纳米二氧化硅改性环氧结构胶性能效果佳

　　纳米SiO2改性环氧树脂结构胶的性能效果奇佳——湖南大学土木工程学院最近通过高速研磨制备的纳米SiO2，改性环氧树脂结构胶使其实现优良的综合性能：当纳米SiO2掺混量为10%，环氧树脂的触变指数为5.8；当纳米SiO2掺混量分别为5%和3%时，钢-钢剪切强度和冲击强度分别为21.3MPa和5.3kJ/m2，分别提高23.8%和23.5%。SEM照片表明纳米SiO2对环氧树脂结构胶有明显的诱发银纹的能力，高速研磨的分散工艺简单，分散效果良好，这种分散方法在结构胶改性领域中有积极的工程推广和应用价值。纳米SiO2粒径通常为20～60nm，化学纯度高、分散性好、比表面积大，是目前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。

    这种材料应用涵盖塑料、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纳米SiO2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，然而超声处理较难在生产实践中推广和应用。科研人员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，且对结构胶的改性工艺简单可行、有积极的推广应用价值。实验采用的仪器设备则主要有：电子万能试验机，WDWl00，中国科学院长春科新公司试验仪器研究所；高速研磨分散机，真空捏合机，DL-01，DL-02，湖南固特邦土木技术发展有限公司；恒温箱，DL302，上海吴淞五金厂制造；旋转黏度计，NXS-11A，成都仪器厂；应变仪，V020616，冶金部钢铁研究总院。

    实验所用原材料包括环氧树脂E-51(EP)：环氧值0.51，蓝星新材料无锡树脂厂产；纳米SiO2：比表面积380m2/g，平均粒径20nm，表观密度30g/cm3；固化剂，自制，外观呈黄棕色透明黏稠，胺值415，黏度(23℃)16～18Pa•s；活性增韧稀释剂，主要成分为丁基缩水甘油醚，黏度(25℃)1.5～3.5mPa•s；偶联剂，KH-550，为氨基官能团硅烷，中科院生产；消泡剂，BMC888，德国产。测试项目及测试标准为：黏度，GB/T 2794-1995；触变指数，《片材加固修复用粘接树脂(送审稿)》；钢一钢粘结剪切强度，GB/T 7124-1986；浇铸体拉伸强度，GB/T 2794-1995；浇铸体冲击强度，GB/T 2571-1995。试样制备时各种材料配方均以EP100g为标准，基体配方为m(EP)：m(固化剂)：m(稀释剂)：m(偶联剂)=100：42：12：2，将纳米SiO2按不同掺混量和环氧树脂以及稀释剂先在高速研磨机中研磨(研磨料直径为2mm锆珠)30min后。

    经真空捏合机搅拌10min后倒出A组分，静置3d后和B组分(固化剂和偶联剂)按比例混合，制成各种试件，测试其7d的各种性能。随后首先研究了纳米SiO2对环氧树脂流变性能的影响，主要表现在：随着纳米SiO2掺量的增加，EP从牛顿流体向触变性流体转变。通过纳米SiO2颗粒相互之间的吸附形成SiO2的网络结构，使环氧树脂变成凝胶，这是纳米SiO2使EP的流变性能发生巨大变化的主要原因，结构胶具有良好的触变性能使得它在施工中抗流挂、抗滴落，有重要的工程意义；关于纳米SiO2对环氧树脂结构胶粘接性能和冲击性能的影响，环氧树脂作为脆性材料脆性较大是其缺点之一，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。科研人员还解读了纳米SiO2对环氧树脂结构胶拉伸性能的影响。

    最终得出的结论是：纳米SiO2对环氧树脂结构胶的流变性能改善显著，随着纳米SiO2掺混量的增大，环氧树脂从牛顿流体向触变性流体转变。当纳米SiO2的掺混量为5%和10%时，结构胶的触变指数为1.8和5.8。2)纳米SiO2对结构胶有较好的增韧作用；当纳米SiO2的掺混量为5%时，钢-钢剪切强度21.3 MPa，提高23.8%；当纳米SiO2的掺混量为3%时，结构胶的冲击强度为5.3 kJ/m2，提高23.5%。在低掺混量范围内，纳米SiO2对环氧树脂结构胶的拉伸强度没有明显影响，其掺混量增大结构胶的拉伸强度呈下降趋势，但弹性模量有52.3%的提高，有利于工程应用。EM实验表明高速研磨的分散方法，纳米SiO2在环氧树脂中分散基本均匀，纳米SiO2诱发银纹能力明显，是增韧环氧树脂结构胶的主要原因。通过高速研磨的方法制备的纳米SiO2改性环氧树脂结构胶的综合性能良好，有积极的工程推广价值。  

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