一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法

本发明涉及胶粘剂改性，具体涉及一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法。

背景技术：

1、在航空航天领域、飞行器和航天器需要承受极端的高温冲击，温度可达1500℃。为了保证飞行器在遭受恶劣的热、力环境作用时也能安全运行，通常使用耐高温无机胶粘剂对飞行器的部分部件进行粘接和固定。随着航空航天领域的迅猛发展，对耐高温无机胶粘剂的粘接强度和耐热性能也提出了更严格的要求。

2、在目前的应用中，耐高温无机胶粘剂主要包括磷酸盐胶粘剂和硅酸盐胶粘剂。其中，磷酸盐胶粘剂酸性较强，易对粘接界面造成腐蚀，导致粘接强度降低，而硅酸盐胶粘剂对金属材料和陶瓷基复合材料均有较好的匹配性。国内相关耐高温硅酸盐胶粘剂的专利，举例如下：

3、专利申请号cn202111140148.1，名称为“一种硅酸盐无机胶粘剂及其制备方法和使用方法”的发明专利公开了一种耐高温的硅酸盐无机胶粘剂，包括a组分和b组分，硅酸钠2～50份；蒸馏水10～200份；氢氧化钠1～10份；甲基纤维素0.5～5份；甘油1～10份；所述b组分中各成分的重量份含量为：二氧化锆10～20份；氧化铝20～40份；陶瓷微珠5～20份；膨润土5～10份。该发明提供的胶粘剂中由于加入了甘油和甲基纤维素，对a组分胶液具有良好的保湿作用，防止胶水在室温下挥发而固化。而在使用中固化后对无机胶的表面光泽度起到了很好的改善作用。b组分的结构致密，粉末细腻。该发明a组分和b组分按质量1：1配比，100℃固化2小时后，钢与钢搭接的剪切强度为3.2mpa，耐温可达1200℃。

4、专利申请号cn201711108660.1，名称为“一种常温固化硅酸盐耐高温粘结剂及其制备方法”的发明专利公开了一种常温固化硅酸盐耐高温粘结剂及其制备方法。所述粘结剂包含按重量计2％～10％的短切纤维。由以下重量份数的原料制成：水玻璃40～70份、氧化铝粉末20～52份、短切纤维2～10份、氮化硅2～6份、氧化镧2～5份、二硼化锆2～5份。所述的短切纤维进行增韧，用于增强所述常温固化硅酸盐耐高温粘结剂的强度，提高了所述粘结剂的耐高温性能，该发明的粘结剂可耐1600℃高温，且1600℃下剪切强度达2.1mpa。

5、目前，现有的耐高温硅酸盐胶粘剂在高温下的力学性能较差，均无法满足未来飞行器耐高温粘接的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有硅酸盐胶粘剂韧性和粘接强度低、耐高温性能差的问题，而提供一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法。

2、一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，按以下步骤进行：

3、步骤s1：将氢氧化钾、氢氧化钠和二氧化硅加入到反应器中，然后加热至350℃～400℃，并在350℃～400℃的温度条件下搅拌；搅拌结束后冷却至室温，再向反应器中加入蒸馏水，继续搅拌，得到钾钠水玻璃；所述的氢氧化钾、氢氧化钠与二氧化硅的质量比为100：(10～30)：(70～90)；

4、步骤s2：将苯酚和催化剂加入到反应器中，然后加热至100℃～120℃，并在100℃～120℃的温度条件下搅拌30min～60min；搅拌结束后将甲醛加入到反应器中，继续搅拌反应30min～60min；反应结束冷却至室温，得到酚醛树脂；所述的苯酚与甲醛的质量比为100：(110～130)；

5、步骤s3：将步骤s1中得到的钾钠水玻璃、步骤s2中得到的酚醛树脂、硅烷偶联剂和表面活性剂混合，然后加热至80℃～90℃，并在80℃～90℃的温度条件下搅拌反应30min～90min；反应结束冷却至室温，得到耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂；所述的钾钠水玻璃与酚醛树脂的质量比为100：(5～15)。

6、本发明的有益效果：

7、(1)本发明以氢氧化钠、氢氧化钾、二氧化硅和蒸馏水为原料制备了钾钠水玻璃，提高胶粘剂的本体强度，增强粘接性能。其中，有机物的引入使胶粘剂在高温下产生微孔，提高了胶粘剂的韧性，降低应力；将钾钠水玻璃和酚醛树脂搅拌混合，碳元素和硅元素产生交联，在高温下生成碳化硅，提高胶粘剂高温粘接性能。本发明增强了胶粘剂的力学性能及耐高温性能，制备了一种单组份耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂。

8、(2)本发明针对现有硅酸盐胶粘剂韧性和粘接强度低、耐高温性能差等问题，研制了一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂。该胶粘剂为单组份，可以室温固化，对室温剪切强度≥25mpa，1000℃剪切强度≥12mpa，1600℃剪切强度≥5mpa，1600℃下处理2h后剪切强度保持率≥85％，室温适用期达60min。与未经交联的钾钠水玻璃相比，室温剪切强度提升了50％，1600℃剪切强度提升了65％。

9、本发明可获得一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法。

技术特征：

1.一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于步骤s1中所述的氢氧化钾、氢氧化钠、二氧化硅与蒸馏水的质量比为100：(10～30)：(70～90)：(300～320)。

3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于步骤s1中氢氧化钾、氢氧化钠和二氧化硅的搅拌时间为1h～2h。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于步骤s1中加入蒸馏水，继续搅拌30min～60min。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于步骤s2中所述的苯酚、甲醛与催化剂的质量比为100：(110～130)：(1～2)。

6.根据权利要求1或5所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于所述的催化剂为醋酸钠、碳酸钠或二氧化锰。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于步骤s3中所述的钾钠水玻璃、酚醛树脂与硅烷偶联剂的质量比为100：(5～15)：(1～2)。

8.根据权利要求1或7所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于所述的硅烷偶联剂为kh-560。

9.根据权利要求1所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于步骤s3中所述的钾钠水玻璃、酚醛树脂与表面活性剂的质量比为100：(5～15)：(1～2)。

10.根据权利要求1或9所述的一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为op-10、十二烷基硫酸钠或tween-80。

技术总结一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法，涉及胶粘剂改性技术领域。本发明的目的是为了解决现有硅酸盐胶粘剂韧性和粘接强度低、耐高温性能差的问题。本发明以氢氧化钠、氢氧化钾、二氧化硅和蒸馏水为原料制备了钾钠水玻璃，提高胶粘剂的本体强度，增强粘接性能。其中，有机物的引入使胶粘剂在高温下产生微孔，提高了胶粘剂的韧性，降低应力；将钾钠水玻璃和酚醛树脂搅拌混合，碳元素和硅元素产生交联，在高温下生成碳化硅，提高胶粘剂高温粘接性能。本发明可获得一种耐高温高强度硅酸盐杂化胶粘剂的制备方法。技术研发人员：梁西良,吴易泽,薛金龙,李博弘,曹先启,陈泽明,张广鑫,徐鑫,王旭,王文博,王超受保护的技术使用者：黑龙江省科学院石油化学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/29