تحسين السيليكا المدخنة لمقاومة الترهل في مواد لاصقة شفرات توربينات الرياح الإيبوكسية

تأثير تحميل السيليكا المدخنة الكارهة للماء على مقاومة الترهل للمواد اللاصقة الهيكلية الإيبوكسية المستخدمة في طاقة الرياح

سيليكا مدخنة كارهة للماء تخضع المتغيرات لتعديل سطحي باستخدام عوامل اقتران الأورجانوسيلان، مما يقلل التوتر السطحي ويعزز التوافق مع مصفوفات البوليمرات العضوية. تعمل هذه المعالجة على تحسين خاصية الانسيابية، ومقاومة الترهل، والخواص الميكانيكية في تركيبات المواد اللاصقة. ولتحديد هذه التأثيرات كميًا، قيّمت شركة HIFULL تأثير مستويات تحميل السيليكا المدخنة الكارهة للماء على معايير الترهل لمصفوفة لاصقة قياسية من الإيبوكسي المستخدم في طاقة الرياح.

مدخنة السيليكا هي مادة غير عضوية نانوية الحجم، تُصنّع عبر التحلل المائي في الطور الغازي عند درجات حرارة عالية. تتميز بحجم جسيمات أولي يتراوح بين 7 و40 نانومترًا، ومساحة سطحية نوعية تتراوح بين 30 و450 مترًا مربعًا/غرام، ونقاء كيميائي عالٍ، ونشاط سطحي عالٍ. تقوم شركة هوبي هويفو للمواد النانوية المحدودة (HIFULL) بتطوير وتصنيع سلسلتي السيليكا المدخنة المحبة للماء والكارهة للماء، موفرةً بذلك تحسينًا موضعيًا للمواد، وضبطًا دقيقًا للجودة، وتخصيصًا تقنيًا لسلاسل تصنيع الطاقة الجديدة والإلكترونيات والفضاء.

الشكل 1

كما هو موضح في الشكل 1، فإن زيادة تركيز السيليكا المدخنة الكارهة للماء يقلل بشكل منهجي من ترهل المادة اللاصقة. تُظهر عينة التحكم الفارغة لزوجة أساسية منخفضة، مما يؤدي إلى تدفق جاذبي شديد وتراكم المادة.

عند مستوى تحميل 6%، يحتفظ اللاصق بسيولة كبيرة، ويظهر ترهلاً واضحاً بفعل الجاذبية وتقطيراً مميزاً عند قاعدة العينة.

عندما يتم زيادة مستوى التحميل إلى 8٪ و 10٪، فإن المادة اللاصقة تحافظ على شكلها الهندسي الأولي المطبق مع تشوه ضئيل، مما يؤدي إلى خصائص ممتازة مضادة للترهل.

تؤكد هذه النتائج أن إضافة السيليكا المدخنة المستهدفة تعزز مؤشر الانسيابية وكفاءة زيادة سمك مصفوفة الإيبوكسي.

بنية الشبكة وآلية التغير الانسيابي

تعتمد الآلية الفيزيائية الأساسية على تكوين بنية شبكية ثلاثية الأبعاد داخل مصفوفة الإيبوكسي. عند التركيزات المنخفضة (مثل 6%)، لا تكفي الجسيمات النانوية لتكوين هيكل متصل، مما يحد جزئيًا فقط من حركة جزيئات الراتنج. وعندما يصل التركيز إلى 8% أو أكثر، تتفاعل جسيمات السيليكا النانوية عبر قوى فان دير فالس والروابط الهيدروجينية لتكوين شبكة مكانية مترابطة.

تُضفي هذه الشبكة لزوجة عالية في ظروف السكون والقص المنخفض، مما يمنع الترهل بفعل الجاذبية. عند تعرضها لقوى قص خارجية (مثل الخلط أو التطبيق)، تتفكك هذه الروابط الثانوية مؤقتًا، مما يقلل اللزوجة لتسهيل المعالجة وترطيب الركيزة. عند توقف القص، تستعيد الشبكة بنيتها بسرعة، مُستعيدةً مقاومة الترهل. في الوقت نفسه، يُساعد تعديل السطح الكاره للماء على طرد الرطوبة، مما يُحسّن تجانس التشتت والاستقرار الريولوجي طويل الأمد داخل الراتنج.

تحسين التركيبة لخطوط الإنتاج

على الرغم من أن نسبة تحميل 10% توفر أعلى مقاومة للترهل، إلا أن زيادة نسبة الحشو قد ترفع تكاليف التركيبة، وربما تقلل من صلابة المادة بعد المعالجة، أو تزيد من لزوجة التطبيق بما يتجاوز حدود المعالجة. يتطلب الإنتاج العملي موازنة المواصفات الريولوجية مع اقتصاديات العملية.

تشير البيانات التجريبية إلى أن نسبة تحميل السيليكا المدخنة الكارهة للماء من 8% إلى 10% تُحسّن التوازن بين السلوك الريولوجي وسهولة التصنيع. يضمن هذا النطاق هندسة خطوط ربط موحدة أثناء تجميع المكونات على ارتفاعات عالية وتصنيع توربينات الرياح، مما يوفر معايير أداء قابلة للتنبؤ لتصميم التركيبات الصناعية.

قراءة متعمقة: