تأثير إضافة السيليكا المدخنة على الخواص الميكانيكية للمواد اللاصقة المصنوعة من البولي يوريثان

الشكل 1

من البيانات الواردة في الشكل 1، تظهر إضافة السيليكا المدخنة تأثيرًا كبيرًا على كل من قوة الشد وقوة القص للمواد اللاصقة المصنوعة من البولي يوريثان.

بملاحظة تأثير كمية السيليكا المدخنة على قوة الشد، يتضح أنه مع زيادة الإضافة من 0% إلى 3%، تزداد قوة شد لاصق البولي يوريثان باستمرار. فعندما تكون الإضافة 0%، تبلغ قوة الشد حوالي 9.3 ميجا باسكال، وعندما تصل الإضافة إلى 3%، ترتفع قوة الشد إلى حوالي 15.6 ميجا باسكال، أي بزيادة تقارب 68%.

يشير هذا إلى أن كمية مناسبة من السيليكا المدخنة تُعزز بشكل فعال قوى التفاعل بين سلاسل جزيئات البولي يوريثان، مما يُحسّن الصلابة العامة ومقاومة الشد للمادة. سطح جزيئات السيليكا المدخنة غني بمجموعات الهيدروكسيل النشطة، التي تُكوّن روابط هيدروجينية مع روابط الكربامات في البولي يوريثان، مما يُؤدي إلى تكوين بنية شبكية أكثر كثافة وتعزيز تماسك المادة.

الشركة المصنعة لسيليكا HIFULL® المدخنة

ومع ذلك، عندما تستمر الإضافة في الزيادة إلى 5٪، فإن قوة الشد تظهر انخفاضًا طفيفًا، حيث تنخفض إلى حوالي 14.7 ميجا باسكال.

قد تنجم هذه الظاهرة عن تأثير التكتل الناتج عن زيادة نسبة السيليكا المدخنة. فنظرًا لصغر حجم جزيئات السيليكا المدخنة، فإنها تميل إلى التكتل في النظام لتشكيل كتل ميكرونية، مما يُخلّ بحالة التوزيع المنتظم الأصلية، ويُؤدي بدلاً من ذلك إلى تكوين نقاط تركيز إجهاد داخل المادة، الأمر الذي يُقلل من قوتها الإجمالية.

بالإضافة إلى ذلك، قد يؤدي الحشو المفرط إلى إعاقة الحركة الطبيعية لسلاسل جزيئات البولي يوريثان، مما يحد من قدرتها على التشوه المرن، وبالتالي يؤثر على الأداء الميكانيكي النهائي.

الشكل 2

من البيانات الواردة في الشكل 2 فيما يتعلق بتأثير كمية إضافة السيليكا المدخنة على قوة القص الشدية، فإن الاتجاه مشابه لاتجاه قوة الشد، لكن التغيير أكثر وضوحًا.

بدون إضافة السيليكا المدخنة، تبلغ مقاومة القص حوالي 5.8 ميجا باسكال فقط. وعند زيادة الإضافة إلى 3%، تصل مقاومة القص إلى ذروتها عند 14.2 ميجا باسكال، أي بزيادة قدرها 145% تقريبًا. وهذا يدل على أن السيليكا المدخنة لا تُحسّن فقط قدرة المادة على الشد، بل تُعزز أيضًا مقاومتها لتشوه القص بشكل كبير.

في التطبيقات العملية، تُعدّ قوة القص مؤشراً رئيسياً لقياس قدرة المادة اللاصقة على ربط المواد المختلفة بقوة، لا سيما في البيئات المعرضة لأحمال ديناميكية أو إجهادات معقدة. يُحسّن إضافة السيليكا المدخنة قوة الربط بين الأسطح ويقلل من الانزلاق بينها، مما يجعل طبقة المادة اللاصقة أقل عرضة للانفصال عند تعرضها لقوى خارجية.

المواد اللاصقة ومانعات التسرب

في المواد المانعة للتسرب والمواد اللاصقة، تلعب السيليكا المدخنة دورًا رئيسيًا في التحكم في الرومولوجيا وقوة اللزوجة. عندما تُضاف السيليكا المدخنة وتُشتت في المواد اللاصقة والمواد المانعة للتسرب،…

اقرأ المزيد المواد اللاصقة ومانعات التسرب

وبالمثل، عندما تصل نسبة الإضافة إلى 5%، تنخفض مقاومة القص قليلاً إلى حوالي 12.6 ميجا باسكال. وهذا يؤكد قاعدة أن "الإضافة المناسبة أفضل من الإضافة المفرطة". ورغم أن السيليكا المدخنة بحد ذاتها لها تأثير معزز، إلا أن الكمية المثلى ليست ببساطة "كلما زادت، كان ذلك أفضل". ففي الإنتاج الفعلي، من الضروري الموازنة بين تكلفة المادة المالئة، وصعوبة المعالجة، والأداء النهائي للوصول إلى النسبة المثلى.

بالنظر إلى الرسمين البيانيين بشكل شامل، فإن تأثير تعديل السيليكا المدخنة في المواد اللاصقة البولي يوريثان كبير، خاصة عند إضافة 3٪، حيث تصل كل من قوة الشد وقوة القص إلى المستويات المثلى.

تُقدّم هذه النتيجة مرجعًا هامًا لتصميم التركيبات الصناعية: عند تحضير مواد لاصقة من البولي يوريثان عالية الأداء، ينبغي ضبط كمية السيليكا المدخنة المضافة بين 2% و3% لتحقيق أقصى قدر من الأداء. في الوقت نفسه، تشير هذه النتيجة أيضًا إلى ضرورة تركيز الفنيين في الأبحاث اللاحقة على تعديل سطح السيليكا المدخنة، مثل تغليفها بعوامل اقتران السيلان، لتحسين تشتتها في الطور العضوي وتجنب مشاكل التكتل، وبالتالي تجاوز معوقات الأداء الحالية.

قراءة متعمقة: