تأثير السيليكا المدخنة على خصائص التكثيف والانسيابية للمواد اللاصقة من راتنجات الإيبوكسي
راتنجات الايبوكسي مواد لاصقة تتمتع بقوة ربط ممتازة، ومقاومة جيدة للحرارة، واستقرار كيميائي، وخصائص عزل كهربائي، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات في تغليف الإلكترونيات، والفضاء، وتصنيع السيارات، وهياكل المباني.
مع ذلك، تعاني أنظمة راتنجات الإيبوكسي بطبيعتها من ضعف السيولة وصعوبة التطبيق. خاصةً أثناء التجميع الدقيق أو التطبيق على الأسطح الرأسية، يكون الترهل واردًا، مما يحد من نطاق استخدامها. يمكن تعديل الخصائص الريولوجية للمواد اللاصقة بإضافة مواد مالئة وظيفية مثل السيليكا المدخنة.
قام الطاقم الفني لشركة HIFULL بتحليل تأثيرات كميات مختلفة من السيليكا المدخنة HB-139 المضافة على لزوجة وخصائص الانسيابية للمواد اللاصقة من راتنج الإيبوكسي واستكشف آلية عملها بعمق.
حول مشروع القانون HB-139
جهاز هايفول® HB-139 is سيليكا مدخنة كارهة للماء والتي يتم إنتاجها من خلال السيليكا المدخنة المحبة للماء ذات مساحة سطح محددة تبلغ 200m2/g بعد المعالجة الكيميائية اللاحقة بـ PDMS / بولي دايميثيل السيلوكسان، والمعروف أيضًا باسم زيت السيليكون.
يوضح الشكل 1 الاتجاهات المتغيرة للزوجة النظامية ومؤشر الانسيابية بعد إضافة كسور كتلية مختلفة من السيليكا المدخنة HB-139 إلى نظام لاصق الإيبوكسي، لتقييم اللزوجة الساكنة للسيليكا المدخنة في ظل معدلات القص المنخفضة وخصائص التدفق في ظل معدلات القص العالية.
أُجريت التجربة بستة تدرجات: 0%، 2%، 5%، 6%، 7%، و8% من إضافات السيليكا المدخنة. وكما هو موضح في الرسم البياني، مع زيادة محتوى السيليكا المدخنة، تزداد لزوجة المادة اللاصقة الإيبوكسية بشكل ملحوظ، ويتحسن أداء الانسيابية تبعًا لذلك، حيث يُظهر كلاهما ارتباطًا إيجابيًا قويًا.
الشكل 1
من منظور اتجاهات تغير اللزوجة
عندما لا تتم إضافة السيليكا المدخنة، تكون لزوجة النظام منخفضة للغاية (قريبة من 2892 ملي باسكال.ثانية)، مع قوة هيكلية شبه معدومة، مما يؤدي إلى عدم تلبية متطلبات معظم سيناريوهات البناء.
مع زيادة الإضافة إلى 2٪، تصل اللزوجة إلى 9284 ملي باسكال.ثانية؛ عند 5٪، تقفز اللزوجة إلى 31390 ملي باسكال.ثانية، مما يشير إلى أن بنية الشبكة تتقوى تدريجياً وتتجه نحو الكمال.
عندما تصل الإضافة إلى 6٪، تستمر اللزوجة في الارتفاع إلى 46396 ملي باسكال.ثانية؛ عند 8٪، ترتفع اللزوجة بشكل حاد إلى 106791 ملي باسكال.ثانية، بزيادة قدرها حوالي 37 مرة مقارنة بالقيمة الأولية، مما يشير إلى أن الإضافة المفرطة ستؤدي إلى أن تصبح بنية الشبكة كثيفة للغاية، ويميل النظام نحو حالة الهلام، وتنخفض السيولة بشكل كبير.
من منظور التغيرات الانسيابية
يزداد مؤشر الانسيابية تدريجيًا مع زيادة نسبة إضافة السيليكا المدخنة. فعندما تزداد النسبة من 0% إلى 8%، يرتفع مؤشر الانسيابية من 1 إلى 8، أي ثمانية أضعاف قيمته في حالة عدم إضافة السيليكا المدخنة. ويكمن جوهر هذه الظاهرة في التطور الميكروي لبنية السيليكا المدخنة داخل مصفوفة الإيبوكسي.
بدون الحشو، تتحرك السلاسل الجزيئية للراتنج بحرية، وتكون اللزوجة ثابتة؛ بعد إدخال نانو-SiO₂، تخضع مجموعاته الوظيفية النشطة على السطح للامتصاص الفيزيائي أو الترابط الكيميائي الضعيف مع راتنج الإيبوكسي، مما يشكل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد ديناميكية.
في ظل ظروف السكون أو القص المنخفض، تبقى هذه الشبكة مستقرة، مما يؤدي إلى لزوجة عالية؛ بينما في ظل معدلات قص عالية (كما هو الحال أثناء التحريك أو التغليف)، تتفكك الشبكة، وتنتشر الجزيئات من جديد، وتنخفض اللزوجة، مما ينتج عنه ترقق القص. بمجرد إزالة القوة الخارجية، يمكن إعادة بناء الشبكة بسرعة، مما يعيد حالة اللزوجة العالية، وبالتالي يجسد السلوك الثيكسوتروبي النموذجي.
يعتمد تأثير السيليكا المدخنة في زيادة اللزوجة وتغيرها الانسيابي في نظام الإيبوكسي بشكل أساسي على حالة تشتتها وقدرتها على بناء الشبكة. عند إضافة كميات قليلة، يكون تشتت الجسيمات محدودًا نسبيًا، وتكون الشبكة المتكونة ضعيفة، ويكون نمو اللزوجة محدودًا. مع زيادة الإضافة، تقل المسافة بين الجسيمات، وتتقوى الروابط الهيدروجينية، مما يُشكل شبكة مكانية تخترق النظام، وترتفع اللزوجة بشكل كبير. ينشأ تعزيز خاصية التغير الانسيابي من قدرة هذه الشبكة على التفكك وإعادة البناء بشكل عكسي تحت تأثير قوة خارجية. كلما زادت الإضافة، زادت كثافة الشبكة، وزادت سرعة إعادة البناء، وارتفع مؤشر التغير الانسيابي.
مع ذلك، عندما تتجاوز الإضافة حدًا معينًا (مثل 8%)، تصبح بنية الشبكة شديدة التماسك، مما قد يؤدي إلى زيادة مقاومة البناء، وصعوبة الطلاء، وصعوبة إزالة الفقاعات، والتأثير على تماسك التصلب، وانخفاض استقرار النظام، وزيادة التكاليف. لذا، في التطبيقات العملية، من الضروري إيجاد توازن بين اللزوجة والانسيابية وفقًا لطرق البناء المحددة (الكشط، الصب، الرش، إلخ) ومتطلبات مقاومة الترهل.
قراءة متعمقة:
مرحباً بالعملاء
اسمي فان، وأنا مدير أعمال شركة HIFULL، وأعمل في صناعة السيليكا المدخنة منذ أكثر من 10 سنوات. لا تتردد في الاتصال بي. يسعدني أن أقدم لك أفضل الخدمات والمنتجات.
