納米SiO2對環氧樹脂結構膠粘接性能的影響

　　納米SiO2粒徑通常為20～60nm，化學純度高、分散性好、比表面積大，是世界上大規模工業化生產的產量最高的一種納米粉體材料，應用涵蓋塑料、橡膠、陶瓷、涂料、膠粘劑等行業眾多生產領域。在建筑膠粘劑行業中它主要作為一種增稠觸變劑使用，學術界已有很多對納米SiO2增強增韌環氧樹脂的研究，大多通過超聲處理的分散方法。最近國內業界通過高速研磨的分散方法制備納米SiO2，改性環氧樹脂結構膠，環氧樹脂結構膠施工時易滴落流掛、脆性大的缺點得到較好的改善，粘接性能也有提高。哪么納米SiO2對環氧樹脂結構膠粘接性能和沖擊性能是如何施加影響的專家為此進行了專題介紹。環氧樹脂結構膠的粘接強度主要由鋼-鋼剪切強度R抗剪反映。隨著納米SiO2的摻入R抗剪有較好的改善，常溫固化時納米SiO2各摻混量下均高于基體17.2MPa的水平，當納米SiO2的摻混量為5%時，R抗剪為21.3MPa比基體提高23.8%;當納米SiO2摻混量為3%時，環氧樹脂結構膠的沖擊強度最高為 5.3kJ/m2，比純環氧樹脂的4.3kJ/m2提高23.5%，納米SiO2摻混量為5%結構膠的沖擊強度下降至4.4kJ/m2左右，跟基體的水平相當。

　　基體和質量分數為5%納米SiO2的剪切試件的局部破壞面對比分析可知：其顯示基體的斷口比較平整光滑，粘接面上發生了大面積界面破壞，含納米SiO2的斷口比較粗糙、在鋼片上留下很多結構膠的毛刺，表明在受剪過程中結構膠中的納米SiO2能很好發揮銀紋化作用，使得試件在開裂時其裂縫能向各個方向發展，從而緩解了應力集中和增加了破壞所吸收的能量。鋼片殘留的膠層上留下了鋼片打磨后的痕跡，含納米SiO2的結構膠能更好的浸潤被粘物表面，從而提高了其粘接強度。從破壞的形式分析，含納米SiO2的結構膠剪切試件同時發生了界面破壞和內聚破壞，破壞的情況比基體主要發生界面要好。專家介紹說，納米SiO2改性環氧樹脂結構膠沖擊斷口的破壞形式，純環氧樹脂的沖擊斷口為齊口沖斷，基體中質量分數為3%以上納米SiO2的斷口被擺錘沖成幾塊，主要因為納米SiO2在基體中能較好地誘發銀紋，受沖擊荷載時，裂縫通過銀紋化作用向各個方向展開，使得結構膠吸收的斷裂能增大，沖擊強度有所提高。

　　某斷口試樣放大5000倍的斷口形貌，在相同的放大倍數下，基體的斷裂都呈塊狀，而含納米SiO2試樣的裂紋比基體的要多10幾倍，納米SiO2誘發的銀紋使基體向各個方向開裂，從而大大地增加了吸收的能量，使得改性后的結構膠的沖擊強度有較大的提高。中國環氧樹脂行業協會(www.epoxy-e.cn)專家表示，納米SiO2在基體中分散較為均勻，部分納米級裂縫延伸至納米 SiO2終止處。不過由于納米SiO2的摻人也會引入部分氣泡，氣泡量的多少跟納米SiO2的摻混量有關，環氧樹脂在納米SiO2摻混量超過3%以后沖擊強度的下降與此有關。質量分數為5%的納米SiO2環氧樹脂的觸變性已經非常明顯，在澆鑄試件的過程中，因為兩組分攪拌而混入的很多氣泡在觸變性大的膠體中已經不能自動溢出。另外，納米SiO2的摻混量增大團聚的可能性也增大，也是沖擊強度下降的原因之一。環氧樹脂結構膠的沖擊強度反映其在受到沖擊荷載作用瞬間吸收能量的能力以及間接反映基體的韌性。環氧樹脂是一種脆性材料，脆性較大是其缺點之一。專家表示，綜合沖擊實驗的各種分析，納米SiO2在環氧樹脂里面誘發銀紋的能力明顯，改善了環氧樹脂的脆性，對環氧樹脂有一定的增韌作用。