一种铝合金的无机耐高温粘合剂及其制备方法
技术领域:
本发明涉及一种铝合金的无机耐高温粘合剂及其制备方法,属粘合剂材料领域。
背景技术:
目前,一些需要在高温工况下工作的铝合金设备,如铝合金风叶、铝合金淬火炉等设备,出现破损或断裂时一般需要粘合剂来进行修补,一般的粘合剂分成有机粘合剂和无机粘合剂两类。通常情况下,有机粘合剂不具备高温下工作的条件;无机粘合剂则不存在高温下氧化分解等不利因素,可以在高温环境中长期可靠的工作,拥有良好的耐高温性能,且强度高,对环境无污染,可应用在特种环境下工作。
传统的用于高温粘接的无机胶尽管耐高温性较好,但存在内聚强度低、脆性大、耐水性、耐酸碱性差等缺陷。如,CN1253156A号专利申请公布的陶瓷胶黏剂尽管耐温性较好,但高温下材料易发生膨胀,粘接线膨胀系数相差较大的材料时,胶层与粘接界面上将产生较大的热应力,进而损坏粘接效果。
因此,确有必要对现有技术进行改进,以解决现有技术之不足。
发明内容:
本发明的目的就是针对上述技术缺陷,提供一种铝合金的无机耐高温粘合剂,该粘合剂具有优异的耐高温性能,耐酸碱性能。
本发明的另一目的是提供一种铝合金的无机耐高温粘合剂的制备方法,该制备方法工艺简单,生产成本低,适于工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种铝合金的无机耐高温粘合剂,该粘合剂由以下重量百分比的原料制备而成:
粘结剂35~45%,凹土/纳米氧化硅复合粉料15~25%,偶联剂5~10%,纳米氧化钛3~6%,分散剂3~6%,增粘剂1~3%,消泡剂0.1~0.5%,余量为去离子水。
凹土/纳米氧化硅复合粉料是由凹凸棒石粘土与纳米氧化硅粉末按质量比为100:15~20混合配制而成的复合粉末。
本发明的进一步设计在于:
所述粘结剂选用聚乙烯醇缩甲醛溶液与硅酸钠溶液按质量比1:0.5~1:1配制的混合液;其中聚乙烯醇缩甲醛溶液的质量浓度为10%,硅酸钠溶液的固含量35%。
所述偶联剂选用甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。
所述纳米氧化钛的细度为20~50nm。
所述分散剂选用聚丙烯酸铵,型号为SD-00。
所述增粘剂选用采用甲基羟乙基纤维素(MHEC)
所述消泡剂选用甲基聚硅氧烷有机硅消泡剂(德国毕克BYK-141)。
本发明铝合金的无机耐高温粘合剂的制备方法,包括以下步骤:
1)凹土/纳米氧化硅复合粉料的准备:
a.按上述重量百分比,称量细度为200~400目的凹凸棒石粘土放入蒸馏水中,加入盐酸在80~100℃中处理1~3小时,同时搅拌2~4小时制得悬浮液,备用;其中每克凹凸棒石粘土中加入8~10ml蒸馏水;每克凹凸棒石粘土中加入0.5~1.0ml盐酸,盐酸浓度为lmol/L;
b.向上述悬浮液加入复合活性剂,再加入纳米氧化硅,搅拌得悬浮液,然后向悬浮液中滴加NaOH溶液调整pH值至6~8,再搅拌2~4小时得悬浮液,备用;其中复合活性剂的用量为:每克凹凸棒石粘土中加入0.05~0.1ml复合活性剂;
c.将b)步制得的悬浮液以3500r/min的转速离心处理5~10min,回收的固体物烘干,烘干温度为温度为70~100℃,烘干后研细,即得所述凹土/纳米氧化硅复合粉料;
2)制备无机耐高温粘合剂:
a.取去离子水倒入搅拌器中,向其中加入分散剂以及偶联剂,采用十字搅刀搅拌器充分搅拌,搅拌速度为1500~3000转/分,搅拌时间为30~60分钟,得混合液,备用;
b.将上述步骤1)c步制备的凹土/纳米氧化硅复合粉料和纳米氧化钛,放入到步骤2)中a)步制得的混合液中,充分搅拌,搅拌时间为1~2小时,得到混合液,备用;
c.将步骤2)中b)步制得的混合液加入粘结剂、增粘剂和消泡剂混合后,放入球磨机中以188~250r/min的转速球磨1~3h,将球磨后的料浆经真空去泡后即得所述无机耐高温粘合剂。
其中,步骤1)中b)步中复合活性剂包括体积比为1:1~1:2的有机化合物和非离子型表面活性剂,有机化合物为有机羧酸,非离子型表面活性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯或吐温。
本发明相比现有技术具有如下有益效果:
本发明粘合剂采用低挥发性无毒溶剂作为稀释剂,降低了粘合剂在使用过程中对环境的污染;本发明粘合剂在制备中,没有大量使用稀贵元素,所取原料成本降低;本发明材料制备工艺简便、过程简单,生产的材料具有良好的性能、弯曲强度高,非常便于工业化生产。
本发明材料中的凹土/纳米氧化硅复合粉料,其中凹凸棒石粘土特殊纤维状晶体形态的层链状结构,在粘结剂形成空间网状结构,通过凹土表面吸附纳米氧化硅粉末的羟基与粘结剂通过氢键结合,提高粘结剂聚合的交联度,提高粘合剂固化的强度。
本发明材料中的偶联剂表面的官能团与粘合剂发生缩合反应,提高粘合剂的固化速度,提高粘合剂在铝合金表面的粘结强度。
本发明材料中填加的纳米氧化钛,提高粘合剂的热稳定性,提高粘合剂的耐温性,并能够提高粘合剂在铝合金表面的剪切强度。
材料中的分散剂主要是提高凹土/纳米氧化硅复合粉末在水溶液中的悬浮性。增粘剂提高粘合剂与铝合金表面的粘结强度。消泡剂为甲基聚硅氧烷有机硅消泡剂(,在水溶液中具有较好的消泡能力。
具体实施方式:
以下各实施例中,所用原料如下:
凹土/纳米氧化硅复合粉料是由凹凸棒石粘土与纳米氧化硅粉配制的复合粉末,凹凸棒石粘土采用ZL201210083674.3号专利中的制备工艺。
粘结剂中聚乙烯醇缩甲醛溶液的质量浓度为10%,硅酸钠溶液的固含量35%。
纳米氧化钛的细度为20~50nm。
分散剂选用聚丙烯酸铵(型号为SD-00),由南京霄科纳米陶瓷技术开发有限公司生产产品SD-00,主要成分是聚丙烯酸铵。
消泡剂选用二甲基聚硅氧烷有机硅消泡剂,如德国毕克BYK-141。
增粘剂选用采用甲基羟乙基纤维素(MHEC)。
聚乙烯醇缩甲醛胶(107胶)
以下各实施例中,步骤1)中b)步中的
实施例1中,复合活性剂包括体积比为1:1的有机化合物和非离子型表面活性剂,有机化合物为硬脂酸,非离子型表面活性剂选用烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10型)。
实施例2中,复合活性剂包括体积比为1:1.5的有机化合物和非离子型表面活性剂,有机化合物为硬脂酸,非离子型表面活性剂选用失水山梨醇脂肪酸酯(S80型)。
实施例3中,复合活性剂包括体积比为1:2的有机化合物和非离子型表面活性剂,有机化合物为硬脂酸,非离子型表面活性剂选用吐温(20型)。
实施例1
(1)凹土/纳米氧化硅复合粉料的准备:
a)称量100g细度为200~400目的凹凸棒石粘土放入800ml蒸馏水中,加入50~ml盐酸在85℃中搅拌2小时制得悬浮液,备用,其中盐酸浓度为lmol/L;
b)将a)步中得到的悬浮液加入5的复合活性剂,再加入15g细度为20~50nm的纳米氧化硅,搅拌得悬浮液,然后向悬浮液中滴加NaOH溶液(质量浓度5%)调整pH值至6,再搅拌2小时得悬浮液,备用;
c)将b)步制得的悬浮液以3500r/min的转速离心处理5min,回收的固体物烘干,烘干温度为80℃,烘干后研细,即得凹土/纳米氧化硅复合粉料;
(2)制备无机耐高温粘合剂:
a)将25ml的去离子水倒入搅拌器中,向其中加入5g的分散剂以及5g的甲基三甲氧基硅烷,采用十字搅刀搅拌器充分搅拌,搅拌速度为1500转/分,搅拌时间为40分钟,得混合液,备用;
b)称量20g的凹土/纳米氧化硅复合粉料以及5g的纳米氧化钛,放入到步骤2)中a)步制得的混合液中,充分搅拌,搅拌时间为1小时,得到混合液,备用;
c)将步骤2)中b)步得到的混合液加入35g的粘结剂、2g的增粘剂和0.5g的消泡剂,放入球磨机中以188r/min的转速球磨2h,将球磨后的料浆经真空去泡后得到本发明无机耐高温粘合剂。
实施例2:
(1)凹土/纳米氧化硅复合粉料的准备:
a)称量100g细度为200~400目的凹凸棒石粘土放入1000ml蒸馏水中,加入50~100ml盐酸在100℃中处搅拌4小时制得悬浮液,备用,其中盐酸浓度为lmol/L;
b)将a)步中得到的悬浮液加入10mL的复合活性剂,再加入15g细度为20~50nm的纳米氧化硅,搅拌得悬浮液,然后向悬浮液中滴加NaOH溶液(质量浓度5%)调整pH值至8,再搅拌4小时得悬浮液,备用;
c)将b)步制得的悬浮液以3500r/min的转速离心处理10min,回收的固体物烘干,烘干温度为90℃,烘干后研细,即得凹土/纳米氧化硅复合粉料;
(2)制备无机耐高温粘合剂:
a)将30ml的去离子水倒入搅拌器中,向其中加入6g的分散剂以及7g的甲基三乙氧基硅烷,采用十字搅刀搅拌器充分搅拌,搅拌速度为2500转/分,搅拌时间为40分钟,得混合液,备用;
b)称量25g的凹土/纳米氧化硅复合粉料以及6g纳米氧化钛,放入到步骤2)中a)步制得的混合液中充分搅拌,搅拌时间为2小时,得到混合液,备用;
c)将步骤2)中b)步得到的混合液加入40g的粘结剂、1g增粘剂和0.4g消泡剂,放入球磨机中以188转/min的转速球磨2h,将球磨后的料浆经真空去泡后得到本发明无机耐高温粘合剂。
实施例3:
(1)凹土/纳米氧化硅复合粉料的准备:
a)称量100g细度为200~400目的凹凸棒石粘土放入900ml蒸馏水中,加入80ml盐酸在90℃中搅拌3小时制得悬浮液,备用,其中盐酸浓度为lmol/L;
b)将a)步中得到的悬浮液加入8mL的复合活性剂,再加入15g细度为20~50nm的纳米氧化硅,搅拌得悬浮液,然后向悬浮液中滴加NaOH溶液(质量浓度5%)调整pH值至7,再搅拌3小时得悬浮液,备用;
c)将b)步制得的悬浮液以3500r/min的转速离心处理8min,回收的固体物烘干,烘干温度为85℃,烘干后研细,即得凹土/纳米氧化硅复合粉料;
(2)制备无机耐高温粘合剂:
a)将30ml的去离子水倒入搅拌器中,向其中加入5g的分散剂以及6g的十二烷基三甲氧基硅烷,采用十字搅刀搅拌器充分搅拌,搅拌速度为2000转/分,搅拌时间为40分钟,得混合液,备用;
b)称量20g的凹土/纳米氧化硅复合粉料以及4g纳米氧化钛,放入到步骤2)中a)步制得的混合液中充分搅拌,搅拌时间为3小时,得到混合液,备用;
c)将步骤2)中b)步得到的混合液加入35g的粘结剂、2g增粘剂和0.3g消泡剂,放入球磨机中以188转/min的转速球磨2h,将球磨后的料浆经真空去泡后得到本发明无机耐高温粘合剂。
实施例4:
(1)按实施例1的方法制备凹土/纳米氧化硅复合粉料:
(2)制备无机耐高温粘合剂:
a)将25ml的去离子水倒入搅拌器中,向其中加入5g的分散剂以及8g的乙烯基三甲氧基硅烷,采用十字搅刀搅拌器充分搅拌,搅拌速度为2800转/分,搅拌时间为40分钟,得混合液,备用;
b)称量25g的凹土/纳米氧化硅复合粉料以及3g纳米氧化钛,放入到步骤2)中a)步制得的混合液中充分搅拌,搅拌时间为2小时,得到混合液,备用;
c)将步骤2)中b)步得到的混合液加入45g的粘结剂、3g增粘剂和0.2g消泡剂,放入球磨机中以188转/min的转速球磨2h,将球磨后的料浆经真空去泡后得到本发明无机耐高温粘合剂。
测试实例:
取实施例1所制备的无机耐高温粘合剂粘附在铝合金表面,测试其性能,如下表所示:
项目 |
指标 |
测试方法 |
外观 |
淡黄色 |
|
可操作时间(℃) |
1h |
|
固化时间 |
150℃×30分钟;120℃×40分钟;80℃×60 分钟; 25℃×24 小时 |
|
粘度(25±1℃)GB/T2794(mPa·s) |
2000~5000 |
NDJ-79型旋转粘度计 |
体积电阻率(Ω·cm) |
<4.2×10-4 |
涂层法150℃固化1小时 |
室温剪切强度GB/T7124(Mpa) |
≥32.8 |
150℃固化1小时 |
120℃剪切强度GB/T7124(Mpa) |
≥26.1 |
|
硬 度Shore D |
85 |
|
抗压强度kg/mm2 |
50 |
|
拉伸强度kg/mm2 |
25 |
GB/T1040.3-2006 |
不挥发份(GB/T2794) |
≥93% |
|
吸水率 25℃×24小时 |
﹤0.15 |
|
耐酸性 |
酸洗后,无腐蚀、无脱落、无渗透 |
将40wt%
的硫酸滴2ml 在样品的表面胶合层上,25℃条件下保持24h,观察膜层表面有起泡腐蚀现象。 |
耐碱性 |
碱洗后,无腐蚀、无脱落、无渗透 |
将0.1
标准浓度的氢氧化钠滴在样品的表面胶合层上,25℃条件下保持24h,观察膜层表面有起泡腐蚀现象。 |
温度范围(℃) |
-60~+600 |
|
由上表可见,本发明的铝合金的无机耐高温粘合剂具有机械强度高、粘接力强、化学稳定性好、无毒无污染、不燃烧、室温固化及可高温使用等特点,利用耦合剂、交联剂、固化剂和填充材料有效地提高了粘合剂的耐温性、耐酸碱性能、以及对粘接物的附着能力,提高了粘合剂的粘合质量和效果,提高了高温设备的使用寿命。