表面處理劑對隔熱層粘接性能的研制

王 勃,黃麗,曹先啟,陳澤明,王 超

（黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150040）

表面處理劑對隔熱層粘接性能的研制

（黑龍江省科學(xué)院 石油化學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150040）

為提高隔熱層粘接強(qiáng)度，采用材料拉伸強(qiáng)度測試方法，研究了空氣濕度、處理劑濃度對常溫固化磷酸鹽膠黏劑粘接隔熱層力學(xué)性能的影響。研究表明，當(dāng)處理劑濃度為5%，空氣濕度為70%，處理劑處理的隔熱層可以在20～1200℃達(dá)到隔熱層深層破壞，而且粘接強(qiáng)度還得到較大提高，表明該處理劑可以顯著提高隔熱層的粘接強(qiáng)度。

處理劑；隔熱層；粘接

前 言

高速導(dǎo)彈TPS隔熱層的溫度可以達(dá)到800℃甚至1200℃以上，要求所使用的膠黏劑對耐高溫合金、陶瓷基材料和炭基材料具有良好的粘接強(qiáng)度、耐高溫性能、抗熱振性能和韌性，且膨脹系數(shù)低、耐久性能優(yōu)異。磷酸鹽膠黏劑耐熱可以達(dá)到1300～1700℃，具有優(yōu)異的耐水性能，且具有固化收縮率低、高溫強(qiáng)度較大以及可在較低溫度下固化等優(yōu)點(diǎn)。這是其他任何有機(jī)膠黏劑和硅酸鹽膠黏劑所無法達(dá)到的。通過添加緩蝕劑還可以解決對金屬的腐蝕問題，但是粘接硅酸鹽隔熱層時(shí)，浸潤性能差，因此需要采用處理劑對隔熱層表面進(jìn)行處理，增強(qiáng)浸潤性[1～3]。

俄羅斯在該領(lǐng)域處于國際領(lǐng)先水平，磷酸鹽膠黏劑廣泛用于航空發(fā)動機(jī)耐高溫材料、導(dǎo)彈整流罩、發(fā)動機(jī)噴嘴、航天飛機(jī)前緣的粘接等，基本取代了硅酸鹽膠黏劑。歐美等國家由于磷酸鹽膠黏劑技術(shù)水平低于俄羅斯，因此在航空航天領(lǐng)域耐高溫材料的粘接方面既采用磷酸鹽膠黏劑也采用硅酸鹽膠黏劑。

近年國內(nèi)對磷酸鹽膠黏劑進(jìn)行了大量研究，但是目前關(guān)鍵技術(shù)尚未解決。主要存在固化溫度高、粘接強(qiáng)度低等問題[1,2]。

本項(xiàng)目采用改性磷酸二氫鋁為主體，以金屬氧化物為固化劑和緩蝕劑的磷酸鹽膠黏劑，對金屬無腐蝕，克服了硅酸鹽膠黏劑和氧化銅-磷酸鹽膠黏劑的缺點(diǎn)，又保持了兩者的優(yōu)點(diǎn)，用于隔熱層的粘接，在航空、航天領(lǐng)域耐高溫粘接得到廣泛應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

聚磷酸：試劑級；氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅：納米級，自制；固化劑：100份氧化鋁中加入3份氧化鎂、1份氧化鋅；樹脂：聚磷酸與氧化鋁80℃反應(yīng)4h制備的，P/Al物質(zhì)的量比3∶1，pH值為1～2；隔熱層處理劑：5%的異丙醇鋯水溶液，涂敷在隔熱層表面后180℃處理2h；配比：樹脂體系∶固化劑=100∶100；固化條件：室溫固化3d，接觸壓。

1.2 膠黏劑性能測試

力學(xué)性能測試：按照GB/T7124-1986標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行，試片為長度24mm×寬度24mm×厚度5mm的隔熱層和碳化硅試片。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面處理劑對粘接強(qiáng)度的影響

采用未經(jīng)任何處理的隔熱層和處理劑處理的隔熱層涂敷膠黏劑，與碳化硅試片粘接，常溫固化3d，測試剪切強(qiáng)度如表1所示。

表1 處理劑對隔熱層粘接強(qiáng)度的影響Table 1 The effect of surface treatment agent on the bonding properties of heat-insulating layer

表1可見處理劑處理后的隔熱層表面強(qiáng)度顯著提高，而且都是深層破壞，但是當(dāng)溫度達(dá)到1000℃后均為隔熱層破壞，但是處理后的隔熱層粘接強(qiáng)度稍高，這主要是處理劑改善了隔熱層界面狀態(tài)，提高了隔熱層界面強(qiáng)度。

2.2 處理劑濃度對隔熱層粘接強(qiáng)度的影響

采用不同濃度處理劑處理后的隔熱層測試剪切強(qiáng)度如表2所示.

表2 處理劑濃度隔熱層粘接強(qiáng)度的影響Table 2 The effect of surface treatment agent concentration on the bonding properties of heat-insulating layer

從表2可見，當(dāng)處理劑濃度高于5%時(shí)，粘接強(qiáng)度基本相同，但是處理后的隔熱層會出現(xiàn)氧化鋯顆粒，影響外觀效果。而當(dāng)處理劑濃度低于5%時(shí)，界面強(qiáng)度顯著下降，因此處理劑最佳濃度為5%。

2.3 空氣濕度對粘接性能的影響

不同空氣濕度下粘接的隔熱層測試剪切強(qiáng)度如表3所示。

表3 空氣濕度對粘接性能的影響Table 3 The effect of humidity on the bonding properties of heat-insulating layer

從表3可見，空氣濕度過高或過低均影響粘接強(qiáng)度，當(dāng)空氣濕度在RH98%～62%范圍內(nèi)時(shí)，粘接強(qiáng)度較高。這是由于一定空氣濕度，增強(qiáng)了膠黏劑浸潤效果。濕度過高，磷酸鹽膠黏劑固化速度減緩，影響粘接強(qiáng)度；濕度低于62%時(shí)，膠黏劑固化速度提高，浸潤不完全時(shí)就開始固化，因此強(qiáng)度降低。

3 結(jié)論

在適當(dāng)濃度和濕度下，隔熱層處理劑可以顯著提高界面強(qiáng)度，并且在20～1200℃下達(dá)到隔熱層深層破壞，而且室溫固化耐熱可以達(dá)到1200℃。

［1］周燕,鄧詩峰,黃發(fā)榮.磷酸鹽基復(fù)合材料中石英纖維的表面處理［J］.玻璃鋼/復(fù)合材料，2009，2：37～41.

［2］麻平,羅進(jìn)文,郭衛(wèi)紅，等.磷酸鹽基體及其纖維復(fù)合材料的研究—預(yù)浸料制備及其成型工藝［J］.纖維復(fù)合材料，2004，2：15～18.

［3］楊堅(jiān).磷酸鹽結(jié)合高鋁耐磨磚的試制及生產(chǎn)［J］.耐火材料，1999，4：243～244.

The Effect of Surface Treatment Agent on the Adhesion Properties of Heat-insulating Layer

WANG Bo,HUANG Qian-li,CAO Xian-qi,CHEN Ze-ming and WANG Chao
(Institute of Petrochemistry,Heilongjiang Academy of Sciences,Harbin 150040,China)

In order to enhance the bonding strength of heat-insulating layer,the effect of humidity and concentration of treatment agent on the mechanical property of heat-insulating layer bonded with normal temperature curing phosphate adhesive were research with adopting material tensile strength testing method.The results indicated that when the humidity was 70%and the concentration of treatment agent was 5%,the heat-insulating layer treated by the agent could be destroyed deeply at 20～1200℃,and the bonding strength was improved greatly,it was proved that this surface treatment agent could remarkably enhance the bonding strength of heat-insulating layer.

Surface treatment agent;heat-insulating layer;bonding

TQ437.4

A

1001-0017（2011）03-0015-02

2011-01-06

王勃（1972-），女，哈爾濱市人，高級工程師，從事高分子膠黏劑及產(chǎn)品開發(fā)。