CN101705074B

CN101705074B - 高温螺纹紧固胶及其生产方法

Info

Publication number: CN101705074B
Application number: CN2008102365796A
Authority: CN
Inventors: 孙哲; 李博文; 秦瑞; 冯俊忠; 南燕; 王颖
Original assignee: North Paint and Coatings Industry Research and Design Institute
Current assignee: North Paint and Coatings Industry Research and Design Institute
Priority date: 2008-12-30
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2028-12-30
Also published as: CN101705074A

Abstract

一种高温螺纹紧固胶及其生产方法，含有以下按质量百分比计算含量的组分：环氧改性有机硅树脂；颜料；低熔点玻璃粉；超细铝粉；石棉粉；芳香胺。上述环氧改性有机硅树脂，以环氧树脂和含羟基有机硅中间体，采用缩聚法合成，在反应釜中保持(150～170)±5℃的温度，经升温，回流，降温，制得高硅含量环氧改性有机硅树脂。可提高紧固胶的耐高温性，达到在500℃环境下使用2000秒的要求。

Description

高温螺纹紧固胶及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种胶黏剂及其生产方法。

背景技术

近些年来，随着航天、航空、机械、电子等工业的高速发展，在这些领域里螺纹紧固胶变得越来越重要，需求量也越来越大，如航空、航天发动机的管路连接、传感器安装等在高温工作环境下有防松脱要求的部位，螺纹紧固胶可以提高螺纹连接的抗振防松性能，从而大大提高发动机的可靠性。可是目前螺纹紧固胶的研究与其应用的实际需求还存在较大差距，许多方面的性能还有待于改进，其中耐高温性更是一个重要的方面。目前通用的螺纹紧固胶的耐热性一般在150℃以下。为了提高螺纹紧固胶的耐温性能，人们也对其进行了一些改性，通常的改性方法为加入耐温性好的树脂，如马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚四氟乙烯、三嗪树脂等，而用高硅含量环氧改性有机硅树脂改性的并不多见。

发明内容

本发明的目的是提供一种高温环境下的连接件用螺纹紧固胶，解决螺纹连接件在高温下的防松脱问题。

本发明高温螺纹紧固胶的技术方案：其特征在于该胶黏剂中含有以下按质量百分数计算含量的组分：

甲组份

高硅含量环氧改性有机硅树脂： 50～60％

低熔点玻璃粉 20～30％

石棉粉 5～15％

超细铝粉 5～15％

乙组分

芳香胺固化剂 94～98％

固化促进剂 1～3％

偶联剂 1～3％

上述高硅含量环氧改性有机硅树脂是以含羟基有机硅中间体6018和环氧树脂E-42为原料，重量为6∶4，经缩合而成的改性树脂。

上述甲组份和乙组分的配比为100∶10～20。

上述低熔点玻璃粉的熔点为360～400℃。

上述石棉粉为500℃高温烘烤处理过的80～120目的石棉粉。

上述超细铝粉粒径为4～20μm。

上述芳香胺固化剂为腰果酚类环氧固化剂。

上述固化促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

上述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。

上述甲组份中还含有0～0.2％的分散剂，分散剂为含有氨基或羧基的高分子嵌段共聚物。

上述甲组份中还含有0～0.2％的消泡剂，消泡剂为高分子聚硅氧烷类或丙烯酸酯类聚合物。

这种高温螺纹紧固胶的生产方法，其特征在于生产步骤如下：

(1)、先制备高硅含量环氧改性有机硅树脂，以含羟基有机硅中间体和环氧树脂为原料，两者的重量比为6∶4，加入催化剂后经升温在反应釜中保持(150～170)±5℃的温度回流，达到反应终点后降温，制得高硅含量环氧改性有机硅树脂。

(2)、配料及预混合；按配比称量各种组分，搅拌均匀，制得色浆后准备研磨分散。

(3)、研磨分散；将已制得的色浆上三辊磨，进行研磨、分散，用刮板细度计测量细度至80～100μm停止研磨，用高速搅拌机搅拌均匀后包装为甲组份。

(4)、乙组分的配制；按配比将芳香胺类固化剂、固化促进剂及偶联剂称量后，用高速搅拌机搅拌均匀后包装为乙组分。

通过实际条件试验、粘度测试以及TGA热失重等现代分析方法测试证明：

(a)、通过条件试验，确定了高硅含量环氧改性有机硅树脂合成中，缩聚反应的最佳反应温度为150～170℃之间，最佳反应时间为6～8个小时，产物为均一稳定的半透明粘稠树脂。

(b)、通过条件试验，确定了高硅含量环氧改性有机硅树脂合成中，缩聚反应中钛酸正丁酯具有较好的催化效果。催化剂的用量在0.13～0.17％之间时，改性树脂的性能最佳。

(c)、通过TGA热失重试验，可以看出随着温度的升高，树脂受热氧化的作用失重率逐渐增大；随着有机硅百分含量的逐渐增加，相同温度下热失重率总体趋势是逐渐减少，这主要是由于改性树脂分子中耐热的Si-O-Si链含量的增加相应的改善了树脂的耐热性能。随着有机硅树脂含量的增加，改性树脂的耐热性得到明显的改善，热分解温度明显提高。

本发明改善胶黏剂的耐温性的机理：

本发明采用下面两种方法提高螺纹紧固胶的耐高温性能：(1)在配方中引入耐热性好的高硅含量环氧改性有机硅树脂；(2)在配方中引入耐热性好的无机填料。通过上述方法的改进使本发明的螺纹紧固胶的耐温性得到了大幅提高，使其可以在500℃的环境下工作2000秒后，粘接性能没有明显的下降。

国内外环氧树脂改性有机硅树脂的方法一般都是通过聚硅氧烷分子的活性端基如羟基、氨基、烷氧基等与环氧树脂分子中的环氧基和羟基反应来引入有机硅链段。鉴于本发明的目标，选择合适的有机硅树脂和环氧树脂就显得非常重要。有机硅树脂和环氧树脂各自的性能特点将对最终的试验结果产生重要的影响。有机硅树脂中有机基(R)对硅原子(Si)的比值(即R/Si比)和苯基(Ph)与甲基(Me)的比值(Ph/Me比)均对改性树脂的性能有重大影响：R/Si比值越大漆膜柔韧性越好但干燥性能越差；R/Si比值越小漆膜柔韧性越差但干燥性越好。实践证明R/Si比值处于1.4～1.6这一范围较好。Ph/Me的比值也是有机硅树脂性能的一个重要参数指标。Ph/Me的比值越大，即苯基含量越高，聚合物的耐热性越好，与有机树脂的混溶性也越好，但机械性、干燥性、耐有机溶剂性较差；Ph/Me越小，即甲基含量越高，树脂的机械性、干燥性、耐水性较好，但耐热性、混溶性较差。实践表明Ph/Me在0.24～0.34这一范围较好。考虑到以上因素，本发明选用R/Si与Ph/Me较为适中的由美国道康宁公司提供有机硅树脂6018和江苏三木公司的环氧树脂E-42来合成高硅含量环氧改性有机硅树脂。

本项目以高硅含量环氧改性有机硅树脂与芳香胺类环氧固化剂固化，并辅以固化促进剂和偶联剂以保证胶黏剂在常温下就能快速获得理想的粘接性能。而当环境温度达到400℃以上时，高硅含量环氧改性有机硅树脂发生热分解，聚有机硅氧烷的侧链、有机基及主链被破坏，在链节断裂的地方形成活化中心，使其在高温时能够与进一步与添加在树脂中的低熔点玻璃粉、硅酸盐和金属氧化物等相互作用，这种热物理-化学反应的结果就是使有机硅和硅酸盐等无机组分联系起来二次成膜，从而保证了胶黏剂在500℃的短期工作时间内依然能够提供足够的粘接性。

有益效果：

目前航空、航天等特殊领域的耐高温部件上应用了大量的螺纹连接件，螺纹连接件的防松脱措施对于耐高温部件的可靠性起着至关重要的作用，尤其是工作在高温环境下的螺纹连接件，一旦发生松动，将会造成不可估量的损失。而且，高温螺纹紧固胶研制成功后，既可解决目前航空、航天等特殊领域的耐高温部件的螺纹连接要求，也可为未来的研究提供技术支撑。

武器装备对于螺纹连接件的防松要求更高，高温紧固胶研制成功后可广泛用于武器装备的高温螺纹连接件防松，在很大程度上提高螺纹连接件的抗振、防松能力，提高武器装备的可靠性。我国目前正在研制的和已经定型的武器装备均需要使用高温紧固胶进行可靠的锁紧防松，所以高温紧固胶在武器装备上将会有非常广泛的用途。

同时，高温螺纹紧固胶还可以用于其它民用行业，其应用前景是非常广阔的。

本发明胶黏剂性能提高的测试结果：

序号	项目	测试结果
			1	破坏扭矩(常温)	30N·m
2	平均拆卸扭矩(常温)	26N·m
			3	初固时间(常温)	120min
4	全固时间(常温)	24h
			5	工作温度	500℃
6	最长工作时间	2000s
			7	固化前形态	液态
8	500℃高温试车后破坏扭矩(常温)	22N·m
			9	500℃高温试车后平均拆卸扭矩(常温)	18N·m

其它对比螺纹紧固胶的性能测试结果如下表：

附图说明

图1是高硅含量环氧改性有机故树脂的制备工艺流程图；

图2是本发明高温螺纹紧固胶的制备工艺流程图。

具体实施方式

实施例一：本发明高温螺纹紧固胶含有以下按质量百分数计算含量的组分：甲组份

环氧改性有机硅树脂： 50～60％之间任意数；

低熔点玻璃粉 20～30％之间任意数；

石棉粉 5～15％之间任意数；

超细铝粉 5～15％之间任意数；

乙组分

芳香胺固化剂 94～98％之间任意数；

固化促进剂 1～3％之间任意数；

偶联剂 1～3％之间任意数；

上述高硅含量环氧改性有机硅树脂是以含羟基有机硅中间体和环氧树脂为原料，重量比为6∶4，经缩合合成的改性树脂。

上述甲组份和乙组分的配比为100∶10～20之间任意数。

上述低熔点玻璃粉的熔点为360～400℃。本配比采用熔点为360℃的低熔点玻璃粉。

上述石棉粉为500℃高温烘烤处理过的80～120目的石棉粉。本配比采用经500℃高温烘烤处理过的80目的石棉粉。

上述超细铝粉粒径为4～20μm。本配比采用粒径为4～6μm左右的超细铝粉。

上述述芳香胺固化剂为腰果酚类环氧固化剂。本配比采用美国卡德莱公司生产的腰果酚的环氧固化剂。

上述固化促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚。本配比采用2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

上述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。本配比采用氨丙基三乙氧基硅烷。

上述甲组份中还含有0～0.2％的分散剂，分散剂为含有氨基或羧基的高分子嵌段共聚物。本配比采用端羧基的高分子嵌段共聚物。

上述甲组份中还含有0～0.2％的消泡剂，消泡剂为高分子聚硅氧烷类或丙烯酸酯类聚合物。本配比采用高分子聚硅氧烷类聚合物。

其它实施例：

本发明高温螺纹紧固胶的生产方法如下：

(1)、先制备高硅含量环氧改性有机硅树脂，配比实例如下：

以美国道康宁公司生产的有机硅中间体树脂为有机硅树脂，该中间体中SiO₂含量为48％，平均分子量为2400。有机硅中间体的用量为16.8kg。

以江苏三木公司生产的环氧E-42树脂为改性用环氧树脂，该树脂的环氧值为0.44，羟基含量为2.72％。E-42的用量为11.2kg。

二甲苯的用量为6.0kg，环己酮的用量为6.0kg，钛酸正丁酯用量为0.064kg。有机硅中间体和环氧树脂的重量比为6∶4，固含量为70％，上述配比可根据选用原材料的差异，进行调整，该调整技术属于本领域技术人员已知技术。

上述组分投入反应釜后，搅拌下缓慢升温至回流，控制温度，在3小时内由150℃升到170℃，然后在170℃保温回流2小时后开始测胶化点，当250℃胶化时间达到5分钟时降温停止反应。然后过滤、出料制得高硅含量环氧改性有机硅树脂备用。

Claims

1.一种高温螺纹紧固胶，其特征是，该胶中含有以下按质量百分数计算含量的组分

甲组份

乙组分

芳香胺固化剂 94～98％

固化促进剂 1～3％

偶联剂 1～3％

所述的高硅含量环氧改性有机硅树脂是以含羟基有机硅中间体6018和环氧树脂E-42为原料，重量比为6∶4，经缩合合成的改性树脂；

所述的低熔点玻璃粉的熔点为360～400℃；

所述的石棉粉为500℃高温烘烤处理过的80～120目的石棉粉；

所述的超细铝粉的粒径为4～20μm；

所述甲组份和乙组分的配比为100∶10～20；

2.根据权利要求1所述的高温螺纹紧固胶，其特征在于：所述芳香胺固化剂为腰果酚类环氧固化剂。

3.根据权利要求1所述的高温螺纹紧固胶，其特征在于：所述固化促进剂为2，4，6-三(二甲胺基甲基)苯酚。

4.根据权利要求1所述的高温螺纹紧固胶，其特征在于：所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷。

5.根据权利要求1所述的高温螺纹紧固胶，其特征是：所述甲组份中还含有0～0.2％的分散剂，分散剂为含有氨基或羧基的高分子嵌段共聚物。

6.根据权利要求1所述的高温螺纹紧固胶，其特征是：所述甲组份中还含有0～0.2％的消泡剂，消泡剂为高分子聚硅氧烷类或丙烯酸酯类聚合物。

7.一种根据权利要求1至6任一项所述高温螺纹紧固胶的生产方法，其特征在于，生产步骤如下：

(1)、先制备高硅含量环氧改性有机硅树脂，以含羟基有机硅中间体和环氧树脂为原料，两者的重量比为6∶4，加入催化剂后经升温在反应釜中保持(150～170)±5℃的温度回流，达到反应终点后降温，制得高硅含量环氧改性有机硅树脂；

(2)、配料及预混合：按配比称量各种组分，搅拌均匀，制得色浆后准备研磨分散；

(3)、研磨分散：将已制得的色浆上三辊磨，进行研磨、分散，用刮板细度计测量细度至80～100μm停止研磨，用高速搅拌机搅拌均匀后包装为甲组份；

(4)、乙组分的配制：按配比将芳香胺类固化剂、固化促进剂及偶联剂称量后，用高速搅拌机搅拌均匀后包装为乙组分。