Effet de la silice pyrogénée sur les propriétés épaississantes et thixotropes des adhésifs à base de résine époxy
Une résine époxy adhésifs Ils possèdent une excellente force d'adhérence, une bonne résistance à la chaleur, une stabilité chimique et des propriétés d'isolation électrique, ce qui les rend adaptés à des applications dans l'emballage électronique, l'aérospatiale, la fabrication automobile et les structures de bâtiments.
Cependant, les systèmes à base de résine époxy souffrent intrinsèquement d'une faible fluidité et d'une application difficile. En particulier lors d'assemblages de précision ou d'applications sur des surfaces verticales, un affaissement est fréquent, limitant ainsi leur champ d'application. Les propriétés rhéologiques des adhésifs peuvent être ajustées par l'ajout de charges fonctionnelles telles que la silice pyrogénée.
L'équipe technique de HIFULL a analysé les effets de différentes quantités de silice fumée HB-139 ajoutées sur la viscosité et les propriétés thixotropes des adhésifs à base de résine époxy et a exploré en profondeur son mécanisme d'action.
À propos du projet de loi HB-139
HIFULL® HB-139 is silice pyrogénée hydrophobe qui est produit par de la silice pyrogénée hydrophile avec une surface spécifique de 200m2/g après post-traitement chimique avec PDMS / Polydiméthylsiloxane, également connue sous le nom d'huile de silicone.
La figure 1 illustre les tendances changeantes de la viscosité du système et de l'indice thixotrope après l'ajout de différentes fractions massiques de silice fumée HB-139 dans le système adhésif époxy, afin d'évaluer la viscosité statique de la silice fumée à de faibles taux de cisaillement et les caractéristiques d'écoulement à des taux de cisaillement élevés.
L'expérience a mis en place six gradients : 0 %, 2 %, 5 %, 6 %, 7 % et 8 % d'ajout de silice pyrogénée. Comme le montre le graphique, l'augmentation de la teneur en silice pyrogénée entraîne une hausse significative de la viscosité de l'adhésif époxy et un renforcement de ses propriétés thixotropes, les deux présentant une forte corrélation positive.
Figure 1
Du point de vue des tendances de changement de viscosité
Lorsque la silice fumée n'est pas ajoutée, la viscosité du système est extrêmement faible (proche de 2892 mPa·s), avec une résistance structurelle quasi nulle, ne répondant pas aux exigences de la plupart des scénarios de construction.
Lorsque l'ajout passe à 2 %, la viscosité atteint 9284 mPa·s ; à 5 %, la viscosité grimpe à 31390 mPa·s, indiquant que la structure du réseau se renforce progressivement et tend vers la perfection.
Lorsque l'ajout atteint 6 %, la viscosité continue d'augmenter jusqu'à 46396 mPa·s ; à 8 %, la viscosité grimpe brusquement jusqu'à 106791 mPa·s, soit une augmentation d'environ 37 fois par rapport à la valeur initiale, indiquant qu'un ajout excessif rendra la structure du réseau trop dense, le système tendra vers un état de gel et la fluidité diminuera considérablement.
Du point de vue des changements thixotropiques
L'indice de thixotropie augmente progressivement avec la teneur en silice pyrogénée. Lorsque cette teneur passe de 0 % à 8 %, l'indice de thixotropie croît de 1 à 8, soit 8 fois sa valeur initiale. Ce phénomène s'explique par l'évolution microstructurale de la silice pyrogénée au sein de la matrice époxy.
Sans charge, les chaînes moléculaires de la résine se déplacent librement et la viscosité est constante ; après l'introduction de nano-SiO₂, ses groupes fonctionnels actifs en surface subissent une adsorption physique ou une faible liaison chimique avec la résine époxy, formant une structure de réseau tridimensionnelle dynamique.
En conditions statiques ou de faible cisaillement, ce réseau demeure stable, ce qui se traduit par une viscosité élevée. En revanche, sous l'effet de forts cisaillements (comme lors de l'agitation ou de l'enrobage), le réseau se désagrège, les particules se redispersent et la viscosité chute, entraînant un amincissement par cisaillement. Dès que la force extérieure est supprimée, le réseau se reforme rapidement, rétablissant l'état de viscosité élevée et présentant ainsi un comportement thixotrope typique.
L'effet épaississant et thixotrope de la silice pyrogénée dans un système époxy dépend essentiellement de son état de dispersion et de sa capacité à former un réseau. À faible concentration, la dispersion des particules est relativement faible, le réseau formé est peu dense et l'augmentation de la viscosité est limitée. À mesure que la concentration augmente, la distance entre les particules diminue, les liaisons hydrogène se renforcent, formant un réseau spatial qui imprègne le système, et la viscosité augmente de façon exponentielle. L'amélioration de la thixotropie provient de la capacité de ce réseau à se déstructurer et se reconstruire de manière réversible sous l'effet d'une force extérieure. Plus la concentration est élevée, plus la densité du réseau est importante, plus la vitesse de reconstruction est rapide et plus l'indice de thixotropie est élevé.
Cependant, lorsque l'ajout dépasse un certain seuil (par exemple 8 %), la structure du réseau devient trop dense, ce qui peut entraîner une augmentation de la résistance à la mise en œuvre, des difficultés d'application et d'élimination des bulles, une altération de la compacité du durcissement, une diminution de la stabilité du système et une augmentation des coûts. Par conséquent, en pratique, il est nécessaire de trouver un équilibre entre viscosité et thixotropie en fonction des méthodes de mise en œuvre spécifiques (raclage, coulage, projection, etc.) et des exigences anti-coulure.
Lectures complémentaires:
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