Гидрофобный осажденный диоксид кремния для эпоксидных клеев ветроэнергетики
Влияние гидрофобного осажденного диоксида кремния на прочность на разрыв и удлинение при разрыве эпоксидных клеев для ветротурбин
В конструкции лопастей ветротурбин для соединения критически важных несущих элементов используются эпоксидные конструкционные клеи . В процессе эксплуатации эти клеевые соединения подвергаются циклическим ветровым нагрузкам, термическим циклам и воздействию окружающей среды. Поэтому клей должен обладать высокой прочностью на разрыв и соответствующим удлинением при разрыве, чтобы поддерживать жесткость конструкции, компенсируя при этом деформации и снижая риск разрушения соединения, вызванного концентрацией напряжений.
Дисперсный диоксид кремния широко используется в качестве нанофункционального наполнителя в эпоксидных конструкционных клеевых системах. Гидрофобная модификация поверхности обеспечивает тиксотропные и противоскладчатые свойства , позволяя диоксиду кремния способствовать механическому упрочнению за счет межфазных взаимодействий между органическими и неорганическими компонентами. Размер первичных частиц, состояние агломерации, обработка поверхности и равномерность модификации могут влиять на результирующие механические характеристики.
Компания Hubei Huifu Nanomaterial Co., Ltd. провела исследование гидрофобного осажденного диоксида кремния в эпоксидной конструкционной клеевой системе для применения в лопастях ветротурбин. В исследовании сравнивались прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве исходного состава HIFULL® HB-139B и четырех конкурирующих продуктов на основе осажденного диоксида кремния, чтобы предоставить практические данные для выбора наполнителя в клеевых составах для ветроэнергетики.
Предел прочности и удлинение при разрыве
Рисунок 1. Влияние различных гидрофобных продуктов на основе осажденного диоксида кремния на прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве эпоксидного клея.
Как показано на рисунке 1, образец без осажденного диоксида кремния продемонстрировал прочность на растяжение приблизительно 50 МПа, в то время как его относительное удлинение при разрыве оставалось относительно высоким среди исследованных образцов. Механические свойства эпоксидного клея значительно изменились после введения гидрофобного осажденного диоксида кремния.
Образец, содержащий HIFULL® HB-139B, достиг прочности на растяжение приблизительно 55.5 МПа, что представляет собой увеличение по сравнению с исходной матрицей. Прочность на растяжение четырех других конкурирующих продуктов варьировалась от 53 до 55 МПа, демонстрируя более низкие общие показатели армирования, чем HB-139B в условиях испытаний.
После добавления осажденного диоксида кремния наблюдалась общая тенденция к снижению относительного удлинения при разрыве. Поскольку нанонаполнитель увеличивает жесткость матрицы, он также ограничивает подвижность сегментов полимерной цепи в эпоксидной смоле, снижая деформационную способность материала до разрушения при растяжении.
С учетом обоих наборов данных, HB-139B продемонстрировал более высокую прочность на разрыв, сохранив при этом относительное удлинение при разрыве в пределах практического инженерного диапазона. Результаты указывают на благоприятный баланс между прочностью и ударной вязкостью по сравнению с протестированными конкурирующими продуктами.
Дополнительная информация: Почему HIFULL® HB-139B превосходит по эффективности как гидрофильный, так и гидрофобный диоксид кремния, полученный методом осаждения из газовой фазы, в эпоксидном клее для ветроэнергетики?
Как осажденный диоксид кремния укрепляет матрицу эпоксидного клея
Наблюдаемое механическое поведение может быть связано с дисперсией наночастиц диоксида кремния в эпоксидной матрице и их взаимодействием с окружающим полимером. Под воздействием внешней растягивающей нагрузки напряжение может передаваться от смоляной матрицы к жестким частицам диоксида кремния через органическо-неорганическую границу раздела. Эффективная передача напряжения может увеличить напряжение, необходимое для разрушения при растяжении, что способствует наблюдаемому увеличению прочности на растяжение.
В то же время жесткие наночастицы ограничивают скольжение и растяжение сегментов полимерной цепи под нагрузкой. Результирующее снижение подвижности полимерной цепи ограничивает деформацию до разрушения и, следовательно, может уменьшить удлинение при разрыве.
Различия в эксплуатационных характеристиках коммерческих гидрофобных продуктов на основе осажденного диоксида кремния могут быть связаны с такими параметрами, как распределение размеров первичных частиц, гидрофобное покрытие поверхности , однородность модификации и состояние дисперсии в эпоксидной системе. Механические характеристики, наблюдаемые у HB-139B, соответствуют эффективной дисперсии наполнителя и контролируемому взаимодействию частиц с матрицей, что позволяет осуществлять армирование при ограничении потери деформационной способности.
Гидрофобный осажденный диоксид кремния HIFULL , получаемый путем химической постобработки гидрофильных марок силановыми агентами (включая HMDS, PDMS, DDS и специальный силан), обеспечивает водоотталкивающие свойства, улучшенный контроль реологии и загущающие характеристики. Доступен в нескольких марках и идеально подходит для силиконовых резиновых систем RTV и HTV, клеев и герметиков, пеногасителей, кабельных компаундов и гелей, тонера и составов для защиты растений.
Выбор гидрофобного осажденного диоксида кремния для клеев лопастей ветряных турбин.
По мере увеличения размеров и длины лопастей ветротурбин к составам эпоксидных конструкционных клеев предъявляются более жесткие требования к стабильности наполнителя и балансу механических свойств. Поэтому при выборе легированного диоксида кремния необходимо учитывать не только реологические характеристики . При оценке наполнителя для склеивания лопастей ветротурбин важными параметрами являются дисперсионное поведение, модификация поверхности, армирование при растяжении и результирующее влияние на удлинение при разрыве.
В условиях проведенных испытаний HIFULL® HB-139B показал прочность на разрыв приблизительно 55.5 МПа, по сравнению с приблизительно 50 МПа для контрольного образца и 53–55 МПа для четырех конкурирующих продуктов. В сочетании с сохранением удлинения при разрыве эти результаты подтверждают целесообразность оценки HB-139B в качестве гидрофобного осажденного диоксида кремния для эпоксидных конструкционных клеев, используемых при склеивании лопастей крупных ветротурбин.
Дальнейшее чтение:
О ХИФУЛЛЕ
Наша основная продукция — это пирогенный диоксид кремния, нанодиоксид титана и нанооксид алюминия . Мы обладаем более чем 20-летним опытом и годовой производственной мощностью 40 000 тонн. Мы поставляем в общей сложности 23 марки гидрофильного и гидрофобного пирогенного диоксида кремния. Мы имеем регистрации в рамках регламентов EU-REACH, Turkey-REACH, K-REACH и UK-REACH. Мы являемся ведущим органом по разработке стандартов ISO18473-3:2018 , ISO23157:2021 и ISO18473-4:2022 . Узнайте больше о Hifull
Привет, Клиенты!
Меня зовут Ван, я бизнес-менеджер HIFULL, я работаю в сфере производства пирогенного кремнезема более 10 лет. Не стесняйтесь обращаться ко мне. Я с радостью предоставлю вам лучший сервис и продукцию.
