磷酸盐高温胶黏剂的研制开题报告

全文总字数：5063字

1. 研究目的与意义（文献综述）

在历史的长河中，无机聚合物出现很多次。例如，秦俑博物馆中出土的秦代大型彩绘铜车马的制造就使用了磷酸盐无机胶粘剂；同样在二战之后也有很多相关报道，尤其是无极聚合物-磷酸盐聚合物以其优良介电常数、耐高温行、低膨胀系数、加工方便和低温固化高温使用等特性而备受关注。国外早在20世纪60年代就开始研究，前苏联、美国对其应用研究较为全面。中国于20世纪70年代开始研究磷酸盐胶粘剂，但仅仅在磷酸-氧化铜的研究方面较为成熟。俄罗斯有aФk-11、aФk-12、ВК-21（k，t和m）、km-41和km-41m等型号的磷酸盐类胶粘剂，主要成分为磷酸铝、磷酸铬和磷酸铝铬 等 。 这 些 胶 粘 剂 由2～3个 组 分 组 成 ， 可 以在混合后都成为黏稠物，室温或中温、常压或加压固化。以aФk-11为例，其在110-120°c/1h 的固化条件下可以达到（粘结钛合金）8.0mpa的拉伸强度（800°c）。

随着科学与社会的发展与进步,人们对于材料的要求也越来越高,为了获得并致力于研究耐高温、轻质、无污染、满足特殊用途要求的材料。而有的人将目光放在了胶粘剂上面，这是因为在火箭、导弹、航天飞机、喷气机等领域使用的金属、陶瓷材料和复合材料,都要求使用耐高温结构的胶粘剂；在电子设备及器具等方面使用的材料,要求有电绝缘性的阻燃胶粘剂；在建筑行业相关领域,阻燃建材上对粘接的要求也很高。因此，在还未出现新的其它替代品之前对于胶粘剂的研究是必不可少的。

胶粘剂是指能把同种类或者是不同种类的固体材料表面连接在一起、并且具有一定的连接强度的媒介物质。而在其中的耐高温胶粘剂是指在高温环境下，其物理化学性质仍然能满足使用要求的一类胶粘剂。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

改变反应时间和反应温度，通过化学合成制备磷酸二氢铝粘结剂。对比不同固化剂条件下的材料表征性能对比。

材料制备： 研制磷酸盐高温胶粘剂。

材料表征： 采用TEM、XRD、DSC测试手段分析磷酸二氢铝粘结剂的微观形貌和力学性能，热学性能。

2.2研究目标

（1）掌握化学合成磷酸二氢铝胶粘剂的方法。

（2）采用TEM、XRD、DSC测试手段分析其微观形貌和力学性能，热学性能。

2.3技术方案（实验方案）

①基体的选择

根据文献所述，可选基体有很多，例如陶瓷材料（例如莫来石、氧化铝陶瓷、碳化硅等）、金属材料（例如ｌＣｒｌ８Ｎｉ９不绣钢片）、复合材料(高强石墨试片)等。

而陶瓷材料具有优异的物理化学性能，在汽车、航天等领域都有着更广泛的应用，尤其是在１０００°Ｃ上的高温环境中，陶瓷材料比金属材料显得更有优势，而莫来石又是其中的佼佼者。高纯莫来石（氧化铝含量为68％）在1300℃时抗弯强度达570MPa，断裂韧性Kic达5.7MPa.Nm，均比常温时高1.6倍，这种随温度升高、强度和韧性不仅不衰减反而大幅度提高，在现有的高温陶瓷材料中除SiC外，是绝无仅有的，这也是高纯莫来石陶瓷作为高温材料极佳的特性。而SiC尽管也是一种极佳的高温耐火材料，但其主要应用于磨料磨具、化工、高纯度单晶。

故本文选取的基体是莫来石。无论是选取成品或者自己研制都可。

（选取成品）Ⅰ、粘结基体预处理

在使用之前，基体需要经过预处理，预处理步骤包括：（１）打磨：用１８０目砂纸打磨基体表面，除去基体表面的脏污；（２）碱洗；先用去离子水清洗干净打磨好的基体材料，然后在３￣５％的ＮａＯＨ溶液中加热至８０吃并保持３０ｍｉｎ，最后再用去离子水洗净；（３）超声清洗：将清洗干净的基体材料于丙爾中超声清洗ｌＯｍｉｎ，之后再用去离子水冲洗：（４）封存：处理干净后的基体材料封存于无水乙醇中备用。

（若自己制造基体）Ⅱ、莫来石陶瓷基体（试样）的制备：

1、配料：首先将丙烯酰胺、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺及水按照质量比20:2:100配置成预混液。

2、球磨：在球磨时，莫来石粉：预混液：Yi2O3：球=80:20:160（质量比，保持固相含量在 80%左右。Yi2O3 作为烧结助剂）。球磨时转速为 750 r/min，球磨 4 h。

3、 注模成型：在每 75 ml 浆料中加入 7 ml 左右的引发剂（8 wt%过硫酸铵），5 滴催化剂四甲基乙二胺，搅拌均匀后迅速倒入实验室自制模具(6 mm × 10 mm × 40 mm），放入 75±5 ℃的烘箱中进行烘干。待浆料完全成型固化后进行脱模，得到坯体莫来石陶瓷。

4、 干燥：将脱模后的坯体样品置于室温下进行干燥，在干燥过程中对在坯体样品施加一定压力，以免坯体样品发生变形。

5、 烧结：将干燥完全的样品进行烧结处理，烧结温度为 1500 ℃，保温时间 2 h。在烧结过程中，在 600 ℃保温 30 min，保证坯体中有机成分的充分分解。

②磷酸二氢铝(基料)的制备：

采用浓磷酸、氢氧化铝为原料制备磷酸二氢铝。

分别准确量取摩尔比为10：3的磷酸和氢氧化铝，并进行混合，之后再加热磁力搅拌器上加热搅拌，加热温度85°C左右，盖上保鲜膜防止水分过分蒸发，搅拌至溶液澄清透明时揭开保鲜膜，使溶液水分蒸发至合适粘度后停止加热，待冷却后收集并称量，计算产物中磷酸二氢铝的含量。

③固化剂的选择：

氧化铜、氧化铝、四氧化三铁。这三种氧化物都能促进胶粘剂的固化，降低胶粘剂的固化温度

④填料的选择：

碳化棚、硅粉。在热处理温度超过１０００°C时，碳化棚的添加对胶粘剂的剪切强度有很大提高；硅粉提高胶粘剂的高温性能

⑤粘结剂配方设计：

按照此比例分别调配好粘结剂并粘结莫来石基体材料，将粘接好的试样各分成3组共9份分别置于室温、100°C、200°C左右下固化一定时间（固化时间记录），待其完全固化后，将试样分别进行同一温度热处理，然后进行性能测试。

⑥性能测试

对每个材料进行TEM、XRD、DSC测试手段分析磷酸二氢铝粘结剂的在不同固化剂种类情况下的微观形貌、力学性能和热学性能。

⑦结果推测

根据文献所述，添加不同的固化剂会影响胶粘剂的固化温度和固化速率，通过他们的实验表示氧化铜、氧化铝、四氧化三铁添加了这三种固化剂的胶粘剂式样的DTA曲线上都有两个明显的吸热峰，分别对应于磷酸盐胶粘剂的初步固化峰和完全固化峰。其中添加了氧化铜作为固化剂的胶粘剂式样的完全固化温度最低，说明添加氧化铜作为固化剂能有效降低磷酸二氢铝的固化温度。也就是说在本次实验中，添加了氧化铜为固化剂的那组实验的固化温度会比较低，因而会更快固化完全。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-8周：按照设计方案，通过溶胶凝胶法制备磷酸二氢铝，改变反应时间和温度。获取最佳制备工艺。

第9-12周：采用tem、xrd、dsc等测试手段分析反应温度对粘接剂的微观形貌和热学性能，固化性能，粘接性能，力学性能的影响；固化性能测试。

4. 参考文献（12篇以上）

【1】刘继江、刘文彬等，磷酸盐基胶粘剂的研究与应用[j]，化工科技,2007,15(1):55～ 58

【2】肖永清，磷酸盐胶粘剂开拓化工节能环保材料新领域[j]，专家论坛，乙醛醋酸化工，2017 年第 09 期

【3】赵飞明,孙春燕.俄罗斯耐500℃以上高温胶粘剂的研究进展[j].粘接,2017,38(12):29-33.