7.22～8.17,7.43～7.52 MPa。<

6、br>　　 (2) B4C的加入能抑制PF膠粘劑高溫熱處理過程中體積收縮，通過與PF裂解揮發(fā)分反應將PF裂解揮發(fā)分轉(zhuǎn)變?yōu)樘急Ａ簦瑥亩岣吣z層結構的完整性。此外，B4C在高溫氧化生成的B2O3不僅可以愈合PF裂解產(chǎn)生的孔洞、裂紋，還可以在粘接界面產(chǎn)生化學鍵合力，從而提高PF高溫膠粘接強度。
　　 (3) B4C、石墨復合改性PF高溫膠的強度隨溫度變化則呈正/余弦曲線規(guī)律，即600℃以下強度隨溫度升高迅速下降，600℃以上強度逐漸

7、回升，1200℃以上強度又開始下降。石墨粉的過量加入會對高溫膠粘接強度產(chǎn)生不利影響，質(zhì)量比為PF:B4C:石墨粉=100:75:25高溫膠力學性能最佳。
　　 三、改性PF膠粘劑的導電性能及改性機理
　　 (1) B4C在低溫階段（低于600℃）有利于PF基高溫膠粘劑導電性的提升，而在高溫階段其氧化產(chǎn)物B2O3的生成則對高溫膠的導電性產(chǎn)生不利影響。
　　 (2)石墨粉的加入能有效提高超高溫膠的導電性，高溫膠的電導

8、率隨石墨含量的提高而上升。
　　 四、粘接工藝優(yōu)化
　　 (1)粘合時，適當?shù)奶岣弑徽澄锉砻娲植诙群驼辰訅毫τ欣谔岣哒辰訌姸?br>　　 (2)熱處理升溫速率不宜過快，否則會對接頭強度和導電性能產(chǎn)生不利影響。
　　 (3) B4C能顯著改善PF高溫膠粘劑粘接強度，但其氧化產(chǎn)物B2O3會對膠粘劑高溫導電性產(chǎn)生不利影響。石墨粉能提高PF高溫膠粘劑的導電性能，但過量加入會對PF高溫膠的力學性能產(chǎn)生不利影響。綜合考慮