[发明专利]一种碳材料用酚醛树脂粘结剂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳材料用酚醛树脂粘结剂及其制备方法，属于粘结剂制备技术领域。本发明制备的碳材料用酚醛树脂粘结剂在高温热解过程中，体系内的酚醛树脂分解生成二氧化碳、一氧化碳、氢气等小分子物质，并与氮化硅和碳化硼发生氧化还原作用，生成氧化硼和氧化硅，同时在硝酸镍的催化作用下，在碳材料表面孔隙中原位还原出碳纳米管，碳纳米管位置固定且不可随意移动，有效解决碳纳米管易团聚的问题，在碳纳米管的作用下使碳材料与粘结剂形成铆接式结构，使二者很好的结合，成为近于一体的状态，碳纳米管既增强了粘结剂本身，又提高了石墨材料与粘结剂的界面结合能力，提高了胶粘剂在高温下的结构完整性，从而提高了胶粘剂的耐高温性能。

技术领域

本发明涉及一种碳材料用酚醛树脂粘结剂及其制备方法，属于粘结剂制备技术领域。

背景技术

碳材料具有密度低，比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、导电、导热等优良的物理化学性能，即使在高温高寒等恶劣环境下依然能保持稳定的性能。因而被广泛应用于核工业及航空航天等高科技领域。但是碳材料脆性大和容易应力集中，造成其加工难度大，复杂形状构件难以一次成型，往往需要局部连结来制造复杂几何结构的产品。那么研究一种经济成本低廉而又行之有效的连接方式就变得至关重要。而粘结就是这样一种行之有效的连接方式。

粘结剂简称胶，它是能够把两种或两种以上的相同或不同的材料通过化学或物理作用力连成一体的物质。同时，可满足某些特定的物理或化学性能要求的物质。通过粘结剂的粘结力把材料连接起来的工业技术被称为粘结，被粘结的材料称为被粘材抖。与传统的螺栓连接、铆接、焊接等相比，粘结的生产和制造成本更低、更有效率，构件的质量也更轻便，而且其密封性和耐酸碱等化学腐蚀性能也更加突出。

粘结剂和粘结技术有着悠久的历史，随着社会的发展使用也越来越广泛。特别是复合材料出现后，为粘结剂的发展与应用提供了更广阔的空间和更高的要求。如近年来广受关注的神州飞船的发射和返回，就要经受高温烧蚀，表面温度高达上千度，若使用传统的螺栓或钎焊连接，很难长时间的忍受如此高温的烧蚀，只有使用可以经受高温的连接方式才能满足要求，而粘结剂就是一种行之有效的方式。现在常用的碳材料粘结剂包括硅酸盐类、磷酸盐类、硼酸盐类、环氧类、酚醛类、聚酰亚胺类和有机硅类接剂等。

不论国外还是国内都对粘结剂十分重视，同时也投入了大量的人力物力来开发研究粘结剂，并取得了一些不错的进展。但同时我们也发现，这些粘结剂仍然存在着诸多的不足，因此我们制备了一种新型碳材料粘结剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前粘结剂对碳材料的粘结强度较低，而且对粘结接头设计要求特殊，需套接或槽接来完成连接，耐热温度远远不能满足碳材料所经历的高温需求的问题，提供了一种碳材料用酚醛树脂粘结剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

包括下述重量份原料组成：10～20份改性氮化硅，5～10份改性碳化硼，1～2份硝酸镍，90～180份酚醛树脂。

所述改性氮化硅为硅烷偶联剂KH-550水解在乙醇溶液中处理氮化硅制得。

所述氮化硅用量为硅烷偶联剂KH-550质量的3～10倍，所述乙醇溶液质量分数为70%，用量为硅烷偶联剂KH-550质量的10～40倍。

所述处理过程为以300W超声波超声分散15～20min，并加热至80～90℃保温搅拌1～2h。

所述改性碳化硼为硅烷偶联剂KH-550水解在乙醇溶液中处理碳化硼制得。

所述碳化硼用量为硅烷偶联剂KH-550质量的2～8倍，所述乙醇溶液质量分数为70%，用量为硅烷偶联剂KH-550质量的10～40倍。

具体步骤为：