一种高强度粘结剂及其制备方法与流程

本发明涉及粘结剂，尤其涉及一种高强度粘结剂及其制备方法。

背景技术：

1、粘结是通过具有黏附能力的物质，把同种或不同种材料牢固地连接在一起的方法。具有黏附能力的物质称为粘合剂。粘结过程是个复杂的物理、化学过程。粘结性能的好坏，不仅取决于粘合剂和被粘物表面的结构与状态，而且和粘合过程的工艺条件密切相关。在工业生产中，粘结剂扮演着非常重要的角色，它们被广泛应用于建筑、汽车制造、航空航天、电子设备、铸造生产等领域。然而，传统的粘结剂在一些特定的应用场景下存在一些缺点，比如粘结强度不高、耐热性差、环境友好性差等问题。

2、现有专利cn102115653b公开了一种粘结剂组合物，该组合物包括a、b两组份；a组份由环氧树脂和/或酚醛树脂，氯丁橡胶，玻璃纤维，无机纳米材料，络合剂和硅烷偶联剂在120-150℃反应70-90分钟得到；其中，所述无机纳米材料为氟化钙与氧化硅、氧化锰、氧化铝、氧化钛中的至少一种的混合物。该专利文献中的粘结剂组合物可对两种不同的金属进行粘结。现有专利cn106519992a提供一种粘接剂，包括下述组成材料：30-90重量份的陶瓷粉体，10-50重量份的有机树脂，0.1-5重量份的助剂，5-10重量份的填料，10-50重量份的有机溶剂；其中：陶瓷粉体为氧化物类陶瓷粉体、氮化物类陶瓷粉体、碳化物类陶瓷粉体或硼化物类陶瓷粉体，陶瓷粉体的粒径为1-5μm，有机树脂为丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅树脂或环氧树脂，助剂为固化剂、分散剂和消泡剂，填料为caco3、cao和sio2中的一种或几种。通过以陶瓷粉体作为基体，有机树脂作为胶粘载体，用于粘接可获得具有优良的耐压性和导热性的复合材料。

3、但上述技术方案仍存在不足，一方面上述技术方案提供的粘结剂仍存在粘结效果差，强度低、韧性差的问题；另一方面，上述技术方案中的粘结剂难以同时满足高强度以及耐高温的要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种高强度粘结剂及其制备方法，以解决现有技术中粘结剂粘结效果差以及难以同时兼具高强度和耐高温性能的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种高强度粘结剂，包括第一组分和第二组分，所述第一组分和第二组分的质量比例为(1.5:1)～(1:2)，

4、所述第一组分包括以下重量份的组分：酚醛树脂100份、改性丁腈橡胶5～15份、稀释剂10～30份；

5、所述第二组分包括以下重量份的组分：固化剂65～85份、稀释剂15～35份、耐高温填料8～10份、消泡剂0.5～2份。

6、在以上技术方案的基础上，优选的，所述改性丁腈橡胶为烯丙基焦儿茶酚接枝液体丁腈橡胶。

7、酚醛树脂是一种热固性树脂，其分子中含有大量的酚基和醛基，上述官能团在固化过程中可形成大量的交联结构，从而促使其具有较好的粘结性。现有技术中利用丁腈橡胶对酚醛树脂进行改性可提高酚醛树脂的粘结强度，但利用丁腈橡胶对酚醛树脂进行改性的过程中，酚醛树脂分子结构中酚环上的羟甲基在酸性条件下，容易与另一酚环的邻对位发生脱水缩合，不利于其与丁腈橡胶的结合，从而会影响丁腈橡胶的增韧改性效果；同时丁腈橡胶与酚醛树脂分子之间主要形成物理交联，其耐高温性能也较差。

8、烯丙基焦儿茶酚分子链中含有酚环和不饱和脂肪链，其同时具有酚类化合物和不饱和化合物的特性，本发明中，利用烯丙基焦儿茶酚对液体丁腈橡胶进行接枝反应，即通过烯丙基焦儿茶酚侧链上的碳碳双键与液体丁腈橡胶分子链上的α-c发生加成反应，从而将烯丙基焦儿茶酚引入到液体丁腈橡胶的分子结构中，然后在固化剂的作用下，促使烯丙基焦儿茶酚分子结构中的酚环与酚醛树脂发生交联反应，烯丙基焦儿茶酚分子结构中酚环的存在可提高其在基体中的分散性，增强与酚醛树脂的化学交联作用，进一步提高丁腈橡胶的增韧改性效果。耐高温填料的加入可在混合过程中与酚醛树脂形成物理和化学结合，形成三维网络结构，与烯丙基焦儿茶酚接枝液体丁腈橡胶和丁腈橡胶的化学交联协同作用，进而提高粘结剂的整体耐高温性能。消泡剂的加入可避免粘结剂制备过程中产生气泡，进而保证粘结剂的致密性。

9、在以上技术方案的基础上，优选的，所述耐高温填料包括第一填料和第二填料，所述第一填料和第二填料的质量比为1：(3.5～4.5)。

10、在以上技术方案的基础上，优选的，所述第一填料包括云母粉、滑石粉、氧化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硼和碳化硅中的一种或几种的组合；所述第二填料包括碳化钛和/或氧化锆。

11、第一填料中的云母粉、滑石粉、氧化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硼和碳化硅等成分具有较高的耐高温性能，能够承受高温环境下的热应力和热膨胀，同时具有良好的导热性和隔热性，碳化钛和氧化锆作为第二填料，也具有优异的耐高温性能，能够在高温下保持稳定的物理和化学性质，两者混合可促使整体填料具有更高的耐高温性能，能够在高温环境下长时间稳定工作，同时第一填料和第二填料均具有较好的耐腐蚀性能和机械性能。通过第一填料和第二填料混合形成复合的无机耐高温填料，在高温环境中，无机耐高温填料填充于树脂基体中，可提高粘结剂的耐高温性能，降低粘结剂的热膨胀系数，提高其在高温下的稳定性，并延长粘结剂的使用寿命。

12、在以上技术方案的基础上，优选的，第一填料和第二填料的粒径均为500～800目。

13、在以上技术方案的基础上，优选的，所述固化剂包括六亚甲基四胺、多异氰酸酯和双氰胺中的任意一种；所述消泡剂包括聚硅氧烷，所述稀释剂包括甲醇、丙酮、乙醇和二甲苯的一种或两种及以上的混合物。

14、在以上技术方案的基础上，优选的，第二组分还包括硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂的加入量按重量份数计为2～8份。

15、在以上技术方案的基础上，优选的，所述硅烷偶联剂包括kh-550、kh-560、kh-570和kh-590中的一种或几种的组合。

16、本发明中，硅烷偶联剂一方面通过其分子中含有的硅-氧键与耐高温填料表面的活性基团形成化学键，另一方面硅烷偶联剂分子中的两端通常具有不同的亲水性和亲油性基团以与酚醛树脂进行化学结合，从而使得硅烷偶联剂能够在填料与树脂之间构建一种特殊的界面结构，实现填料与酚醛树脂的有效粘结，进一步保证粘结剂的耐高温性能。

17、第二方面，本发明提供了如上任一项所述的一种高强度粘结剂的制备方法，包括如下步骤：

18、s1、将酚醛树脂、改性丁腈橡胶和稀释剂混合，搅拌加热至40～80℃得到第一组分；

19、s2、将固化剂、稀释剂、耐高温填料、消泡剂、硅烷偶联剂和稀释剂混合，25～27℃下搅拌得到第二组分；

20、s3、将第一组分和第二组分于25～27℃下搅拌混合，得到高强度粘结剂。

21、在以上技术方案的基础上，优选的，所述改性丁腈橡胶的制备方法包括如下步骤：

22、将液体丁腈橡胶、烯丙基焦儿茶酚、引发剂和酯类溶剂充分混合，在冷凝回流条件下水浴加热至60～80℃，惰性气体保护下反应6～8h，得到改性丁腈橡胶。

23、在以上技术方案的基础上，优选的，所述液体丁腈橡胶、烯丙基焦儿茶酚和引发剂的质量比为1：(0.35～0.5)：(0.08～0.12)，所述引发剂为过氧化二异丙苯或过氧化苯甲酰。

24、本发明中，在加热条件下，引发剂自由分解生成自由基，以引发烯丙基焦儿茶酚的烯丙基侧链上的碳碳双键断开，并与液体丁腈橡胶分子链上的α-c发生加成反应，引发剂生成的自由基可介入上述反应降低反应的活化能，促进反应的进行，从而烯丙基焦儿茶酚接枝改性液体丁腈橡胶，以改善丁腈橡胶的耐热性和力学性能。

25、在以上技术方案的基础上，优选的，耐高温填料的制备方法包括：将第一填料和第二填料按质量比为1：(3.5～4.5)混合，并进行球磨处理，球磨时间为0.5～1.5h，球磨转速为200～400转/min。

26、本发明的一种高强度粘结剂及其制备方法相对于现有技术具有以下有益效果：

27、(1)通过利用烯丙基焦儿茶酚对液体丁腈橡胶进行接枝改性以提高丁腈橡胶的增韧效果，在固化剂的作用下，促使改性丁腈橡胶分子结构中引入的烯丙基焦儿茶酚的酚环与酚醛树脂发生化学交联，以提高粘结剂的粘结强度；

28、(2)通过耐高温填料的加入可在混合过程中与酚醛树脂形成物理和化学结合，形成三维网络结构，与烯丙基焦儿茶酚接枝液体丁腈橡胶和丁腈橡胶的化学交联协同作用，进而提高粘结剂的整体耐高温性能，促使粘结剂同时兼具高强度和耐高温性能；

29、(3)通过第一填料和第二填料混合形成无机耐高温填料，在高温环境中，无机耐高温填料填充于树脂基体中，可提高粘结剂的耐高温性能以及稳定性；同时上述耐高温填料具有较高的强度，可增强粘结剂的力学性能；加入硅烷偶联剂，通过硅烷偶联剂将无机耐高温填料和酚醛树脂之间构建界面结构，可进一步实现填料与酚醛树脂的有效粘结，从而提高粘结剂的耐高温性能。