一种COPNA树脂粘结剂及制备方法、使用方法技术

本发明专利技术涉及一种COPNA树脂粘结剂及制备方法、使用方法，所述粘结剂包括COPNA树脂和改性填料，所述COPNA树脂包括：45～55wt.％的煤沥青粉，35～45wt.％的对苯二甲醇，5～10wt.％的对甲苯磺酸；所述改性填料包括：以占所述COPNA树脂总量百分比计，5～10wt.％的碳化硼粉和1～2wt.％短切炭纤维；所述粘结剂制备方法包括：制备COPNA树脂和对COPNA树脂进行改性；所述粘结剂的使用方法包括：物体粘结、热处理和CVD沉积。该粘结剂不仅具有高粘结强度、耐热性和抗热震性，同时在高温环境下具有保持理化性能基本不变的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种COPNA树脂粘结剂及制备方法、使用方法
本专利技术涉及高温粘结剂
，尤其涉及一种COPNA树脂粘结剂及制备方法、使用方法。
技术介绍
COPNA树脂是由日本大谷杉郎等人于上世纪八十年代专利技术并为人们关注的新型热固性有机树脂。它最大的特点是结构中不存在含两个碳以上的长链脂肪族结构，因此具有优异的耐高温性能，同时制备过程产生的中间产物B阶COPNA树脂流动性好，方便工艺操作，因此广泛应用于高温粘结领域。其中沥青基COPNA树脂具有尤其高的残炭率和β树脂含量，粘结强度高，多用于超高温复合材料的粘结工业，但是COPNA树脂热处理过程中发生裂解，不断释放出CO、H2O、O2等含氧小分子，并且随着温度的升高，释放的量和速率都不断升高，导致体积收缩，胶层中出现微孔和裂纹，力学性能下降，因此COPNA树脂作为粘结剂使用时需进行改性。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种COPNA树脂粘结剂及制备方法、使用方法，该粘结剂不仅具有高粘结强度、耐热性和抗热震性，同时在高温环境下具有较高保持理化性能基本不变的性能。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术一种COPNA树脂粘结剂，包括COPNA树脂和改性填料，所述COPNA树脂包括：45～55wt.％的煤沥青粉，35～45wt.％的对苯二甲醇，5～10wt.％的对甲苯磺酸；所述改性填料包括：以占所述COPNA树脂总量百分比计，5～10wt.％的碳化硼粉和1～2wt.％短切炭纤维。本专利技术一种COPNA树脂粘结剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，制备COPNA树脂：按照COPNA树脂配比原则称取一定量煤沥青粉、对苯二甲醇和对甲苯磺酸，将所述煤沥青粉球磨后放入三口烧瓶中，同时加入所述对苯二甲醇和所述对甲苯磺酸，缓慢加热至250℃～300℃，保证反应能平缓进行，保温至所述三口烧瓶中物质呈完全熔融状态，完成COPNA树脂制备；然后，对COPNA树脂进行改性：按照改性填料配比原则称取与制备COPNA树脂的量相对应的碳化硼粉和短切炭纤维，将所述碳化硼粉和所述短切炭纤维加入所述三口烧瓶中，在250℃～300℃下保温至所述改性填料与所述COPNA树脂均匀混合，完成COPNA树脂粘结剂制备。进一步地，制备COPNA树脂的步骤中，所述煤沥青粉球磨到过200目筛。进一步地，制备COPNA树脂的步骤中，保温至所述三口烧瓶中物质呈完全熔融状态过程中，需要不断搅拌，同时滴入丙酮，所述丙酮滴入量为刚好保持溶液被玻璃棒挑起的状态。进一步地，对COPNA树脂进行改性的步骤中，保温至所述改性填料与所述COPNA树脂均匀混合过程中，需要不断搅拌，同时滴入丙酮，所述丙酮滴入量为刚好保持溶液被玻璃棒挑起的状态。对本专利技术COPNA树脂粘结剂成分进行说明：(1)COPNA树脂各组分说明：沥青基COPNA树脂具有尤其高的残炭率和β树脂含量，具有高强度粘结力，因此本专利技术选用煤沥青粉作为COPNA树脂的单体；对苯二甲醇为COPNA树脂的交联剂，在煤沥青单体间起架桥作用，促进煤沥青单体相互交联聚合在一起；对甲苯磺酸为COPNA树脂的催化剂，促进COPNA树脂中各物质的相互反应。(2)改性填料各组分说明：COPNA树脂受热发生裂解，不断释放出CO、H2O、O2等含氧小分子，并且随着温度的升高，释放的量和速率都不断升高，导致体积收缩，COPNA树脂中出现微孔和裂纹，最终导致力学性能下降。在COPNA树脂中加入B4C(碳化硼)颗粒，有良好的改性效果：500～600℃下，B4C与释放的含氧小分子按以下过程反应生成B2O3：B4C+6CO＝2B2O3+7CB4C+(8-x)H2O＝2B2O3+xCO+(1-x)CO2+(8-x)H2x为所生成的CO和CO2混合气体的CO的体积分数，取值范围为0～1。B4C向B2O3转化，体积膨胀约250％，可以缓解COPNA受热过程中因体积收缩引起的热应力；同时生成的B2O3的熔点仅为450℃，与树脂基体的浸润性良好，基体产生微裂纹时，B2O3可移动到微裂纹处弥合裂纹。在COPNA树脂中加入短切炭纤维，有良好的改性效果：炭纤维强度高，抗热震性能好，与树脂炭化产物相容性好，因此在粘结剂中加入适量短切炭纤维，能够有效提高粘结剂强度和韧性。在粘结剂基体断裂时，短切炭纤维承受外界载荷并在断开的裂纹面之间架桥，起到“桥接”作用；当短切炭纤维在外界负载作用下从基体中拔出，因界面摩擦消耗外界负载的能量而达到增韧补强的目的。本专利技术一种COPNA树脂粘结剂的使用方法，包括物体粘结、热处理和CVD沉积步骤，具体如下：(1)物体粘结：将物体待粘结面预处理成具有凹槽的面，然后将所述COPNA树脂粘结剂均涂在所述待粘结面上，两待粘结面对接粘结，同时用夹具固定；(2)热处理：将粘结后所述物体放入加热炉中，在保护气氛下以5～10℃/min的速率加热至350℃并保温2h后，继续以5～10℃/min的速率加热至1700℃并保温2h，然后在炉内以5～10℃/min的速率冷却至室温；(3)CVD沉积：将热处理后所述物体放入化学气相沉积炉中，通入甲烷和丙烷混合气体，在1500～2000℃下保温10h～15h，随炉冷却至室温后取出，完成沉积过程，CVD沉积能够填充COPNA树脂粘结剂因炭化导致体积收缩而产生的孔洞，提高粘结剂的内聚强度。进一步地，所述步骤(1)中待粘结面预处理方法为：用砂纸打磨所述待粘结面，然后在所述待粘结面上均匀刻凹槽，所述凹槽在待粘结面上呈网格状，凹槽的深度为0.5mm，然后将所述待粘结面置于酒精中超声振荡，烘干，其中所述凹槽能够增大粘结剂与待粘结面的接触面积，同时产生物理“销-匙”效应，强迫流入凹槽内的粘结剂受力时发生塑性变形，吸收能量，从而增加粘结剂强度和塑性。进一步地，所述步骤(2)中保护气氛为氮气，所述氮气流量为50～100ml/min。进一步地，所述步骤(3)中甲烷和丙烷混合气体中甲烷与丙烷比例为2:1～4:1。本专利技术有益效果如下：本专利技术在沥青基COPNA树脂中添加碳化硼粉和短切炭纤维改性填料，碳化硼粉颗粒减缓树脂因受热产生体积收缩，弥补微裂纹，同时短切炭纤维则能通过桥接和纤维拔出机制对树脂粘结剂产生增韧效果，使用时配合CVD法，进一步修复粘结剂因体积收缩产生的空洞，在保证沥青基COPNA树脂的优点的同时，进一步提高粘结剂的粘结强、耐高温、抗热震性和高温下较高的保持理化性能基本不变的性能。本专利技术提供的粘结剂剪切强度高达15Mpa，在1500℃下工作2h力学性能基本保持不变，在1500℃热循环100次后依然保持一定的剪切强度，粘结层不出现明显裂纹。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术COPNA树脂粘结剂制备装置，其中1加热装置，2搅拌装置，3三口烧瓶，4滴定管，5回流冷凝管。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种COPNA树脂粘结剂，其特征在于，包括COPNA树脂和改性填料，所述COPNA树脂包括：45～55wt.％的煤沥青粉，35～45wt.％的对苯二甲醇，5～10wt.％的对甲苯磺酸；所述改性填料包括：以占所述COPNA树脂总量百分比计，5～10wt.％的碳化硼粉和1～2wt.％短切炭纤维。

【技术特征摘要】
1.一种COPNA树脂粘结剂，其特征在于，包括COPNA树脂和改性填料，所述COPNA树脂合成原料包括：45～55wt.％的煤沥青粉，35～45wt.％的对苯二甲醇，5～10wt.％的对甲苯磺酸；所述改性填料包括：以占所述COPNA树脂总量百分比计，5～10wt.％的碳化硼粉和1～2wt.％短切炭纤维；所述短切炭纤维直径为7μm，长度为50-100μm；其制备包括以下步骤：首先，制备COPNA树脂：按照COPNA树脂配比原则称取一定量煤沥青粉、对苯二甲醇和对甲苯磺酸，将所述煤沥青粉球磨后放入三口烧瓶中，同时加入所述对苯二甲醇和所述对甲苯磺酸，缓慢加热至250℃～300℃，保温至所述三口烧瓶中物质呈完全熔融状态，完成COPNA树脂制备；制备COPNA树脂的步骤中，保温至所述三口烧瓶中物质呈完全熔融状态过程中，需要不断搅拌，同时滴入丙酮，所述丙酮滴入量为刚好保持溶液被玻璃棒挑起的状态；然后，对COPNA树脂进行改性：按照改性填料配比原则称取与制备COPNA树脂的量相对应的碳化硼粉和短切炭纤维，将所述碳化硼粉和所述短切炭纤维加入所述三口烧瓶中，在250℃～300℃下保温至所述改性填料与所述COPNA树脂均匀混合，完成COPNA树脂粘结剂制备；对COPNA树脂进行改性的步骤中，保温至所述改性填料与所述COPNA树脂均匀混合过程中，需要不断搅拌，同时滴入丙酮，所述丙酮滴入量为刚好保持溶液被玻璃棒挑起的状态。2.根据权利要求1所述的COPN...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗瑞盈，蒋丽娟，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11