纳米SiO2对环氧树脂结构胶粘接性能的影响

  纳米SiO2粒径通常为20～60nm，化学纯度高、分散性好、比表面积大，是世界上大规模工业化生产的产量最高的一种纳米粉体材料，应用涵盖塑料、橡胶、陶瓷、涂料、胶粘剂等行业众多生产领域。在建筑胶粘剂行业中它主要作为一种增稠触变剂使用，学术界已有很多对纳米SiO2增强增韧环氧树脂的研究，大多通过超声处理的分散方法。最近国内业界通过高速研磨的分散方法制备纳米SiO2，改性环氧树脂结构胶，环氧树脂结构胶施工时易滴落流挂、脆性大的缺点得到较好的改善，粘接性能也有提高。哪么纳米SiO2对环氧树脂结构胶粘接性能和冲击性能是如何施加影响的专家为此进行了专题介绍。环氧树脂结构胶的粘接强度主要由钢-钢剪切强度R抗剪反映。随着纳米SiO2的掺入R抗剪有较好的改善，常温固化时纳米SiO2各掺混量下均高于基体17.2MPa的水平，当纳米SiO2的掺混量为5%时，R抗剪为21.3MPa比基体提高23.8%；当纳米SiO2掺混量为3%时，环氧树脂结构胶的冲击强度最高为5.3kJ/m2，比纯环氧树脂的4.3kJ/m2提高23.5%，纳米SiO2掺混量为5%结构胶的冲击强度下降至4.4kJ/m2左右，跟基体的水平相当。

  基体和质量分数为5%纳米SiO2的剪切试件的局部破坏面对比分析可知：其显示基体的断口比较平整光滑，粘接面上发生了大面积界面破坏，含纳米SiO2的断口比较粗糙、在钢片上留下很多结构胶的毛刺，表明在受剪过程中结构胶中的纳米SiO2能很好发挥银纹化作用，使得试件在开裂时其裂缝能向各个方向发展，从而缓解了应力集中和增加了破坏所吸收的能量。钢片残留的胶层上留下了钢片打磨后的痕迹，含纳米SiO2的结构胶能更好的浸润被粘物表面，从而提高了其粘接强度。从破坏的形式分析，含纳米SiO2的结构胶剪切试件同时发生了界面破坏和内聚破坏，破坏的情况比基体主要发生界面要好。专家介绍说，纳米SiO2改性环氧树脂结构胶冲击断口的破坏形式，纯环氧树脂的冲击断口为齐口冲断，基体中质量分数为3%以上纳米SiO2的断口被摆锤冲成几块，主要因为纳米SiO2在基体中能较好地诱发银纹，受冲击荷载时，裂缝通过银纹化作用向各个方向展开，使得结构胶吸收的断裂能增大，冲击强度有所提高。

  某断口试样放大5000倍的断口形貌，在相同的放大倍数下，基体的断裂都呈块状，而含纳米SiO2试样的裂纹比基体的要多10几倍，纳米SiO2诱发的银纹使基体向各个方向开裂，从而大大地增加了吸收的能量，使得改性后的结构胶的冲击强度有较大的提高。中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家表示，纳米SiO2在基体中分散较为均匀，部分纳米级裂缝延伸至纳米SiO2终止处。不过由于纳米SiO2的掺人也会引入部分气泡，气泡量的多少跟纳米SiO2的掺混量有关，环氧树脂在纳米SiO2掺混量超过3%以后冲击强度的下降与此有关。质量分数为5%的纳米SiO2环氧树脂的触变性已经非常明显，在浇铸试件的过程中，因为两组分搅拌而混入的很多气泡在触变性大的胶体中已经不能自动溢出。另外，纳米SiO2的掺混量增大团聚的可能性也增大，也是冲击强度下降的原因之一。环氧树脂结构胶的冲击强度反映其在受到冲击荷载作用瞬间吸收能量的能力以及间接反映基体的韧性。环氧树脂是一种脆性材料，脆性较大是其缺点之一。专家表示，综合冲击实验的各种分析，纳米SiO2在环氧树脂里面诱发银纹的能力明显，改善了环氧树脂的脆性，对环氧树脂有一定的增韧作用。