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Thepreparationandperformanceofanovelroom temperature curedheat resistantadhesiveforceramicbonding新型室温固化耐高温陶瓷粘接剂的制备与性能 AcceptbyMaterialsScienceandEngineering A 29November 2010 报告人 导师 日期 背景介绍 2 实验部分 3 结果与讨论 主要内容 4 结论 为什么要进行陶瓷的连接 陶瓷车刀 刀杆与刀体的连接 背景介绍 连接陶瓷的方法 铆接 用铆钉连接构件的方法 背景介绍 螺纹连接 过渡态液相烧结扩散结合微波加热连接 缺点 或是粘接头无法承受高温 或是工艺复杂 采用粘接的优点 背景介绍 胶黏剂的柔韧性可以克服因两种待粘物界面热膨胀系数不同而造成的不利因素 避免了因打孔等造成的应力集中 粘接层受到应力的分布更加均 粘接 采用胶黏剂进行粘合连接的方法 连接陶瓷的方法 材料 待粘物 市售地砖 18mm 18mm 5mm Al2O3 原料树脂 双酚A二缩水甘油醚型环氧树脂 EP 硅树脂 SR 交联剂 GPS 金属表面硅烷偶联剂 KH560 催化剂 DBTDL 二月桂酸二丁基锡 溶剂 DMB 二甲苯 固化剂 LMPA650 一种低分子量酰胺 TEA 三乙胺 T31 一种酚醛改性的聚酰胺 填料 铝粉 325目 低熔点玻璃粉 425目 软化点在600 900 之间 B4C 325目 实验部分 互穿网络聚合物和陶瓷接头的制备 环氧树脂 二甲苯 质量比1 1 加入硅树脂 偶联剂 二月桂酸二丁基锡在持续搅拌状态下于三颈烧瓶中反应 互穿网络聚合物 冷却至室温 用真空泵除气 互穿网络聚合物原料 与玻璃粉 碳化硼和铝粉相混合 再加入固化剂 目标胶黏剂 在室温下均匀涂布与粘接接头的表面 等待固化 进行分析和测试 实验部分 分析和测试 实验部分 采用红外光谱仪对SR和EP以及互穿网络聚合物进行表征 采用TG法对所制备的互穿网络聚合物进行热稳定性分析 采用DSC法测定所制备互穿网络聚合物的Tg 采用自制的装置测定所制成陶瓷街头的压剪强度 图1 粘接强度测试图解 互传网络聚合物的热稳定性和其它性能 图2 硅树脂和环氧树脂以及互穿网络聚合物的红外光谱 a b c分别为硅树脂 环氧树脂 未固化IPNs和经LMPA50固化的互穿网络聚合物 c中913cm 1处的峰表明互穿网络聚合物中存在环氧基团 这样环氧基团就能与随后加入的固化剂发生反应 d中913cm 1处峰的消失表明IPN中的环氧基团被LMPA650固化剂有效固化 3300cm 1处峰的出现表明生成了新的基团 SR EP 未固化IPN 固化后IPN 通过红外分析对固化效果的证实 结果与讨论 互穿网络聚合物的热稳定性和其它性能 结果与讨论 可以得到四种试样的Tg分别是42 54 46 13 65 44 和65 54 其中硅树脂 SR 的玻璃化温度最低 三种互穿网络聚合物的Tg均在硅树脂和环氧树脂的玻璃化温度之间 这说明存在存在不同于SR和EP的一种新的相 即SR EP互穿网络聚合物 图3 SR EP和三种互穿网络聚合物的DSC曲线 反应按照预期生成了均相的互穿网络聚合物 互穿网络聚合物的热稳定性和其它性能 表1 硅树脂 环氧树脂以及按不同SR EP比例制备的互穿网络聚合物的玻璃化温度 结果与讨论 FOX方程 计算混合物的理论玻璃化温度 对于表中四种试样 随着SR比例的降低 Tg上升 实验值与理论值基本一致 互穿网络聚合物的热稳定性和其它性能 结果与讨论 本文选用失重为10 时的温度来衡量试样热稳定性 IC1和IC2明显好于IC3 在349 533 温度区间之外 IC1的质量总是大于IC2 IC1具有最好的热稳定性和最高的热分解温度 349 533 图4 IPN2经LMPA650 T31和TEA固化后产物的TG曲线 三种固化剂中 经LMPA650固化后耐高温性能最好 陶瓷粘接头的压剪强度 四因素三水平正交试验L9 34 C表示第一列第1水平各试验结果取值之和 C表示第一列第2水平各实验结果取值之和 表2 根据L9 34 正交表进行的陶瓷粘接头强度测试 结果与讨论 得出最佳配比 设计正交表探索各因素对胶黏剂性能的影响 陶瓷粘接头的压剪强度 图5 不同因素对陶瓷粘接头粘接强度的影响 随着SR比例的降低 胶黏剂的压剪强度降低 KH650的含量为2 时 压剪强度最大 其含量升高高或降低 都会造成压剪强度的下降 当无机填料比例为Al Gp B4C 3 2 4 3时 胶黏剂压剪强度达到最大值 当B4C含量为0的时候 压剪强度最小 当无机填料 IPN质量比为6 4时 胶黏剂压剪强度达到最大值 结果与讨论 四种因素对压剪强度分别作图 陶瓷粘接头的压剪强度 图6 SR IC4 S2和固化后EP的TG曲线 其中IC4为IPN1经LMPA650固化产物 S2为表2中第二种胶黏剂 环氧树脂亦经LMPA650固化 SR IC4 CuredEP S2 IC4与固化后EP的比较 为使IC4达到与固化后EP相同的失重 需要更高的温度 这体现了互穿网络聚合物的优越性能 S2的失重曲线显示了质量变化过程的两个阶段 S2的质量在566 6 以下时 随着温度上升而降低 但是超过此温度之后 质量随温度上升而增大 结果与讨论 说明S2具有最好的耐高温性能 用最优固化剂固化各种树脂 与前面的实验数据一致 图7 不同温度下对陶瓷粘接头进行的粘接强度测试 800 之后呈上升趋势 下降趋势 室温下压剪强度达到6 67MPa 堪称优异 随着温度的上升 胶黏剂的压剪强度不断降低 并在600 时达到最低值 约为2 01MPa 800 以后 压剪强度随温度上升而增大 在1000 时达到9 94MPa 结果与讨论 胶黏剂的粘接机理 胶黏剂的粘接机理 图8 不同温度下胶黏剂的X射线衍射图谱 a为800 条件 b为1000 条件 结果与讨论 Pb来自于玻璃粉 H3BO3由B4C与胶黏剂在加热过程中释放的气体反应生成 过程可能是 与图a相比 该图谱显示了更多的相 比如Al2O3和2Al2O3 B2O3 涉及到的反应可能是 从化学反应的角度进行解释 结论 1 所制备胶黏剂的性能 能够在室温固化 在1000 以上仍具有高粘接能力 即使处于有氧环境中仍然具有良好的热稳定性 2 红外分析显示 环氧树脂与硅树脂之间的化学交联键赋予了该胶黏剂良好的耐温性能 DSC分析显示SR与EP形成的互穿网络聚合物具有单一的Tg 说形成的该互穿网络聚合物为均相聚合物 LMPA650