本发明属于胶粘剂领域，具体涉及一种含有纳米钻石烯的胶粘剂。
背景技术：
通过界面的粘附和物质的内聚等作用，能使两种或两种以上的相同或不同的物件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质统称为胶粘剂，简而言之，胶粘剂就是通过粘合作用能使被粘合物结合在一起的物质。胶粘剂分天然胶粘剂和合成胶粘剂两种，随着20世纪高分子工业蓬勃发展，涌现出了大量的合成胶粘剂，由于合成胶粘剂比天然胶粘剂具有更强的粘接性、更好的密封性、更好的耐久性等优点得到了广泛地应用，目前在航空航天、电子电器、汽车交通、现代船舶、高铁、国防军工、机械工业、电力工程等领域获得了广泛地应用。
胶粘剂按照主要成分可分为聚氨酯类、酚醛树脂类、环氧树脂类、有机硅类、丙烯酸酯类、有机硼类等，这些胶粘剂应用范围广，可广泛使用到运载火箭、卫星以及飞船等航空产品领域，这些合成胶粘剂散热性差，耐磨性弱，容易受到外部环境的影响而被磨损，而热散逸和热应力在许多微电子和光电封装中是关键的问题，如果热量来不及散除将导致元器件工作温度升高，胶粘强度降低，严重时还会使电子元器件工作失效，直接影响到使用它们的各种高精密仪器的寿命和可靠性。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种含有纳米钻石烯的胶粘剂。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种含有纳米钻石烯的胶粘剂，通过在环氧树脂胶中添加纳米钻石烯混合制得，所述纳米钻石烯的添加量为环氧树脂胶重量的8%。
所述环氧树脂胶为ted-85环氧树脂，其化学成分为4,5-环氧环己烷-1,2-二甲酸缩水甘油酯，是一种分子中含有两个缩水甘油酯和一个脂环族环氧基的新型三官能团的一种高性能环氧树脂，它同时具有缩水甘油酯基环氧树脂和脂环族环氧树脂这两类环氧树脂的性能。
混合时搅拌的转速为4000～6000rpm，搅拌时间为30min～1h。
所述纳米钻石烯在添加前须经以下前处理及表面活化处理：
所述前处理过程为：a）混料：选取50nm、100nm、200nm、250nm四种不同粒度的纳米钻石烯按质量比(1～2)：(2～3)：(3～4)：(4～5)混合，b）超声碱洗：将混料置于碱洗液中超声碱洗并旋转搅拌，具体是将其置于碱洗槽中，在碱洗槽底部安装超声波发生器，超声频率为30～40khz，碱洗液为浓度10%～15%的naoh溶液，碱洗液温度为45～55℃，旋转转速为25～35rpm，碱洗时间为25～35min，目的是将纳米钻石烯原料表面附着的油污去除；c）超声清洗：将碱洗后的混合料放入去离子水中超声清洗并旋转搅拌，超声频率为30～35khz，旋转转速控制在15～25rpm，搅拌时间为20～25min，测量上层清液ph值，反复清洗直至ph=7；d）酸洗活化：酸洗液为体积比为1:10的浓盐酸和浓硫酸混合溶液，温度为常温，将原料放入酸洗溶液中并搅拌，旋转转速为10～15rpm，搅拌时间为10～15min，达到将原料表面活化的目的；e）超声水洗：将酸洗活化后的混合料置于去离子水中常温超声水洗并旋转搅拌，超声频率为30～35khz，旋转转速为15～25rpm，搅拌时间为10～15min，反复清洗直至上层清液ph=7；f）烘干：采用阶梯式烘烤工艺进行，先以升温速率为2℃/min由常温升至60℃恒温保温30min，再升温至80℃恒温保温30min，继续升温至120℃恒温保温60min，最后升温至280℃恒温保温2h，之后自然冷却到常温待用，该烘干的目的是将处理过的原料中的水分去除。
表面活化处理过程为：将硅烷偶联剂kh-550溶于乙醇中得到硅烷偶联剂-乙醇混合液，按纳米钻石烯重量的5%将其向添加到烘干后的纳米钻石烯的混合粉，超声分散，超声频率为45～60khz，超声时间为10min～30min，混合后再次烘干即得。
步骤a）中混合时将其置入三维混料机中，混料时间为5min～30min；
表面活化处理过程中再次烘干的温度为100℃～120℃，再次烘干时间为1h～4h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、纳米钻石烯具有硬度高、耐磨性强的优点，在一定的纳米钻石烯含量范围内，加入到胶粘剂中后可有效提高胶的耐磨性和粘接强度，提高其使用寿命；同时添加纳米钻石烯后可有效提高胶的散热率，解决由于散热率差而导致的胶脱落甚至于设备损坏等问题；而且纳米钻石烯无毒副作用，对人身体无毒副作用；
2、本发明中，纳米钻石烯经过前处理和表面活化后，可更好地起到与胶粘剂有效结合的效果，提高整体性能，且实验证实，当直接将纳米钻石烯加入胶粘剂后，其整体性能降低。
说明书附图
图1为热导率测试结果。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种含有纳米钻石烯的胶粘剂，通过在环氧树脂胶中添加纳米钻石烯混合制得，所述纳米钻石烯的添加量为环氧树脂胶重量的8%。混合时搅拌的转速为5000rpm，搅拌时间为45min。
所述纳米钻石烯在添加前须经以下前处理及表面活化处理：
所述前处理过程为：a）混料：选取50nm、100nm、200nm、250nm四种不同粒度的纳米钻石烯按质量比1：2：3：4混合，b）超声碱洗：将混料置于碱洗液中超声碱洗并旋转搅拌，具体是将其置于碱洗槽中，在碱洗槽底部安装超声波发生器，超声频率为30khz，碱洗液为浓度10%的naoh溶液，碱洗液温度为45℃，旋转转速为25rpm，碱洗时间为25min，目的是将纳米钻石烯原料表面附着的油污去除；c）超声清洗：将碱洗后的混合料放入去离子水中超声清洗并旋转搅拌，超声频率为30khz，旋转转速控制在15rpm，搅拌时间为20min，测量上层清液ph值，反复清洗直至ph=7；d）酸洗活化：酸洗液为体积比为1:10的浓盐酸和浓硫酸混合溶液，温度为常温，将原料放入酸洗溶液中并搅拌，旋转转速为10rpm，搅拌时间为10min，达到将原料表面活化的目的；e）超声水洗：将酸洗活化后的混合料置于去离子水中常温超声水洗并旋转搅拌，超声频率为30khz，旋转转速为15rpm，搅拌时间为10min，反复清洗直至上层清液ph=7；f）烘干：采用阶梯式烘烤工艺进行，先以升温速率为2℃/min由常温升至60℃恒温保温30min，再升温至80℃恒温保温30min，继续升温至120℃恒温保温60min，最后升温至280℃恒温保温2h，之后自然冷却到常温待用，该烘干的目的是将处理过的原料中的水分去除。
表面活化处理过程为：将硅烷偶联剂kh-550溶于乙醇中得到硅烷偶联剂-乙醇混合液，按纳米钻石烯重量的5%将其向添加到烘干后的纳米钻石烯的混合粉，超声分散，超声频率为45khz，超声时间为10min，混合后再次烘干即得。
步骤a）中混合时将其置入三维混料机中，混料时间为20min；
表面活化处理过程中再次烘干的温度为110℃，再次烘干时间为2h。
实施例2
一种含有纳米钻石烯的胶粘剂，通过在环氧树脂胶中添加纳米钻石烯混合制得，所述纳米钻石烯的添加量为环氧树脂胶重量的8%。混合时搅拌的转速为4000rpm，搅拌时间为30min。
所述纳米钻石烯在添加前须经以下前处理及表面活化处理：
所述前处理过程为：a）混料：选取50nm、100nm、200nm、250nm四种不同粒度的纳米钻石烯按质量比2：3：4：5混合，b）超声碱洗：将混料置于碱洗液中超声碱洗并旋转搅拌，具体是将其置于碱洗槽中，在碱洗槽底部安装超声波发生器，超声频率为40khz，碱洗液为浓度15%的naoh溶液，碱洗液温度为55℃，旋转转速为35rpm，碱洗时间为35min，目的是将纳米钻石烯原料表面附着的油污去除；c）超声清洗：将碱洗后的混合料放入去离子水中超声清洗并旋转搅拌，超声频率为35khz，旋转转速控制在25rpm，搅拌时间为25min，测量上层清液ph值，反复清洗直至ph=7；d）酸洗活化：酸洗液为体积比为1:10的浓盐酸和浓硫酸混合溶液，温度为常温，将原料放入酸洗溶液中并搅拌，旋转转速为15rpm，搅拌时间为15min，达到将原料表面活化的目的；e）超声水洗：将酸洗活化后的混合料置于去离子水中常温超声水洗并旋转搅拌，超声频率为35khz，旋转转速为25rpm，搅拌时间为15min，反复清洗直至上层清液ph=7；f）烘干：采用阶梯式烘烤工艺进行，先以升温速率为2℃/min由常温升至60℃恒温保温30min，再升温至80℃恒温保温30min，继续升温至120℃恒温保温60min，最后升温至280℃恒温保温2h，之后自然冷却到常温待用，该烘干的目的是将处理过的原料中的水分去除。
表面活化处理过程为：将硅烷偶联剂kh-550溶于乙醇中得到硅烷偶联剂-乙醇混合液，按纳米钻石烯重量的5%将其向添加到烘干后的纳米钻石烯的混合粉，超声分散，超声频率为60khz，超声时间为30min，混合后再次烘干即得。
步骤a）中混合时将其置入三维混料机中，混料时间为5min；
表面活化处理过程中再次烘干的温度为100℃，再次烘干时间为1h。
实施例3
一种含有纳米钻石烯的胶粘剂，通过在环氧树脂胶中添加纳米钻石烯混合制得，所述纳米钻石烯的添加量为环氧树脂胶重量的8%。混合时搅拌的转速为6000rpm，搅拌时间为1h。
所述纳米钻石烯在添加前须经以下前处理及表面活化处理同实施例1，不同之处在于：步骤a）中混合时将其置入三维混料机中，混料时间为30min；表面活化处理过程中再次烘干的温度为120℃，再次烘干时间为4h。
性能对比检测
为说明本发明的发明效果，分别制备纳米钻石烯的添加量为0%、4%、8%、12%的胶粘剂，制备方法同实施例1，之后对制得的样品分别进行以下测试。
耐磨性测试：
耐磨性测试是在skoda-savin磨损试验机上进行的，磨轮为φ40的硬质合金，磨轮转速为675rpm，预加载荷p为49kn，转数为3000转，测量磨痕宽度，查表得到磨损体积，计算出相对耐磨性，各个配方做3个试样，每个试样不少于3个点，相对耐磨性计算公式为：(基准试样块磨损质量/基准试样块密度)/(试样块磨损质量/试样块密度)，以纳米钻石烯含量为2%为基准试样块。
胶结强度测试：
胶结强度在we-100液压式万能材料试验机上进行，采用对偶式拉伸法，试样材料为45#钢，试样材料经过清洗活化后将胶涂覆到试样表面，然后进行粘接固化，试验结果按下式计算：
rm=p/s，其中rm为抗拉强度，mpa；
p为试样破坏时最高的负荷，n；
s为粘接面积，mm2；
试验表面处理工艺如下：
先用150目的砂纸进行表面打磨，将表面杂质去除，然后将试样放入浓度为5%的naoh溶液中浸泡10min，浸泡10min，取出后用蒸馏水冲洗干净，在60℃的烘箱中烘干，然后将烘干后的试样放入重铬酸钾，浓硫酸，蒸馏水质量比为1：10：30的溶液中浸泡，浸泡20min，然后取出用蒸馏水冲洗10min，将试样冲洗干净，在60℃的烘箱中烘干待用。
热导率测试：使用激光脉冲法高温扩散率测定仪进行试样热扩散率，试样的热导率根据以下公式进行计算，λ=100×α×ρ×cp，其中λ为热导率(w/m·k)，α为热扩散率(cm2/s)，cp为材料比热容(j/g·k)，ρ为材料密度(g/cm3)，样品的密度由排水法测出，复合材料的比热容由各组分的比热容加权平均得到，cp=，其中ωi为各组分质量百分数，为各组分比热容，复合材料由搅拌均匀的胶经注模、固化、脱模后，加工成尺寸为φ12.5×1mm的圆片型试样。
各项性能检测结果如表1、表2和图1所示：
从表1可以看出，随着纳米钻石烯含量的逐渐提高，其耐磨性也是随着纳米钻石烯含量的提高而升高的，当纳米钻石烯的含量达到8%时，与未添加纳米钻石烯的相比，其耐磨性约为未添加纳米钻石烯的2.24倍，随着纳米钻石烯含量的进一步提高，其耐磨性提高不明显，因此纳米钻石烯的含量应控制在8%以内。
从表2中可以看出，随着纳米钻石烯含量的逐渐提高，其胶结强度也是随着纳米钻石烯含量的提高而变化的，是先降后升再降的变化趋势，当纳米钻石烯的含量达到4%时，与未添加纳米钻石烯的相比，其胶结强度下降了2.3mpa，当纳米钻石烯的含量达到8%时，胶结强度达到了最大值，与未添加纳米钻石烯的相比，其胶结强度升高了2.2mpa，当纳米钻石烯的含量达到12%时，胶结强度达到了最小值，与未添加纳米钻石烯的相比，其胶结强度下降了5.1mpa，因此纳米钻石烯的含量应控制在8%以内。
图1为热导率测试结果，从图1中可以明显地看出，随着纳米钻石烯含量的逐渐提高，其热导率也是迅速升高的，与未添加纳米钻石烯相比，添加量为4%时其热导率约为5倍，添加量为8%时其热导率约为8.8倍，添加量为12%时其热导率约为14倍，均大幅度地提高了其散热性。
表1纳米钻石烯加入量对耐磨性的影响
表2纳米钻石烯加入量对胶结强度的影响