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有机硅聚合物由于其独特的有机-无机杂化结构,具有在高温下转化为陶瓷的特性,在航空航天等高技术领域有着广阔的应用前景。以其为基胶制备的胶粘剂理论上可以像陶瓷一样耐高温甚至超高温,然而,普通有机硅胶粘剂在陶瓷化转变的过程中由于结构的巨大变化而导致粘接失效,因此,发展兼具适宜的工艺特性和热转化特性的基础聚合物对于可陶瓷化耐高温胶粘剂的研制具有重要意义。本论文从分子设计的角度出发,合成了一系列新型的具有较高陶瓷产率的有机硅聚合物,并对其固化性能、粘接性能和耐温性进行了系统研究,旨在发展具有良好工艺性能、室温粘接性能,可在高温甚至超高温的环境中较长时间使用的新型胶粘剂。论文的内容主要分为以下三个部分:
(1)设计并合成了不同苯基含量、乙烯基含量和Si-H含量的18种羟基封端的线性聚硅氧烷,采用1H-NMR和29Si-NMR等方法对其结构进行了表征,考察了硅氮聚合物对其室温固化性能的影响,并采用FTIR和29Si-NMR等方法对其固化机理进行了探讨;将它们复配一定的填料制备了胶粘剂,对不锈钢片进行粘接,以单搭接剪切强度为考核指标,并结合DSC和TGA等测试方法对这几种不同结构的聚合物及其胶粘剂的热性能和粘接性能进行了考察,对比了聚合物结构、硅氮聚合物结构及其用量、不同填料对胶粘剂粘接性能和耐温性能的影响,并进一步考察了其高温性能。
(2)设计并合成了不同乙烯基含量、苯基含量和R/Si值的9种羟基封端液态硅树脂,采用1H-NMR和29Si-NMR等方法对其结构进行了表征,并采用DSC和TGA等测试方法对这几种不同体系的聚合物及其胶粘剂的热性能进行了考察,对比了聚合物结构、硅氮聚合物结构及其用量、不同填料对胶粘剂粘接性能和耐温性能的影响,并进一步考察了其在400、600、800℃下的老化性能和高温性能。
(3)首先通过开环聚合的方法合成了一种乙烯基聚硅氧烷,然后将乙烯基环氧化合成了环氧基直接连在硅原子上的、不同环氧含量的4种含环氧侧基聚硅氧烷,采用1H-NMR和29Si-NMR等分析方法对其结构进行了详细地表征,并采用DSC研究了它们的固化性能,选择四乙烯五胺和过氧化二异丙苯作为复合固化剂对其进行固化,然后采用TGA对这四种含环氧侧基聚硅氧烷及其胶粘剂的热性能进行了考察,并进一步研究了环氧基团含量对粘接性能的影响。