Sílice pirógena hidrofóbica para adhesivos epoxi en energía eólica
Efecto de la sílice pirógena hidrofóbica sobre la resistencia a la tracción y la elongación a la rotura de los adhesivos epoxi para turbinas eólicas.
Las palas de las turbinas eólicas dependen de adhesivos estructurales epoxi para la unión de las secciones críticas que soportan cargas. Durante su funcionamiento, estas uniones adhesivas están sometidas a cargas cíclicas de viento, ciclos térmicos y envejecimiento ambiental. Por lo tanto, el adhesivo requiere una alta resistencia a la tracción junto con una elongación adecuada a la rotura para mantener la rigidez estructural, a la vez que se adapta a la deformación y reduce el riesgo de fallo de la unión causado por la concentración de tensiones.
La sílice pirógena se utiliza ampliamente como relleno nanofuncional en sistemas adhesivos estructurales de epoxi. La modificación hidrofóbica de la superficie proporciona propiedades tixotrópicas y antidesgaste, al tiempo que permite que la sílice contribuya al refuerzo mecánico mediante interacciones interfaciales orgánicas-inorgánicas. El tamaño de partícula primario, el estado de aglomeración, el tratamiento superficial y la uniformidad de la modificación pueden afectar al rendimiento mecánico resultante.
Hubei Huifu Nanomaterial Co., Ltd. evaluó la sílice pirógena hidrofóbica en un sistema adhesivo estructural epoxi para aplicaciones en palas de turbinas eólicas. El estudio comparó la resistencia a la tracción y la elongación a la rotura de una formulación de referencia, HIFULL® HB-139B , y cuatro productos de sílice pirógena de la competencia, con el fin de proporcionar datos prácticos para la selección de rellenos en formulaciones adhesivas para energía eólica.
Resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura
Figura 1. Efecto de diferentes productos de sílice pirógena hidrofóbica sobre la resistencia a la tracción y la elongación a la rotura del adhesivo epoxi.
Como se muestra en la Figura 1, la muestra de referencia sin sílice pirógena presentó una resistencia a la tracción de aproximadamente 50 MPa, mientras que su elongación a la rotura se mantuvo relativamente alta entre las muestras analizadas. El comportamiento mecánico del adhesivo epoxi cambió significativamente tras la incorporación de sílice pirógena hidrofóbica.
La muestra que contenía HIFULL® HB-139B alcanzó una resistencia a la tracción de aproximadamente 55.5 MPa, lo que representa un aumento en comparación con la matriz de referencia. Las resistencias a la tracción de los otros cuatro productos de la competencia oscilaron entre 53 y 55 MPa, con un rendimiento de refuerzo general inferior al de HB-139B en las condiciones de ensayo.
Tras la adición de sílice pirógena, la elongación a la rotura mostró una tendencia general a la baja. Dado que el nanofiller aumenta la rigidez de la matriz, también restringe la movilidad de los segmentos de la cadena polimérica en la resina epoxi, lo que reduce la capacidad de deformación del material antes de la fractura por tracción.
Considerando ambos conjuntos de datos, el HB-139B ofreció una mayor resistencia a la tracción, manteniendo la elongación a la rotura dentro de un rango práctico para aplicaciones de ingeniería. Los resultados indican un equilibrio favorable entre resistencia y tenacidad en comparación con los productos de la competencia analizados.
Lectura relacionada: ¿Por qué HIFULL® HB-139B eclipsa tanto a la sílice pirógena hidrofílica como a la hidrofóbica en el adhesivo epoxi para energía eólica?
Cómo la sílice pirógena refuerza la matriz adhesiva epoxi
El comportamiento mecánico observado puede asociarse con la dispersión de nanopartículas de sílice dentro de la matriz epoxi y su interacción con el polímero circundante. Bajo una carga de tracción externa, la tensión se transfiere de la matriz de resina a las partículas rígidas de sílice a través de la interfaz orgánico-inorgánica. Una transferencia de tensión efectiva puede aumentar la tensión necesaria para la rotura por tracción, lo que contribuye al incremento observado en la resistencia a la tracción.
Al mismo tiempo, las nanopartículas rígidas restringen el deslizamiento y el estiramiento de los segmentos de la cadena polimérica bajo carga. La consiguiente reducción de la movilidad de la cadena polimérica limita la deformación antes de la fractura y, por lo tanto, puede reducir la elongación en el momento de la rotura.
Las diferencias de rendimiento entre los productos comerciales de sílice pirógena hidrofóbica pueden asociarse con parámetros como la distribución del tamaño de partícula primaria, la cobertura de la superficie hidrofóbica , la uniformidad de la modificación y el estado de dispersión dentro del sistema epoxi. El rendimiento mecánico observado con HB-139B es consistente con una dispersión eficaz del relleno y unas interacciones partícula-matriz controladas, lo que permite el refuerzo a la vez que limita la pérdida de capacidad de deformación.
La sílice pirógena hidrofóbica HIFULL , producida mediante el postratamiento químico de grados hidrofílicos con agentes de silano (incluidos HMDS, PDMS, DDS y silano especial), ofrece repelencia al agua, un control reológico mejorado y un excelente rendimiento de espesamiento. Disponible en varios grados, es ideal para sistemas de caucho de silicona RTV y HTV, adhesivos y selladores, antiespumantes, compuestos y geles para cables, tóner y formulaciones para la protección de cultivos.
Selección de sílice pirógena hidrofóbica para adhesivos de palas de turbinas eólicas
A medida que las palas de las turbinas eólicas aumentan de tamaño y longitud, las formulaciones de adhesivos estructurales epoxi se enfrentan a requisitos más estrictos en cuanto a la estabilidad del relleno y el equilibrio de las propiedades mecánicas. Por lo tanto, la selección de sílice pirógena debe tener en cuenta más que solo el control reológico . El comportamiento de dispersión, la modificación de la superficie, el refuerzo a la tracción y el efecto resultante sobre la elongación a la rotura son parámetros relevantes al evaluar un relleno para aplicaciones de unión de palas de turbinas eólicas.
En las condiciones de ensayo, HIFULL® HB-139B presentó una resistencia a la tracción de aproximadamente 55.5 MPa, en comparación con los aproximadamente 50 MPa de la muestra de referencia y los 53-55 MPa de los cuatro productos de la competencia. Junto con su elongación a la rotura mantenida, estos resultados respaldan la evaluación de HB-139B como sílice pirógena hidrofóbica para adhesivos estructurales epoxi utilizados en aplicaciones de unión de grandes palas de aerogeneradores.
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