表面处理剂对隔热层粘接性能的研制

王 勃,黄丽,曹先启,陈泽明,王 超

（黑龙江省科学院 石油化学研究院,黑龙江 哈尔滨 150040）

表面处理剂对隔热层粘接性能的研制

（黑龙江省科学院 石油化学研究院,黑龙江 哈尔滨 150040）

为提高隔热层粘接强度，采用材料拉伸强度测试方法，研究了空气湿度、处理剂浓度对常温固化磷酸盐胶黏剂粘接隔热层力学性能的影响。研究表明，当处理剂浓度为5%，空气湿度为70%，处理剂处理的隔热层可以在20～1200℃达到隔热层深层破坏，而且粘接强度还得到较大提高，表明该处理剂可以显著提高隔热层的粘接强度。

处理剂；隔热层；粘接

前 言

高速导弹TPS隔热层的温度可以达到800℃甚至1200℃以上，要求所使用的胶黏剂对耐高温合金、陶瓷基材料和炭基材料具有良好的粘接强度、耐高温性能、抗热振性能和韧性，且膨胀系数低、耐久性能优异。磷酸盐胶黏剂耐热可以达到1300～1700℃，具有优异的耐水性能，且具有固化收缩率低、高温强度较大以及可在较低温度下固化等优点。这是其他任何有机胶黏剂和硅酸盐胶黏剂所无法达到的。通过添加缓蚀剂还可以解决对金属的腐蚀问题，但是粘接硅酸盐隔热层时，浸润性能差，因此需要采用处理剂对隔热层表面进行处理，增强浸润性[1～3]。

俄罗斯在该领域处于国际领先水平，磷酸盐胶黏剂广泛用于航空发动机耐高温材料、导弹整流罩、发动机喷嘴、航天飞机前缘的粘接等，基本取代了硅酸盐胶黏剂。欧美等国家由于磷酸盐胶黏剂技术水平低于俄罗斯，因此在航空航天领域耐高温材料的粘接方面既采用磷酸盐胶黏剂也采用硅酸盐胶黏剂。

近年国内对磷酸盐胶黏剂进行了大量研究，但是目前关键技术尚未解决。主要存在固化温度高、粘接强度低等问题[1,2]。

本项目采用改性磷酸二氢铝为主体，以金属氧化物为固化剂和缓蚀剂的磷酸盐胶黏剂，对金属无腐蚀，克服了硅酸盐胶黏剂和氧化铜-磷酸盐胶黏剂的缺点，又保持了两者的优点，用于隔热层的粘接，在航空、航天领域耐高温粘接得到广泛应用。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

聚磷酸：试剂级；氧化铝、氧化镁、氧化锌：纳米级，自制；固化剂：100份氧化铝中加入3份氧化镁、1份氧化锌；树脂：聚磷酸与氧化铝80℃反应4h制备的，P/Al物质的量比3∶1，pH值为1～2；隔热层处理剂：5%的异丙醇锆水溶液，涂敷在隔热层表面后180℃处理2h；配比：树脂体系∶固化剂=100∶100；固化条件：室温固化3d，接触压。

1.2 胶黏剂性能测试

力学性能测试：按照GB/T7124-1986标准方法进行，试片为长度24mm×宽度24mm×厚度5mm的隔热层和碳化硅试片。

2 结果与讨论

2.1 表面处理剂对粘接强度的影响

采用未经任何处理的隔热层和处理剂处理的隔热层涂敷胶黏剂，与碳化硅试片粘接，常温固化3d，测试剪切强度如表1所示。

表1 处理剂对隔热层粘接强度的影响Table 1 The effect of surface treatment agent on the bonding properties of heat-insulating layer

表1可见处理剂处理后的隔热层表面强度显著提高，而且都是深层破坏，但是当温度达到1000℃后均为隔热层破坏，但是处理后的隔热层粘接强度稍高，这主要是处理剂改善了隔热层界面状态，提高了隔热层界面强度。

2.2 处理剂浓度对隔热层粘接强度的影响

采用不同浓度处理剂处理后的隔热层测试剪切强度如表2所示.

表2 处理剂浓度隔热层粘接强度的影响Table 2 The effect of surface treatment agent concentration on the bonding properties of heat-insulating layer

从表2可见，当处理剂浓度高于5%时，粘接强度基本相同，但是处理后的隔热层会出现氧化锆颗粒，影响外观效果。而当处理剂浓度低于5%时，界面强度显著下降，因此处理剂最佳浓度为5%。

2.3 空气湿度对粘接性能的影响

不同空气湿度下粘接的隔热层测试剪切强度如表3所示。

表3 空气湿度对粘接性能的影响Table 3 The effect of humidity on the bonding properties of heat-insulating layer

从表3可见，空气湿度过高或过低均影响粘接强度，当空气湿度在RH98%～62%范围内时，粘接强度较高。这是由于一定空气湿度，增强了胶黏剂浸润效果。湿度过高，磷酸盐胶黏剂固化速度减缓，影响粘接强度；湿度低于62%时，胶黏剂固化速度提高，浸润不完全时就开始固化，因此强度降低。

3 结论

在适当浓度和湿度下，隔热层处理剂可以显著提高界面强度，并且在20～1200℃下达到隔热层深层破坏，而且室温固化耐热可以达到1200℃。

［1］周燕,邓诗峰,黄发荣.磷酸盐基复合材料中石英纤维的表面处理［J］.玻璃钢/复合材料，2009，2：37～41.

［2］麻平,罗进文,郭卫红，等.磷酸盐基体及其纤维复合材料的研究—预浸料制备及其成型工艺［J］.纤维复合材料，2004，2：15～18.

［3］杨坚.磷酸盐结合高铝耐磨砖的试制及生产［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，哈尔滨市人，高级工程师，从事高分子胶黏剂及产品开发。