碳材料粘结剂制备及研究

发布时间：2018-07-02 20:24

本文选题：粘结剂 + 碳材料　；参考：《天津工业大学》2017年硕士论文

【摘要】：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,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。本文以酚醛树脂为粘结剂基体,以改性碳化硼、原位合成碳纳米管及原位合成纳米二氧化硅为改性材料。研究了碳材料粘结剂的制备及粘结性能和分析了粘结破坏原因。研究内容及结果包括:(1)采用硅烷偶联剂(KH-550)作为改性剂,来提高碳化硼与酚醛树脂间的分散性和相容性。再使用改性碳化硼增强酚醛树脂粘结剂,从而获得更高的粘结性能。研究表明使用5wt%硅烷偶联剂经过120min改性的碳化硼疏水效果较好。当改性B4C:PF=0.75:1时,样品经历600℃和1200℃热处理后剪切强度仍有9.29MPa和6.86Pa,相比未添加改性硼的酚醛树脂粘结剂的2.45MPa和自动断裂有了显著的提高。经历△T=1200℃,5次抗热冲击性能测试后,剪切强度的保持率依然有91.6%。(2)在石墨块表面空隙中原位合成碳纳米管,由于这些孔隙的存在,使碳纳米管位置相对固定且不可随意移动,这样就可以有效解决碳纳米管的分散不均和团聚等问题。同时,在粘结过程中碳纳米管使石墨材料和粘结剂形成"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。用本方法粘结的石墨块样品,其剪切强度比不含碳纳米管的粘结样品提高了百分之45.3%,经历△T=1200℃,5次抗热冲击性能测试后,剪切强度的保持率依然有93.2%。(3)采用正硅酸乙酯(TEOS)为原料,硅烷偶联剂(3-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550)为催化剂和改性剂,在酚醛树脂粘结剂中原位合成纳米二氧化硅。这样既可以有效提高其在基体中的分散又可以改善纳米二氧化硅与基体的相容性,同时,提高了基体的耐热性能和粘结强度。当理论Si02含量为10%时,经历1000℃高温热处理后的剪切强度较纯的酚醛树脂粘结剂也有了极大的提升,剪切强度达到了最大值3.44MPa。
[Abstract]:The results include : ( 1 ) using silane coupling agent ( KH - 550 ) as modifier to improve the dispersion and compatibility of boron carbide and phenolic resin . ( 2 ) the carbon nanotubes are synthesized in the space of the surface of the graphite block , so that the positions of the carbon nano tubes are relatively fixed and cannot be moved freely due to the existence of the pores , so that the carbon nano - tubes can effectively solve the problems of uneven dispersion and agglomeration of the carbon nanotubes .
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ430.1

【参考文献】