專利名稱：一種多孔炭基粘接劑及其制備方法和使用方法
技術領域：
本發明屬于粘接劑技術領域，具體涉及一種粘接劑及其制備方法和使用方法。
背景技術：
炭纖維氈體因其突出的高溫保溫性能多作為高溫熱場(1000 2000°C )的保溫材料。但炭纖維氈體需經過多層疊加，粘接劑粘接固化后定型成為各種形狀的保溫制品，才能以滿足生產需要。隨著軍事、航空航天、多單晶硅等行業的發展，炭材料在高溫領域的應用越來越多，它們之間的連接也是研究和開發的重要方面之一。而粘接是一種簡單、易行的方式，國際上各個國家竟相開發研制應用于炭材料的高溫粘接劑。但是目前傳統使用的高溫粘接劑應用于高溫保溫材料方面就存在一些缺點高溫粘接劑多以環氧、酚醛等樹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熱系數填料的增加，而導致密度及導熱系數相應提高。這在經粘接劑粘接的疊層炭氈上尤為突出，因為疊層炭氈上粘接劑所占的重量百分比超過了 30%，密度狀況發生了較大的變化，導熱性能也發生了改變。為了獲得粘接的高結構強度而刻意追求粘接劑層的內聚強度和結構的致密性，最終導致保溫材料總體密度升高，而材料的導熱系數亦會隨密度的增加而增加，這顯然不利于高溫保溫行為。公開號為U89813和公開號為 1269390的兩個專利文件公開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熱特點，因而在高溫保溫方面不具有優越性。高溫保溫材料想要獲得整體保溫性能的良好，就有必要在每一個層面都需要保持好的保溫性能。因此粘接層的保溫性能應當同樣重視，然而這一點往往被忽略。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種成本低、粘接工藝簡單并具多孔炭結構的多孔炭基粘接劑，該粘接劑能耐高溫且具保溫特性，該粘接劑可應用于炭材料與炭材料，或炭材料與陶瓷之間的粘接。樹脂基多孔炭是一種具有大尺寸孔徑的網狀多孔材料，其炭形態為難石墨化的玻璃態炭，又稱為網狀玻璃質炭泡沫。具有低的密度，較低的機械強度和優異的絕熱性能，是一種耐高溫又具有保溫特性的材料。材料的導熱系數和其密度成正比關系，因此保溫材料都是低密度的。泡沫狀的保溫材料本體強度并不高，對粘接劑內聚強度的要求也不高， 只要與保溫材料本身的強度相當即可。利用脲醛樹脂和酚醛樹脂的結構多樣性，通過共聚改性，經高溫炭化后，脲醛樹脂殘留很少，形成大量孔洞，酚醛樹脂殘留炭較多并借助脲醛樹脂留下的孔洞形成多孔炭結構，使粘接層的密度降低，可以獲得低導熱系數的粘接層。酚醛樹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、化學性質相近。雖然其本體強度不太高，但作為本身強度也不是很高的保溫材料的粘接劑已經可以滿足需要了。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，采用絕熱功能和低密度的填料對降低粘接層的導熱系數起到一定作用，粉狀的Si02、TiO2和炭黑粉的導熱系數較低， 具備了這樣的條件。本發明的粘接劑的原料組成為粘接樹脂為脲醛樹脂、酚醛樹脂，固體粉狀填料為粉狀Si02、TiO2、炭黑粉，固化劑為氯化銨；其中酚醛樹脂的用量為脲醛樹脂的15 100%， 固體粉狀填料比例為脲醛樹脂的15 75%，氯化銨的比例為脲醛樹脂的1 5%，本發明的粘接劑可應用于炭材料與炭材料，或炭材料與陶瓷之間的粘接。本發明的一個目的是提供一種上述多孔炭基粘接劑的制備方法，該制備方法簡單方便，制造成本較低，無需大量的設備投入。本發明的粘接劑制備方法，包括以下步驟將各組分按質量百分比加入到容器內， 包括脲醛樹脂和酚醛樹脂、固體粉狀填料，以及固化劑氯化銨，攪拌混合均勻。本發明的另一個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，經過炭化和純化后制得的粘接劑導熱系數低，并且耐高溫。本發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，取出；然后將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣或者氬氣，以TC /分鐘的加熱速度升溫至400 600°C，保溫1 4小時，進行炭化；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，純化完成后隨爐冷卻。本發明的創新點是利用價廉的脲醛樹脂在高溫炭化時殘留較少而酚醛樹脂高溫炭化時殘留碳較多的特點，脲醛樹脂炭化后留下大量孔洞，酚醛樹脂的殘留玻璃質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，其熱導率較低，具有保溫和粘接的雙重功能。本發明工藝簡單，脲醛樹脂價格低廉，因此粘接劑成本較低，既可以解決炭素材料和炭/炭復合材料之間連接的問題，且本發明的粘接劑具有保溫功能，給炭素材料和炭/炭復合材料的實際科研和生產帶來了方便，具有較好的社會效益和經濟效益。
具體實施例方式下面的實施例只是對本發明的進一步說明，而非限制本發明的范圍。實施例1
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂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。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣，以 I0C /分鐘的加熱速度升溫至400°C，保溫4小時，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在三疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度為0. 145g/ cm3,導熱系數為0. 178W/ m · K ；傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0. 179 g/cm3,導熱系數為 0. 204 ff/m · K。實施例2
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂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，取出，進行炭化。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，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在五疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度為0. 150g/ cm3,導熱系數為0. 259W/ m · K ；傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0. 232 g/cm3,導熱系數為 0. 275 ff/m · K。實施例3
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂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，取出。炭化及純化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣，以1°C /分鐘的加熱速度升溫至600°C，保溫1小時，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在十疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度為0.217g/ cm3,導熱系數為0. 299W/ m · K ；傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0. 360 g/cm3,導熱系數為 0. 413 ff/m · K。實施例4
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂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，取出。炭化及純化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣，以1°C /分鐘的加熱速度升溫至600°C，保溫1小時，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在五疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度0. 158g/cm3, 導熱系數為0. 262 W/ m · K ；傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0. 232g/cm3,導熱系數為 0.275ff/m · K。實施例5
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂30克，SiA 20克，攪拌均勻后加入15克20%的氯化銨溶液，繼續攪拌至均勻。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，取出。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣， 以1°C /分鐘的加熱速度升溫至500°C，保溫4小時，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在三疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度為0. 147g/ cm3,導熱系數為0. 182W/ m · K ；傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0. 179 g/cm3,導熱系數為 0. 204 ff/m · K。實施例6
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂30克，TiO2 60克，攪拌均勻后加入5克20%的氯化銨溶液，繼續攪拌至均勻。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，取出。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣，以l°c /分鐘的加熱速度升溫至500°C，保溫4小時，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在五疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度0. 167g/cm3, 導熱系數為0. 270 W/ m · K ；傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0. 232g/cm3,導熱系數為 0.275ff/m · K。實施例7
將脲醛樹脂100克，酚醛樹脂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，取出。炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣，以1°C /分鐘的加熱速度升溫至600°C，保溫4小時，進行炭化。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小時后隨爐冷卻。在十疊層炭氈上測試室溫導熱系數，本發明粘接劑粘接后體積密度為0.2Mg/ cm3,導熱系數為0.316 W/ πι·Κ;傳統粘接劑對照樣粘接后體積密度為0.360 g/cm3,導熱系數為 0. 413 ff/m · K。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
權利要求
1.一種多孔炭基粘接劑，其原料組成包括粘接樹脂為脲醛樹脂、酚醛樹脂，固體粉狀填料，固化劑為氯化銨；其質量百分比為酚醛樹脂的用量為脲醛樹脂的15 100%，固體粉狀填料的用量為脲醛樹脂的15 75%，氯化銨的用量為脲醛樹脂的1 5%。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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量組分在容器中依次加入脲醛樹脂、酚醛樹脂、固體粉狀填料、氯化銨，攪拌混合至均勻。
10.一種權利要求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，取出；b)炭化將固化后的材料移入炭化爐中，通入氮氣或氬氣，以1°C/分鐘的加熱速度升溫至400 600°C，保溫1 4小時，進行炭化；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，純化完成后隨爐冷卻。
全文摘要
本發明公開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脂、固體粉狀填料、固化劑，其中粘接樹脂為脲醛樹脂和酚醛樹脂，固體粉狀填料為粉狀SiO2、TiO2，炭黑粉，固化劑為氯化銨；其中酚醛樹脂的用量為脲醛樹脂的15～100%，固體粉狀填料的用量的比例為脲醛樹脂的15～75%，氯化銨的比例為脲醛樹脂的1～5%，經過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單方便，投入少，該粘接劑可應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C09J161/24GK102533187SQ20121000318
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月7日 優先權日2012年1月7日
發明者劉哲, 李崇新, 李靖靖, 沈鐳, 趙峰, 趙祥志, 高廣穎 申請人:益陽祥瑞科技有限公司