耐高温聚酰亚胺类胶粘剂制备及性能分析

2024-05-07甘宪福

粘接 2024年3期

摘要：为了分析影响耐高温聚酰亚胺类胶粘剂性能的因素，使用C12H12N2O和C27H26N2O2作为二胺单体，C17H6O7作为二酐单体，通过封端剂C4H2O3和反应溶剂C5H9NO的共同作用制备了一种聚酰亚胺胶粘剂，测试了不同因素对胶粘剂粘接性能的影响。结果表明，固体质量分数、粘结件表面粗糙度、C12H12N2O和C27H26N2O2单体的摩尔比、二酐与二胺单体的摩尔比、聚酰胺酸固化工艺、亚胺化程度和亚胺化方式都会对耐高温聚酰亚胺类胶粘剂的性能产生影响。当胶粘剂固体质量分数为30%、表面粗糙度的打磨砂纸型号为600#时，C12H12N2O与C27H26N2O2的摩尔比为1∶1，胶接试件的室温粘接强度最高，提高了聚酰亚胺类胶粘剂的性能。

关键词：聚酰胺酸；聚酰亚胺；胶粘剂；粘接性能；粘接强度

中图分类号：TQ433.4+3

文献标志码：A文章编号：1001-5922（2024）03-0038-03

Preparation and performance analysis of high

temperature resistant polyimide adhesive

GAN Xianfu

（Jinchang Cement （Group） Co.，Ltd.，Jinchang 737000，Gansu China）

Abstract：In order to study the factors affecting the performance of high temperature resistant polyimide adhesives，a polyimide adhesive was prepared by the joint action of the capping agent C4H2O3，the reaction solvent C5H9NO，using C12H12N2O and C27H26N2O2 as diamine monomers and C17H6O7 as dianhydride monomers.The influence of different factors on the adhesive bonding performance was tested.Result showed that solid mass fraction，surface roughness of bonded parts，molar ratio of C12H12N2O and C27H26N2O2 monomers，molar ratio of dianhydride to diamine monomers，curing process of polyamide acid，degree of imitation，and imitization pattern all had an impact on the performance of high-temperature resistant polyimide adhesives.When the solid mass fraction of the adhesive was 30% and the surface roughness of the sandpaper model was 600 #，the molar ratio of C12H12N2O to C27H26N2O2 was 1∶1，and the bonding strength of the bonded specimen at room temperature was the highest，improving the performance of polyimide adhesives.

Key words：polyamic acid;polyimide;adhesive;adhesive performance;bonding strength

聚酰亚胺在实际使用过程中具有较高的热稳定性能，是一种具有较广阔应用前景的高温结构胶［1］。聚酰亚胺类型的胶粘剂是一种具有极强粘接性能的材料，在适当的粘附力和内聚力下，通过表面的粘合将两种材料粘合在一起［2-3］。通过将联苯醚二酸酐与2种互为异构体的二氨基二苯醚进行化学反应，成功制备了一种热固化聚酰亚胺胶，可作为一种高温环境下可靠的胶粘剂［4］。以苯并咪唑类二胺化合物、砜基二酐单体和芳香族二胺类化合物为原料，经过一系列化学反应制备了一种聚酰胺类型的化合物［5］。他们通过编程加热法测试了新型PI型聚酰胺胶粘剂的性能。基于以上研究背景，研究制备了聚酰亚胺类胶粘剂，并测试了其室温粘接强度，从而扩大其应用范围。

1 试验材料与方法

1.1 试验仪器设备

聚酰亚胺胶粘剂［6-8］在制备过程中使用的主要仪器设备：

MUYE2073/K02电子天平，

常州万泰天平仪器有限公司；

FR-103C高精度立式拉力机，

天津朗云机械有限公司；

DAPLF-102P1S油浴锅，

华美天飞仪器设备有限公司；

GRKL183X0马弗炉，

天津九科斯琴材料技术有限公司；

TM-GAC101熱重分析仪，

广州新意仪器有限公司；

NDJ-5S乌式黏度计，

山东良辰仪器设备有限公司；

HS9U101扫描量热仪，

深圳冠希仪器有限公司；

FTIR-1600傅里叶变换红外光谱仪，

广州格领科技有限公司;

DHG-9420立式恒温鼓风干燥箱，

东莞市星汇电子有限公司;

ZNCL-T磁力搅拌器，

温州市索特医药化工工程有限公司;

CT-C真空干燥箱，

沈阳千惠仪器设备有限公司。

1.2 试验材料

聚酰亚胺胶粘剂的制备与耐高温性能测试所需要的主要试验材料：

N-甲基吡咯烷酮，

天津一揉化学试剂厂；

N，N-二甲基甲酰胺，

广州远达新材料有限公司；

无水乙醇，

北京庆凯华丰科技开发有限公司；

二甲基亚砜，

天津一揉化学试剂厂；

4，4-二氨基二苯醚，

山东雷诺物流包装有限公司；

N，N-二甲基乙酰胺，

聊城通达化工厂；

2，2-双［4-（4-氨基苯氧基）苯基］丙烷，

河南瑞斯奇新材料有限公司；

吡啶，

重庆市医药股份有限公司；

顺丁烯二酸酐，

江苏钟腾化工有限公司；

乙酸酐，

上海天沃化学试剂厂；

3，3，4，4-二苯酮四酸二酐，

北京西奥化学试剂厂；

丙酮，

天津一揉化学试剂厂。

1.3 合成聚酰胺酸溶液

制备了8种聚酰胺酸溶液［9-11］，如表1所示。

将C17H6O7试剂放在150 ℃的真空环境下干燥处理10 h，C12H12N2O试剂放在100 ℃的真空环境下干燥处理10 h，C27H26N2O2试剂放在50 ℃的真空环境下干燥处理10 h。

完成试验试剂的真空干燥处理之后［12］，搭建试验装置。将适量的C5H9NO溶液装入其中一个烧瓶中，C5H9NO与C12H12N2O的混合溶液装入另一个烧瓶中。在0 ℃的水浴环境中将氮气充入第2个烧瓶中并不断搅拌，直到二者完全溶解。再向烧瓶中装入C27H26N2O2试剂至完全溶解，将C17H6O7平均分成3等份［13］，分3次投加到烧瓶中，每次间隔20 min，混合溶液需要反应1 h。将C4H2O3倒入烧瓶中反应6 h，得到聚酰胺酸溶液，将其与去离子水混合［14-15］，经过过滤之后配制成粉末，在乙醇溶液中浸泡6 h后烘干，粘贴标签保存使用。

1.4 制备试验试件

按照ISO 4587：2003制备试验胶粘试件，利用砂纸对不锈钢板材进行磨光处理，再利用丙酮溶液经过20 min的超音波清洗并浸泡1 d，使不锈钢板材得到一种具有化学反应的表面。采用滴管及毛刷，将聚酰胺酸溶液直接涂抹于不锈钢板上，并于90 ℃下放在真空炉内加热30 min，以完全挥发掉所有的溶剂。将胶水重新施加到涂料的厚度为0.1 mm到0.2 mm，并将其加热2 h。将两个涂有聚酰胺酸溶液的金属片被胶合到一起，并对其进行一些加压，使其交叠达到10 mm，再经过高温处理，完成试验试件的制备。

2 结果分析

2.1 固体质量分数对胶粘剂粘接强度的影响

在相同的试验条件下，得到一种单层叠层的拉伸剪切试样，不同固体质量分数下的室温粘接強度如图1所示。

由图1可知，胶粘剂的固体质量分数为30%时，可实现室温粘接强度最高。如果固体质量分数过少，胶层会变薄，导致粘接强度不高；此外，溶液中的N-甲基吡咯烷酮溶剂含量过高，加热固化时，溶剂挥发会产生缺陷，也会影响粘接强度。相反，如果固体质量分数过高，溶液粘性太大，无法均匀涂敷到受粘物体表面，从而影响粘接强度。

2.2 试件表面粗糙度对粘接强度的影响

采用400#～1000#粒度大小的砂纸对不锈钢材料的表面进行研磨，以达到不同粗糙程度的不锈钢表面。将25%PAA-1试样在300 ℃下进行5 min的固化，得到如图2所示的结果。

由图2可知，用600#的砂纸对不锈钢材料的表面进行处理后，胶接试件的室温粘接强度达到了16 MPa。也就是说，600#砂纸对试件进行打磨处理后，可以使不锈钢材料表面的粗糙度处于理想状态，胶粘剂与不锈钢的浸润能力越强，二者的粘接强度也明显增加，但是只有在一定的光滑度下，金属与胶粘剂的接触面积才会逐渐增大，从而具有较高的粘接性能。

2.3 2种二胺单体的摩尔比对粘接强度的影响

根据胶粘剂在室温环境下的剪切强度，测试了二胺单体的摩尔比不同时，聚酰胺酸的室温粘接强度，结果如图3所示。

由图3可知，以C17H6O7、C27H26N2O2、C12H12N2O作为基料时，制备的胶粘剂具有比较高的粘接强度，当2种二胺单体的摩尔比为1∶1时，胶粘剂的室温粘接强度最大。随着2，2′-二［4-（4-氨基苯氧基）苯基］丙烷比例的持续增加，胶粘剂在室温条件下的粘接强度处于增大-减小的趋势，但是试验过程中并没有出现明显变化。由此可以得出，粘接强度始终在12 MPa以上，具有较好的粘接性能。

3 结语

研究提出了耐高温聚酰亚胺类胶粘剂的制备及性能分析，试验结果显示，固体质量分数、粘结件表面粗糙度、C12H12N2O和C27H26N2O2单体的摩尔比、二酐与二胺单体的摩尔比、聚酰胺酸固化工艺、亚胺化程度和亚胺化方式都会对耐高温聚酰亚胺类胶粘剂的性能产生影响。研究虽然取得一定成果，但是还存在很多不足，由于聚酰亚胺类胶粘剂在长时间的使用下会出现老化现象，在今后的研究中，希望可以对聚酰亚胺类胶粘剂的抗老化性能进行研究，避免胶粘剂的老化影响其粘接性能。

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