CN102796488A

CN102796488A - 耐高温绝缘胶粘剂

Info

Publication number: CN102796488A
Application number: CN2012102614530A
Authority: CN
Inventors: 朱光明; 肖晓东
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-07-26
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-07-26
Also published as: CN102796488B

Abstract

一种耐高温绝缘胶粘剂，包括熔点在200℃-600℃之间的非结晶型氧化物玻璃粉末、固化剂及液态有机硅聚合物或有机硅聚合物的溶液。当该耐高温绝缘胶粘剂在250℃以下温度工作时，有机硅聚合物胶粘剂起作用，低熔点玻璃粉作为填料起强化作用。当温度高于250℃时，有机硅聚合物分解，但低熔点玻璃开始熔化而起胶粘作用。因此，本技术方案提供的耐高温绝缘胶粘剂可长时间在600℃以下的温度下起到绝缘及胶粘作用。

Description

耐高温绝缘胶粘剂

技术领域

本发明涉及耐高温固体绝缘材料制造领域，具体地说涉及一种耐高温绝缘胶粘剂。

背景技术

室温附近使用的固体绝缘材料一般是无碱玻璃纤维纱、毡或布浸渍适当的有机聚合物胶粘剂，经热压或拉挤工艺成型，或者是短切无碱玻璃纤维粉及其他填料（如云母粉）与有机聚合物胶粘剂混合经模压或挤出成型。其中的有机聚合物胶粘剂最常用的是不饱和聚酯、酚醛树脂或环氧树脂等，它们有很好的绝缘性能和胶粘性能，但耐温等级不高，只适用于H级以下的绝缘材料。H级和C级绝缘材料一般使用含杂环和芳环的耐热树脂，如聚酰亚胺、聚芳酰胺、聚芳砜、聚苯硫醚等作胶粘剂，这些耐热树脂能在250℃以下长期工作。温度如果温度再升高，这些耐热树脂就会氧化分解，在空气中350℃左右只能经受较短的时间。

在高温下使用的绝缘材料一般都是无机物，通常是陶瓷粉或陶瓷纤维加上耐高温的无机绝缘胶粘剂经压制后再高温烧结而成。高温烧结的目的是使无机绝缘胶粘剂组份反应，形成黏稠的玻璃态物质，将陶瓷骨料、短切玻璃纤维等填料粘合在一起。这些无机绝缘胶粘剂主要是由硅、磷、硼及多种金属氧化物组成,以离子型晶体结构为主,它们能形成无规三维网络，熔融时呈玻璃态。一般烧结温度要大于玻璃的初熔温度，普通硅酸盐玻璃的初熔温度在700℃以上。烧结后形成的无机绝缘材料耐温等级高，有的可耐1000℃以上，抗老化，但冲击强度低，脆性高。

在工业上有时需要使用耐温范围在250-600℃之间的固体绝缘材料，如电解铝行业中电解槽盖板上的U型绝缘槽要求耐温350-500℃。在这样一个中间温度范围内，使用有机聚合物绝缘胶粘剂耐温等级不够，使用无机绝缘胶粘剂需要增加高温烧结设备。

因此，有必要提供一种耐高温绝缘胶粘剂，能够在温度高于250℃仍具有粘性，能长期耐温600℃，并且无需使用高温烧结设备进行烧结。

发明内容

一种耐高温绝缘胶粘剂的配方，其包括液态有机硅聚合物或有机硅聚合物的溶液、低熔点玻璃粉末及固化剂。

其中，所述有机硅聚合物为聚有机硅氧烷（polysiloxane）、聚元素有机硅氧烷（polyorganoelementosiloxane）和改性聚有机硅氧烷。进一步地，聚有机硅氧烷是指甲基有机硅树脂、甲基乙烯基有机硅树脂、甲基苯基有机硅树脂。聚元素有机硅氧烷是指聚有机硼硅氧烷、聚有机铝硅氧烷、聚有机锡硅氧烷（polyorganostannosiloxane）、聚有机钛硅氧烷（polyorganotitanosiloxane）和聚有机磷硅氧烷。改性聚有机硅氧烷是指丙烯酸酯改性硅树脂、环氧改性硅树脂、酚醛改性硅树脂、聚酯改性硅树脂、聚氨酯改性硅树脂。所述有机硅聚合物溶液的溶剂不限，所述溶剂可以为甲苯、甲醇或者水等。所述有机硅聚合物的聚合度为100～1000。

所述低熔点玻璃是指熔点在200℃-600℃之间的非结晶型氧化物玻璃。本实施例中，所述低熔点玻璃包括硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或钒酸盐玻璃。所述低熔点玻璃粉末的粒径为100目至400目。所述有机硅聚合物（当采用有机硅聚合物的溶液时，不计溶剂的质量）与所述低熔点玻璃粉末的质量混合比例为1:1.5～2.5。所述有机硅聚合物与所述固化剂的质量混合比例为1:0.005～0.01。

具体实施方法

本技术方案提供一种耐高温绝缘胶粘剂的配方，其包括液态有机硅聚合物或有机硅聚合物的溶液、低熔点玻璃粉末及固化剂。

所述低熔点玻璃是指熔点在200℃-600℃之间的非结晶型氧化物玻璃。本实施例中，所述低熔点玻璃包括以下三个系列：

硼酸盐玻璃，成分组成为：30～55mol%B₂O₃，10～55mol%ZnO，0～45mol%Bi₂O₃，0～30mol%BaO，0～10mol%SiO₂，0～15mol%Al₂O₃，0～5mol%SnO₂，0～5mol%CaO，0～10mol%CuO，0～5mol%Sb₂O₃，0～5mol%MgO。

磷酸盐玻璃，成分组成为：25～60mol%P₂O₅，27～45mol%ZnO，0～20mol%V₂O₅，0～30mol%Sb₂O₃，0～10mol%SnO，0～10mol%CaO，0～10mol%B₂O₃，0～10mol%Al₂O₃，0～10mol%CuO，0～10mol%Fe₂O₃，0～15mol%TiO₂。

钒酸盐玻璃，成分组成为：30～60mol%V₂O₅，20～45mol%B₂O₃，10～55mol%ZnO，0～20mol%P₂O₅，0～15mol%Al₂O₃，0～5mol%SiO₂，0～5mol%Bi₂O₃，0～5mol%SnO，0～5mol%CaO，0～10mol%CuO，0～5mol%Sb₂O₃，0～10mol%BaO。

可以理解的是，其他熔点在200℃-600℃之间的非结晶型氧化物玻璃也可以应用。低熔点玻璃粉末的粒径为100目至400目。

所述有机硅聚合物（当采用有机硅聚合物的溶液时，不计溶剂的质量）与所述低熔点玻璃粉末的质量混合比例为1:1.5～2.5。

所述有机硅聚合物与所述固化剂的质量混合比例为1:0.005～0.01。本技术方案中采用的固化剂应与采用的有机硅聚合物相对应，对于不同的有机硅聚合物，应采用不同的固化剂进行配合。

本技术方案提供3个具体实施例来说明该耐高温绝缘胶粘剂的制备方法。

实施例1

取甲基苯基有机硅树脂（R/Si=1.2，Ph/Me=0.4）100份（质量），加入甲苯，制成固含量为50%的溶液。向溶液中加入400目成分为35mol%V₂O₅，15mol%P₂O₅，25mol%B₂O₃，3mol%SiO₂，2mol%Al₂O₃，10mol%ZnO，7mol%BaO，3mol%Bi₂O₃的钒酸盐低熔点玻璃粉300份（质量），玻璃化温度T_g＝320℃，再加入5份（质量）聚硅氮烷交联剂KH-CL作固化剂，搅拌成悬浮液，真空脱气10分钟，涂在无碱耐温玻璃纤维布上，层叠，135℃热压，保压5分钟，室温放置5天，裁成80mm×10mm×4mm的试样，置于600℃马弗炉（空气气氛）保温500小时进行耐温测试。试样测试结果：失重4.5wt%，抗弯强度>200Mpa，体积电阻率>10¹⁵Ω·m，介电强度30KV/mm。

实施例2

取环氧改性有机硅树脂

RSN-0805树脂（美国DOW CORNING公司产品，有机硅/环氧>90wt%）100份（质量），加入甲苯，制成固含量为50%的溶液。向所述溶液中加入400目成分为50mol%P₂O₅，30mol%ZnO，10mol%B₂O₃，5mol%SnO，5mol%Sb₂O₃的磷酸盐低熔点玻璃粉300份（质量），玻璃化温度Tg＝340℃，再加入1wt%（相对于

RSN-0805树脂）的三甘醇二胺作固化剂，搅拌成悬浮液，真空脱气10分钟，立即涂在无碱耐温玻璃纤维布上，层叠，40℃热压，保压5分钟，室温放置2小时，裁成80mm×10mm×4mm的试样，置于600℃马弗炉（空气气氛）保温500小时进行耐温测试。试样测试结果：失重5.0wt%，抗弯强度>250Mpa，体积电阻率>10¹⁶Ω·m，介电强度35KV/mm。

实施例3

自制聚有机钛硅氧烷。制作步骤如下：取Ｎ-[3-(三乙氧基硅烷)丙基]4,5二羟咪唑（TSPI）3份（质量），四乙氧基钛Ti(OC₂H₅)₄2份，甲醇3份，10wt%的盐酸（密度1.048gml）12.6份，加水27份，搅拌配成混合液，室温放置1小时待其水解缩聚，得凝胶体。

取上述自制的有机钛硅氧烷凝胶体500份（质量），加入400目成分为52mol%B₂O₃，26mol%BaO，11mol%ZnO₂，8mol%SiO₂，1mol%Al₂O₃，2mol%Bi₂O₃的硼酸盐低熔点玻璃粉（T_g＝476℃）300份（质量），再加5份浓度为25wt%的氨水作缩聚促进剂（固化剂），将无碱耐温玻璃纤维毡浸渍于其中20分钟，取出后层叠，加压保持1天，再分别升温至100℃保压2小时，200℃30分钟，冷却后取出，裁成80mm×10mm×4mm的试样，置于600℃马弗炉（空气气氛）保温500小时进行耐温测试。试样测试结果：失重2.1wt%，抗弯强度>180Mpa，体积电阻率>10¹⁷Ω·m，介电强度40KV/mm。

本技术方案提供的耐高温绝缘胶粘剂，通过在耐热有机硅聚合物胶粘剂中加入低熔点玻璃粉，制成胶状悬浮液，然后像有机聚合物胶粘剂一样与玻璃纤维一起通过热压、拉挤或模压成型，无需烧结步骤。低熔点玻璃的熔融温度范围控制在250℃-600℃之间。当绝缘材料在250℃以下温度工作时，耐热有机硅聚合物胶粘剂起作用；高于250℃，耐热有机硅聚合物胶粘剂开始分解，但低熔点玻璃开始熔融，接替聚合物继续起胶粘作用，使得耐高温绝缘胶粘剂在600℃仍可以具有粘性。低熔点玻璃曾被广泛用作陶瓷釉、电子封装材料等，用作绝缘材料时，要求在使用温度范围内有较低的离子电导率和较高的介电常数，此外还需要与玻璃纤维相匹配的热膨胀系数。选用耐热有机硅聚合物是因为它在空气中氧化分解后得到氧化硅，能和低熔点玻璃融合，且基本不积碳，不影响材料的绝缘性能。

Claims

1.一种耐高温绝缘胶粘剂，其包括熔点在200℃-600℃之间的非结晶型氧化物玻璃粉末、固化剂及液态有机硅聚合物或有机硅聚合物的溶液。

2.如权利要求1所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述有机硅聚合物为聚有机硅氧烷、聚元素有机硅氧烷或改性聚有机硅氧烷。

3.如权利要求2所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述聚元素有机硅氧烷为聚有机硼硅氧烷、聚有机铝硅氧烷、聚有机锡硅氧烷、聚有机钛硅氧烷或聚有机磷硅氧烷，所述改性聚有机硅氧烷为丙烯酸酯改性硅树脂、环氧改性硅树脂、酚醛改性硅树脂、聚酯改性硅树脂或聚氨酯改性硅树脂。

4.如权利要求1所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述非结晶型氧化物玻璃为硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃或钒酸盐玻璃。

5.如权利要求4所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述硼酸盐玻璃成分摩尔百分组成为：30～55mol%氧化硼，10～55mol%氧化锌，0～45mol%氧化铋，0～30mol%氧化钡，0～10mol%氧化硅，0～15mol%三氧化二铝，0～5mol%二氧化锡，0～5mol%氧化钙，0～10mol%一氧化铜，0～5mol%三氧化二锑，0～5mol%氧化镁。

6.如权利要求4所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述磷酸盐玻璃成分摩尔百分组成为：25～60mol%五氧化二磷，27～45mol%氧化锌，0～20mol%五氧化二钒，0～30mol%三氧化二锑，0～10mol%氧化锡，0～10mol%氧化钙，0～10mol%氧化硼，0～10mol%三氧化二铝，0～10mol%氧化铜，0～10mol%三氧化二铁，0～15mol%二氧化钛。

7.如权利要求4所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述钒酸盐玻璃成分摩尔百分组成为：30～60mol%五氧化二钒，20～45mol%氧化硼，10～55mol%氧化锌，0～20mol%五氧化二磷，0～15mol%三氧化二铝，0～5mol%二氧化硅，0～5mol%三氧化二锑，0～5mol%氧化锡，0～5mol%氧化钙，0～10mol%氧化铜，0～5mol%三氧化二锑，0～10mol%氧化钡。

8.如权利要求1所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述有机硅聚合物的聚合度为100～1000。

9.如权利要求1所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述有机硅聚合物与非结晶型氧化物玻璃粉末质量比1:1.5至1:2.5。

10.如权利要求1所述的耐高温绝缘胶粘剂，其特征在于，所述有机硅聚合物与所述固化剂的质量比为1:0.01至0005:001。