耐高溫膠黏劑是由于航空、航天和電子工業(yè)現(xiàn)代技術(shù)領(lǐng)域的需要發(fā)展起來的,超音速飛機(jī)需要在230℃能使用50000h的結(jié)構(gòu)膠黏劑;導(dǎo)彈則需要在540℃以上短期使用的耐高溫膠黏劑;在微電子工業(yè)中需要能經(jīng)受高于400加工溫度的膠黏劑。耐高溫材料必須在高溫環(huán)境中有足夠強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性,普通高分子材料如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等長期使用溫度不超200℃。研究表明,主鏈含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的高分子化合物能耐高溫,聚酰亞胺在230℃能長期使用,可用作耐高溫結(jié)構(gòu)膠黏劑的雜環(huán)高分子還有聚苯并咪唑、聚惡喹啉類、聚芳砜類、聚次苯硫醚類等。這些雜環(huán)高分和物均具有良好的耐熱性,并且低溫性能也較好,在膠黏劑領(lǐng)域受到了廣泛的重視,由于成本很高,因此當(dāng)前主要用于航天、航空領(lǐng)域。
聚苯并咪唑是雜環(huán)高分子化合物中被首選作耐高溫膠黏劑的一類聚合物,它是由芳香四胺與芳香二酸及其衍生物之間進(jìn)行熔融縮聚反應(yīng)制得的。其特點(diǎn)是瞬間耐高溫性能優(yōu)良,在538℃不分解,作膠黏劑使用時(shí)先制成預(yù)聚體(二或三聚體),預(yù)聚體流動(dòng)性比較好,且性能穩(wěn)定,在400℃下處理一段時(shí)間就可以固化完全。由于固化過程為縮聚反應(yīng),有水或苯酚等小分子物生成,因此固化時(shí)需施加一定的壓力以免膠層中出現(xiàn)針孔。聚苯并咪唑的耐低溫性能也很好,在液氮環(huán)境或更低溫度下其剪切強(qiáng)度可達(dá)30~40MPa。這類膠黏劑可以粘接鋁合金、不銹鋼、金屬蜂窩結(jié)構(gòu)材料、硅片及聚酰胺薄膜等材料。聚酰亞胺的典型例子是4,4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐等等摩爾反應(yīng)物。反應(yīng)分兩步進(jìn)行,第一步的產(chǎn)物聚酰胺酸是聚酰亞胺的預(yù)聚體,能溶于極性溶劑中,在高溫下脫水環(huán)化。固化好的聚酰亞胺膠黏劑都具有優(yōu)良的力學(xué)性能與耐環(huán)境性能。根據(jù)有關(guān)鋁合金、鈦合金、不銹鋼陶瓷等材料的自黏與互黏,是這類膠黏劑中用量最大的品種。聚惡喹啉膠黏劑的黏料聚惡喹啉樹脂可由芳香族四胺與芳香族四羰基化合物互相反應(yīng)來制備。聚惡喹啉膠黏劑具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,耐熱可達(dá)400℃,短期耐熱700℃。其玻璃化溫度一般高于250℃,也有高于400℃的品種,熱分解一般都高于500℃。如果設(shè)法進(jìn)行適當(dāng)交聯(lián),還可以進(jìn)一步提高耐熱性,并可用作結(jié)構(gòu)粘接。
聚砜是一種力學(xué)性能優(yōu)異的工程塑料,但其使用溫度只能達(dá)到160℃。將分子鏈中的所有脂肪烴結(jié)構(gòu)換成芳環(huán)則成了聚芳砜。聚芳砜可用二鹵代芳砜和芳砜的二酚鹽反應(yīng)制得。聚芳砜的使用溫度一般都高于250℃,低于-200℃也具有良好的物理力學(xué)性能及耐環(huán)境性能。聚次苯硫醚是對(duì)鹵代苯硫酚鹽在一定條件下自縮聚生成的一類線型高分子化合物。具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性,TGA結(jié)果表明在500℃下無明顯失重(空氣中),700℃則完全降解。在惰性其體中中,1000℃時(shí)約保持40%質(zhì)量。聚次苯硫醚膠黏劑具有優(yōu)良的粘接能力,可作為結(jié)構(gòu)膠黏劑使用,能粘接玻璃、陶瓷及各種金屬材料。在現(xiàn)在的耐熱膠黏劑中,雜環(huán)高分子膠黏劑性能最優(yōu),尤其是同時(shí)具有耐高溫與耐低溫性能,其它如耐老化、耐化學(xué)介質(zhì)、耐疲勞、耐高低溫持久等性能均良好。可在-273~260℃長期使用,短期使用溫度可達(dá)539℃,瞬間使用可至800~1000℃,廣泛用于航空、航天領(lǐng)域。其主要缺點(diǎn)是固化條件太苛刻,需要在高溫(280~315℃)、高壓0.5~1.4MPa下長時(shí)間(5~10h)加熱才能充分固化。
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