تأثير السيليكا المدخنة على الخواص الميكانيكية لمواد لاصقة من راتنجات الإيبوكسي
مواد لاصقة راتنجات الايبوكسي تتميز هذه المواد بقوة ربط ممتازة، ومقاومة جيدة للحرارة، وثبات كيميائي، وخصائص عزل كهربائي عالية. وهي مناسبة للاستخدام في صناعات الطيران والفضاء، وتغليف الإلكترونيات، وصناعة السيارات.
مع ذلك، غالباً ما تعاني راتنجات الإيبوكسي النقية من هشاشة عالية، ومتانة غير كافية، ومقاومة ضعيفة للصدمات في التطبيقات العملية، مما يحد من استخدامها في البيئات المعقدة. لذا، ثمة حاجة إلى مواد مالئة وظيفية لتحسين خصائصها الميكانيكية العامة.
تُظهر السيليكا المدخنة، باعتبارها مادة مالئة غير عضوية نانوية، مساحة سطحية نوعية عالية، وقابلية تشتت ممتازة، ونشاط سطحي فريد، مما يدل على إمكانات كبيرة في تحسين الخصائص الميكانيكية لمصفوفات راتنج الإيبوكسي.
أجرى فنيو شركة HIFULL دراسة منهجية حول تأثير محتوى السيليكا المدخنة المختلفة على متوسط قوة التمزق (Rm) ومتوسط قوة الشد (Ts) باستخدام HB-139 نظام لاصق إيبوكسي.
تظهر نتائج التجربة في الشكل 1. من خلال تحليل بيانات الاختبار الميكانيكي للعينات تحت ستة مستويات من إضافة السيليكا المدخنة -0%، 2%، 5%، 6%، 7%، و 8%—تم الكشف عن العلاقة الكمية بين محتوى الحشو وأداء المادة اللاصقة، بهدف توفير أساس نظري ودعم تقني لتحسين تركيبات المواد اللاصقة الإيبوكسية عالية الأداء.
الشكل 1
كما يتضح من الشكل 1، مع زيادة إضافة السيليكا المدخنة، فإن الخاصيتين الميكانيكيتين الرئيسيتين للمادة اللاصقة الإيبوكسية - متوسط قوة التمزق (Rm) ومتوسط قوة الشد (Ts) - تظهران اتجاهًا غير خطي، وتختلف أنماط تغيرهما بشكل كبير.
(أ) اتجاه متوسط قوة التمزق (Rm)
يعكس متوسط قوة التمزق قدرة المادة على مقاومة التلف الناتج عن تركيز الإجهاد الموضعي، وهو مؤشر مهم لقياس متانة المادة اللاصقة ومقاومتها لانتشار الشقوق. تُظهر البيانات ما يلي:
- عندما تكون نسبة إضافة السيليكا المدخنة 0%، فإن Rm تساوي 21.7 ميجا باسكال؛
- بعد إضافة 2٪، تزداد قيمة Rm إلى 22.9 ميجا باسكال، بزيادة قدرها حوالي 5.5٪؛
- مع استمرار الزيادة إلى 5٪، تصل Rm إلى ذروة قدرها 23.7 ميجا باسكال، وهو تحسن بنسبة 7.4٪ مقارنة بالعينة الفارغة.
- بعد ذلك، مع زيادة المحتوى، يظهر Rm اتجاهًا تنازليًا: 22.6 ميجا باسكال عند 6%، وانخفاض حاد إلى 21.3 ميجا باسكال عند 7%، وارتداد طفيف إلى 22.2 ميجا باسكال عند 8%.
يشير هذا الاتجاه إلى أن كمية مناسبة من السيليكا المدخنة يمكن أن تعزز بشكل فعال مقاومة التمزق لمصفوفة الإيبوكسي، ولكن الإضافة المفرطة ستضعف هذه الخاصية بدلاً من ذلك.
والسبب هو أنه عند مستويات إضافة منخفضة، تتوزع جزيئات ثاني أكسيد السيليكون النانوية بشكل متجانس في راتنج الإيبوكسي، مُشكلةً بنية شبكية ثلاثية الأبعاد. وفي الوقت نفسه، تستطيع مجموعات الهيدروكسيل السطحية تكوين روابط كيميائية جزئية مع مجموعات الإيبوكسي، مما يُحسّن قوة الترابط بين الأسطح، وبالتالي يُعزز المتانة. مع ذلك، عندما تتجاوز الإضافة قيمة حرجة (حوالي 5%)، يزداد تكتل الجزيئات، مما يُقلل في النهاية من قوة التمزق الإجمالية.
(II) اتجاه متوسط قوة الشد (Ts)
يعكس متوسط قوة الشد قدرة المادة على تحمل الأحمال المحورية، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بالصلابة الكلية ومقاومة التشوه لطبقة المادة اللاصقة. وتظهر البيانات على النحو التالي:
- بدون حشو، تبلغ قيمة Ts 15.6 ميجا باسكال؛
- بعد إضافة 2٪ من السيليكا المدخنة، قفزت Ts إلى 27.2 ميجا باسكال، بزيادة تصل إلى 74.4٪؛
- عند نسبة 5٪، يظل عند مستوى مرتفع نسبياً (23.7 ميجا باسكال)، والذي على الرغم من أنه يُظهر انخفاضاً طفيفاً، إلا أنه لا يزال أعلى بكثير من القيمة الأصلية؛
ثم ينخفض تدريجياً، ليصل إلى 18.6 ميجا باسكال عند 8%، وهو أعلى بقليل من القيمة الأولية.
من الواضح أن قوة الشد أكثر حساسية للتغيرات في محتوى السيليكا المدخنة، وهناك نقطة انعطاف واضحة تتمثل في "زيادة أولاً، ثم انخفاض". وهذا يشير إلى أن كمية صغيرة من الحشو يمكن أن تعزز بشكل كبير صلابة وقدرة تحمل راتنج الإيبوكسي.
المواد اللاصقة ومانعات التسرب
ومع ذلك، عندما تكون كمية الحشو المضافة عالية جدًا، بسبب التشتت غير المتساوي والتكتل الشديد، لا يتم تقليل تأثير التعزيز الفعال فحسب، بل قد يتم أيضًا إدخال مسامات دقيقة أو فراغات، مما يتسبب في توزيع غير متساوٍ للإجهاد الداخلي، مما يؤدي في النهاية إلى انخفاض في قوة الشد.
تؤدي إضافة السيليكا المدخنة إلى تغيير بنية النظام الإيبوكسي ثلاثية الأطوار: الطور المستمر (راتنج الإيبوكسي), الطور المشتت (جسيمات SiO₂)و مرحلة التداخل (التداخل بين الحشو والراتنج)من الناحية المثالية، ينبغي تحقيق "التشتت المنتظم + الترابط القوي بين الأسطح + التعبئة المعتدلة" للحصول على أفضل أداء شامل.
تُظهر نتائج هذه التجربة أن نسبة 5% هي النسبة المثلى للإضافة. فهي تضمن مقاومة عالية للتمزق مع الحفاظ على قوة شد مثالية نسبياً، مما يمثل نقطة التقاء أساسية لتحقيق "توازن بين القوة والمتانة".
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.
