Влияние осажденного диоксида кремния на механические свойства эпоксидных клеев
Клеи на основе эпоксидной смолы Обладают превосходной прочностью сцепления, хорошей термостойкостью, химической стабильностью и электроизоляционными свойствами. Находят применение в аэрокосмической отрасли, производстве электронных компонентов и автомобилестроении.
Однако чистые эпоксидные смолы часто страдают от высокой хрупкости, недостаточной прочности и плохой ударопрочности в практических применениях, что ограничивает их использование в сложных условиях. Для улучшения их общих механических свойств необходимы функциональные наполнители.
Дисперсный диоксид кремния, как наноразмерный неорганический наполнитель, обладает высокой удельной поверхностью, превосходной диспергируемостью и уникальной поверхностной активностью, что демонстрирует большой потенциал в улучшении механических свойств эпоксидных смол.
Специалисты компании HIFULL провели систематическое исследование влияния различного содержания осажденного диоксида кремния на среднюю прочность на разрыв (Rm) и среднюю прочность на растяжение (Ts) с использованием... HB-139 эпоксидная клеевая система.
Результаты эксперимента представлены на рисунке 1. Анализ данных механических испытаний образцов при шести уровнях добавления осажденного диоксида кремния показал следующее:0%, 2%, 5%, 6%, 7%, и 8%— Была выявлена количественная зависимость между содержанием наполнителя и адгезионными свойствами, что призвано обеспечить теоретическую основу и техническую поддержку для оптимизации рецептуры высокоэффективных эпоксидных клеев.
Рисунок 1
Как видно из рисунка 1, с увеличением добавления осажденного диоксида кремния две ключевые механические характеристики эпоксидного клея — средняя прочность на разрыв (Rm) и средняя прочность на растяжение (Ts) — демонстрируют нелинейную зависимость, и характер их изменения значительно различается.
(I) Динамика средней прочности на разрыв (Rm)
Средняя прочность на разрыв отражает способность материала противостоять повреждениям, вызванным локальной концентрацией напряжений, и является важным показателем для измерения ударной вязкости и сопротивления распространению трещин клея. Данные показывают:
- При 0% добавлении осажденного диоксида кремния сопротивление Rm составляет 21.7 МПа;
- После добавления 2% значение Rm увеличивается до 22.9 МПа, что составляет увеличение примерно на 5.5%;
- При дальнейшем увеличении до 5% значение Rm достигает пика в 23.7 МПа, что на 7.4% выше по сравнению с контрольным образцом.
- Впоследствии, по мере увеличения содержания, значение Rm демонстрирует тенденцию к снижению: 22.6 МПа при 6%, резкое падение до 21.3 МПа при 7% и неболькое восстановление до 22.2 МПа при 8%.
Эта тенденция указывает на то, что соответствующее количество осажденного диоксида кремния может эффективно повысить сопротивление разрыву эпоксидной матрицы, тогда как чрезмерное добавление, наоборот, ослабит это свойство.
Причина заключается в том, что при низких концентрациях добавки наночастицы SiO₂ равномерно диспергированы в эпоксидной смоле, образуя трехмерную сетевую структуру. При этом поверхностные гидроксильные группы могут образовывать частичные химические связи с эпоксидными группами, улучшая прочность межфазного соединения и тем самым повышая ударную вязкость. Однако, когда добавка превышает критическое значение (приблизительно 5%), агломерация частиц усиливается, что в конечном итоге снижает общую прочность на разрыв.
(II) Тенденция изменения средней прочности на растяжение (Ts)
Средняя прочность на растяжение отражает несущую способность материала при осевых нагрузках и напрямую связана с общей жесткостью и сопротивлением деформации клеевого слоя. Эти данные проявляются следующим образом:
- Без примеси температура стеклования Ts составляет 15.6 МПа;
- После добавления 2% осажденного диоксида кремния температура стеклования Ts подскакивает до 27.2 МПа, что составляет увеличение на целых 74.4%.
- При показателе 5% он остается на относительно высоком уровне (23.7 МПа), который, несмотря на небольшое снижение, все еще значительно выше первоначального значения;
Затем оно постепенно снижается, падая до 18.6 МПа при 8%, что лишь немного выше начального значения.
Очевидно, что прочность на растяжение более чувствительна к изменениям содержания осажденного диоксида кремния, и наблюдается четкая точка перегиба, когда «сначала увеличивается, затем уменьшается». Это говорит о том, что небольшое количество наполнителя может значительно повысить жесткость и несущую способность эпоксидной смолы.
Клеи и герметики
Однако, если количество добавленного наполнителя слишком велико, из-за неравномерного распределения и сильной агломерации снижается не только эффективность упрочнения, но и могут образовываться микропоры или пустоты, вызывающие неравномерное распределение внутренних напряжений и, в конечном итоге, приводящие к снижению прочности на растяжение.
Добавление осажденного диоксида кремния изменяет трехфазную структуру эпоксидной системы: непрерывная фаза (эпоксидная смола), дисперсная фаза (частицы SiO₂) и Фаза интерфейса (интерфейс наполнитель-смола)В идеале для достижения наилучших комплексных результатов необходимо обеспечить «равномерное распределение + прочное межфазное сцепление + умеренное заполнение».
Результаты этого эксперимента показывают, что 5% — это оптимальное количество добавки. Оно обеспечивает высокую прочность на разрыв при сохранении относительно идеальной прочности на растяжение, являясь ключевым параметром для достижения «баланса прочности и ударной вязкости».
Дальнейшее чтение:
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.
