تأثير السيليكا المدخنة الكارهة للماء على قوة الشد والاستطالة عند الكسر في المواد اللاصقة الإيبوكسية لتوربينات الرياح

قوة الشد والاستطالة عند الكسر

الشكل 1. تأثير منتجات السيليكا المدخنة الكارهة للماء المختلفة على قوة الشد والاستطالة عند الكسر لمادة لاصقة الإيبوكسي

كما هو موضح في الشكل 1، أظهرت العينة الخالية من السيليكا المدخنة قوة شد تبلغ حوالي 50 ميجا باسكال، بينما ظل استطالتها عند الكسر مرتفعة نسبيًا بين العينات المختبرة. وقد تغير السلوك الميكانيكي للمادة اللاصقة الإيبوكسية بشكل ملحوظ بعد إضافة السيليكا المدخنة الكارهة للماء.

حققت العينة المحتوية على HIFULL® HB-139B قوة شد تبلغ حوالي 55.5 ميجا باسكال، وهو ما يمثل زيادة مقارنةً بالعينة الخالية من المادة. تراوحت قوة الشد للمنتجات المنافسة الأربعة الأخرى بين 53 و55 ميجا باسكال، مع أداء تقوية إجمالي أقل من HB-139B في ظل ظروف الاختبار.

أظهرت نسبة الاستطالة عند الكسر اتجاهاً تنازلياً عاماً بعد إضافة السيليكا المدخنة. وبما أن الحشو النانوي يزيد من صلابة المادة الأساسية، فإنه يحد أيضاً من حركة أجزاء سلسلة البوليمر في راتنج الإيبوكسي، مما يقلل من قدرة المادة على التشوه قبل الكسر الناتج عن الشد.

بمقارنة مجموعتي البيانات، أظهر المركب HB-139B قوة شد أعلى مع الحفاظ على استطالة عند الكسر ضمن النطاق الهندسي العملي. وتشير النتائج إلى توازن مثالي بين القوة والمتانة مقارنةً بالمنتجات المنافسة التي تم اختبارها.

قراءة ذات صلة: لماذا يتفوق HIFULL® HB-139B على كل من السيليكا المدخنة المحبة للماء والكارهة للماء في لاصق طاقة الرياح الإيبوكسي؟

كيف يعزز السيليكا المدخن مصفوفة لاصق الإيبوكسي

يمكن ربط السلوك الميكانيكي الملحوظ بتشتت جزيئات السيليكا النانوية داخل مصفوفة الإيبوكسي وتفاعلها مع البوليمر المحيط. تحت تأثير حمل شد خارجي، يمكن نقل الإجهاد من مصفوفة الراتنج إلى جزيئات السيليكا الصلبة عبر السطح البيني العضوي-غير العضوي. يمكن أن يؤدي نقل الإجهاد الفعال إلى زيادة الإجهاد اللازم لحدوث الفشل الشدّي، مما يساهم في الزيادة الملحوظة في مقاومة الشد.

في الوقت نفسه، تحد الجسيمات النانوية الصلبة من انزلاق وتمدد أجزاء سلسلة البوليمر تحت تأثير الحمل. ويؤدي الانخفاض الناتج في حركة سلسلة البوليمر إلى الحد من التشوه قبل الكسر، وبالتالي يمكن أن يقلل من الاستطالة عند الكسر.

يمكن ربط الاختلافات في الأداء بين منتجات السيليكا المدخنة الكارهة للماء التجارية بمعايير مثل توزيع حجم الجسيمات الأولية، وتغطية السطح الكارهة للماء ، وتجانس التعديل، وحالة التشتت داخل نظام الإيبوكسي. يتوافق الأداء الميكانيكي الملحوظ مع HB-139B مع التشتت الفعال للحشو والتفاعلات المتحكم بها بين الجسيمات والمصفوفة، مما يسمح بالتقوية مع الحد من فقدان قدرة التشوه.

تُنتج مادة السيليكا المدخنة الكارهة للماء من HIFULL عن طريق المعالجة الكيميائية اللاحقة للأنواع المحبة للماء باستخدام عوامل السيلان (بما في ذلك HMDS وPDMS وDDS والسيلان الخاص)، مما يوفر خاصية طرد الماء، وتحسين التحكم في اللزوجة، وزيادة السماكة. وهي متوفرة بدرجات متعددة، وتناسب بشكل مثالي أنظمة مطاط السيليكون RTV وHTV، والمواد اللاصقة والمانعة للتسرب، ومضادات الرغوة، ومركبات وجل الكابلات، وأحبار الطابعات، وتركيبات حماية النباتات.

اختيار السيليكا المدخنة الكارهة للماء لمواد لاصقة شفرات توربينات الرياح

مع ازدياد حجم وطول شفرات توربينات الرياح، تواجه تركيبات المواد اللاصقة الهيكلية الإيبوكسية متطلبات أكثر صرامة فيما يتعلق باستقرار الحشو وتوازن الخواص الميكانيكية. لذا، يجب أن يراعي اختيار السيليكا المدخنة عوامل أخرى غير التحكم في الخواص الريولوجية فقط. فسلوك التشتت، وتعديل السطح، وتعزيز الشد، والتأثير الناتج على الاستطالة عند الكسر، كلها معايير مهمة عند تقييم حشو لتطبيقات ربط شفرات توربينات الرياح.

في ظل الظروف المختبرة، حقق HIFULL® HB-139B قوة شد تبلغ حوالي 55.5 ميجا باسكال، مقارنةً بحوالي 50 ميجا باسكال للعينة المرجعية و53-55 ميجا باسكال للمنتجات الأربعة المنافسة. وبالنظر إلى استطالته عند الكسر، تدعم هذه النتائج تقييم HB-139B كمادة سيليكا مدخنة كارهة للماء تُستخدم في مواد لاصقة هيكلية إيبوكسية تُستخدم في تطبيقات ربط شفرات توربينات الرياح الكبيرة.

قراءة متعمقة: