莫来石／硅酸盐低膨胀率粘接材料固化机理与结构性能-北京大学学报.pdf

第 ３７卷 第４期 北京化工大学学报（自然科学版） Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．４ ２０１０年 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ） ２０１０ 莫来石／硅酸盐低膨胀率粘接材料固化机理与 结构性能  周春苗　史　翎 　张军营 （北京化工大学 胶接材料与原位固化技术研究室，北京　１０００２９） 摘　要：以硅酸钠水溶液、莫来石粉体为原料制备了低膨胀率的莫来石／硅酸盐粘接材料，并通过 ＦＴＩＲ、ＸＲＤ、 ＮＭＲ等方法对不同温度下热处理的样品进行了表征。结果表明，材料的固化反应发生在室温与４００℃之间，为硅 酸钠水溶液中的链式或环式聚硅酸、莫来石粉体上的铝羟基间缩合脱水反应，构建了以硅、氧、铝为主的三维体型 网状结构；所制备的具有低膨胀系数的莫来石／硅酸盐粘接材料在 １００～４００℃的温度范围，线膨胀系数为（１２～ ３７）×１０－６ －１ －５ －１ Ｋ ，６００℃时线膨胀系数最大为 １４５×１０ Ｋ ，套接压缩剪切强度达２５ＭＰａ。 关键词：莫来石；硅酸盐；低线膨胀系数；高温粘接；固化机理 中图分类号：ＴＱ１７０１ 目前国内应用较多的高温胶粘剂主要是 ＷＪＺ 引　言 ［６－７］ 型胶粘剂 ，其使用温度 －６０～５００℃。相比国外 随着航空、航天技术的不断发展，性能优良的无 同类产品，其高温粘接性能较差，特别是高温状态下 机粘接材料由于具有良好的耐高温性而成为近年来 粘接线膨胀系数相差较大的材料时，由于胶层与粘 ［１］ 粘接领域的研究热点 。 接界面上将产生较大的热应力，很容易导致粘接破 传统的无机高温粘接材料由于脆性大，固化条 坏。本文以具有低膨胀系数、耐高温的莫来石粉体 件高且粘接强度低等缺陷而极大的限制了其在航空 为填料，制备了具有低膨胀系数的莫来石／硅酸盐耐 航天领域的应用。为此国内外许多公司和机构开始 高温粘接材料，通过调节体系的热膨胀系数，使它与 ［２］ 了高性能粘接材料的研究。Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ公司 生产了 航空、航天领域使用的高温合金材料有较好的匹配， ＲｅｓｂｏｎｄＴＭ９０７ＧＦ陶瓷基胶粘剂，可用于钛合金的 提高高温粘接效果。 粘接，其使用温度为 －１８５～１２９０℃，并具有良好的 耐高能粒子辐射性能、耐酸性、耐碱性、耐溶剂性、耐 １　实验部分 腐蚀性溶液和耐火焰性能等优点，特别适用于宇宙 １１　原材料 空间飞行器部件 的粘接；Ｃｉｂａ公 司［３］研制 的 硅酸钠水溶液（ＮａＯ·３２ＳｉＯ），３７３°Ｂｅ’，固 ２ ２ Ａｒａｌｄｉｔｅ、Ｅｐｉｂｏｎｄ和Ｅｐｏｃａｓｔ胶粘剂具有优异的粘接 含量３７％（质量分数），化学纯，北京西四化工原料 性能，可用于航天器和航空器的粘接和修补；ＮＡＳＡ 有限公司；莫来石粉体（３ＡｌＯ·２ＳｉＯ）（化学组成： 机构［４］研制的用于航天飞机隔热瓦粘接的无机胶