乙烯基陶瓷前驱体改性酚醛胶黏剂性能研究

王勃，曹先启，李博弘，陈泽明，王超

（1.黑龙江省科学院石油化学研究院，哈尔滨150040；2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨150020）

乙烯基陶瓷前驱体改性酚醛胶黏剂性能研究

王勃1，2，曹先启1，李博弘1，陈泽明1，2，王超1，2

（1.黑龙江省科学院石油化学研究院，哈尔滨150040；2.黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨150020）

以乙烯基陶瓷前驱体、苯酚、甲醛及碱金属催化剂为主要原材料，制备了一种改性酚醛胶黏剂，并借助红外（IR）、热失重、万能拉力机对改性酚醛胶黏剂进行了测试分析。结果表明，乙烯基陶瓷前驱体改性的酚醛胶黏剂具有较好的耐热性能。

乙烯基陶瓷前驱体；耐热性；拉伸剪切强度

陶瓷前驱体的骨架主要由硅、氧、炭及其他金属元素组成，800℃开始初始无机陶瓷化，烧结为SiC、SiO2、A12O3，具有优异的耐高温性能［1-7］。但目前陶瓷前驱体主要应用于陶瓷纤维化及陶瓷材料后处理方面，尚未发现有关改性酚醛胶黏剂的报道。本研究以乙烯陶瓷前驱体改性酚醛树脂，在酚醛大分子链中接枝乙烯基陶瓷前驱体官能团，提高酚醛的韧性和耐热性能。

1　实验部分

1.1原料

甲醛溶液，分析纯，济南市白云有机化工有限公司；苯酚，分析纯，天津市光复精细化工研究所；乙酸乙酯，天津市科密欧化学试剂有限公司；自制乙烯基陶瓷前驱体，催化剂为MgO。

1.2改性酚醛胶黏剂的制备

按照工艺要求，将一定质量比的苯酚与甲醛溶解、搅拌，将油浴加热至50℃，待反应釜中无固体颗粒，加入催化剂和乙烯基陶瓷前驱体，加热至60℃、85℃及95℃，各反应3h，停止加热，冷却至常温。然后进行减压蒸馏，油浴加热至105℃，直至无水性液体为止，停止减压蒸馏，冷却至40℃，加入一定质量的溶剂（乙酸乙酯等），调节成70%的浓度。

1.3实验方法

1.3.1剪切强度测试

采用Instron4457万能拉力机，按国标GB-7124将钛合金（TC4）强度试片拉伸、剪切，切割为长×宽×厚：100mm×25mm×2mm，胶黏剂有效工作长度为12.5mm。钛合金试片要用砂纸打磨，除去表面油污。将改性酚醛树脂涂在工作面上，放进烘箱，80℃烘2～5min，除去胶黏剂中的溶剂，将合拢试片，加0.01? 0.03MPa的压力，在180℃下固化2h，随炉冷却至常温。

1.3.2热重分析

采用TG-7热重分析仪对改性酚醛进行热失重测试，其中改性酚醛要在150℃进行固化处理。热重温度范围是从常温到600℃，升温速率为10℃·min-1，测试环境为空气。

1.3.3SEM分析

采用JEOL公司生产的JXA-840型扫描电子显微镜（SEM），观察断口形貌，样品表面需经离子溅射喷Au，以防观察时产生放电，放大倍数为10 000倍。

2　结果与讨论

2.1不同份数酚醛树脂的耐热性能

表1　酚醛树脂600℃热失重Tab.1 Phenolic resin 600℃TGA

表1为添加不同份数的乙烯基陶瓷前驱体改性的酚醛树脂，在600℃的热失重，由表1可以看出，经过乙烯基聚碳硅烷改性的酚醛树脂均具有良好的耐热性能，其中添加10份的乙烯基陶瓷前驱体，在600℃的热失重仅为8.5%，优于其他改性酚醛树脂。

2.2改性酚醛胶黏剂微观形貌

图1为乙烯基聚碳硅烷改性后酚醛胶黏剂的微观形貌。由图1可以看出，断裂面无明显的脆性断裂形貌，说明经过聚碳硅烷改性的酚醛树脂，韧性好，图中部分球状结构应为固化过程中溶剂快速挥发造成的气泡。

图1　改性酚醛胶黏剂的电镜照片Fig.1 The SEM of phenolic resin

2.3同份数乙烯基陶瓷前驱体对改性酚醛黏结性能的影响

拉伸剪切强度直接影响胶黏剂的使用，是胶黏剂性能的重要指标之一。本文按照国家标准用不同份数的乙烯基聚碳硅烷进行改性，并对酚醛胶黏剂的拉伸、剪切强度进行测试。测试结果表明：乙烯基聚碳硅烷含量为10%的改性酚醛胶黏剂常温、高温力学性能最好，常温时为18.4MPa，600℃处理后，仍保持4.9MPa力学性能，说明聚乙烯基陶瓷前驱体含量为10%的改性酚醛胶黏剂具有良好的力学性能及耐高温性能，20%的改性酚醛胶黏剂性能次之，5%的改性酚醛胶黏剂性能最低。

图2　不同改性酚醛树脂剪切强度Fig.2 The shearing strength different catalyst proportion synthetic phenolic resin

3　结论

采用聚乙烯基陶瓷前驱体可对普通酚醛胶黏剂进行改性，该改性胶黏剂耐热性能优异，600℃下热失重仅为8.5%，可用于耐高温金属、非金属及陶瓷材料的黏结。

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Study on the Performance of Phenol-formaldehyde Adhesive Modified with Vinyl Ceramic Precursor

WANGBo1,2,CAOXian-qi1,LI Bo-hong1,CHENZe-ming1,2,WANGChao1,2
(1.Institute ofPetrochemistry,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150040 China;
2.Institute ofAdvanced Technology,HeilongjiangAcademyofSciences,Harbin 150020,China)

The Phenol-formaldehyde resin was synthesized with Vinyl ceramic precursor,formaldehyde,phenol,Alkali metal catal as rawmaterial, the curing thermal resistance and mechanical strength was analyzed by IR,TG and SEM.the results showed that thermal resistance of the Phenol formaldehyde resin was well.

Vinyl ceramic precursor;Phenol-formaldehyde;Thermal resistance;Shear strength

TQ343

A

1674-8646（2015）09-0052-02

2015-07-06

王勃（1974-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士，研究员级高工，主要从事高分子胶黏剂材料研究。

王超（1968-），男，黑龙江哈尔滨人，博士，研究员，主要从事高分子功能材料研究，wangchao711@163.com。