納米SiO2改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的性能效果奇佳——湖南大學(xué)土木工程學(xué)院最近通過高速研磨制備的納米SiO2，改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠使其實現(xiàn)優(yōu)良的綜合性能：當納米SiO2摻混量為 10%，環(huán)氧樹脂的觸變指數(shù)為5.8；當納米SiO2摻混量分別為5%和3%時，鋼-鋼剪切強度和沖擊強度分別為21.3MPa和5.3kJ/m2，分別提高23.8%和23.5%。SEM照片表明納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠有明顯的誘發(fā)銀紋的能力，高速研磨的分散工藝簡單，分散效果良好，這種分散方法在結(jié)構(gòu)膠改性領(lǐng)域中有積極的工程推廣和應(yīng)用價值。納米SiO2粒徑通常為20～60nm，化學(xué)純度高、分散性好、比表面積大，是目前世界上大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)量最高的一種納米粉體材料。
這種材料應(yīng)用涵蓋塑料、橡膠、陶瓷、涂料、膠粘劑等行業(yè)眾多生產(chǎn)領(lǐng)域。在建筑膠粘劑行業(yè)中納米SiO2主要作為一種增稠觸變劑使用，學(xué)術(shù)界已有很多對納米SiO2增強增韌環(huán)氧樹脂的研究，大多通過超聲處理的分散方法，然而超聲處理較難在生產(chǎn)實踐中推廣和應(yīng)用。科研人員通過高速研磨的分散方法制備納米SiO2改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)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，且對結(jié)構(gòu)膠的改性工藝簡單可行、有積極的推廣應(yīng)用價值。實驗采用的儀器設(shè)備則主要有：電子萬能試驗機，WDWl00，中國科學(xué)院長春科新公司試驗儀器研究所；高速研磨分散機，真空捏合機，DL-01，DL-02，湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司；恒溫箱，DL302，上海吳淞五金廠制造；旋轉(zhuǎn)黏度計，NXS-11A，成都儀器廠；應(yīng)變儀，V020616，冶金部鋼鐵研究總院。
實驗所用原材料包括環(huán)氧樹脂E-51(EP)：環(huán)氧值0.51，藍星新材料無錫樹脂廠產(chǎn)；納米SiO2：比表面積380m2/g，平均粒徑20nm，表觀密度30g/cm3；固化劑，自制，外觀呈黃棕色透明黏稠，胺值415，黏度(23℃)16～18Pa•s；活性增韌稀釋劑，主要成分為丁基縮水甘油醚，黏度(25℃)1.5～3.5mPa•s；偶聯(lián)劑，KH-550，為氨基官能團硅烷，中科院生產(chǎn)；消泡劑，BMC888，德國產(chǎn)。測試項目及測試標準為：黏度，GB/T 2794-1995；觸變指數(shù)，《片材加固修復(fù)用粘接樹脂(送審稿)》；鋼一鋼粘結(jié)剪切強度，GB/T 7124-1986；澆鑄體拉伸強度，GB/T 2794-1995；澆鑄體沖擊強度，GB/T 2571-1995。試樣制備時各種材料配方均以EP100g為標準，基體配方為m(EP)：m(固化劑)：m(稀釋劑)：m(偶聯(lián)劑)=100：42： 12：2，將納米SiO2按不同摻混量和環(huán)氧樹脂以及稀釋劑先在高速研磨機中研磨(研磨料直徑為2mm鋯珠)30min后。
經(jīng)真空捏合機攪拌10min后倒出A組分，靜置3d后和B組分(固化劑和偶聯(lián)劑)按比例混合，制成各種試件，測試其7d的各種性能。隨后首先研究了納米 SiO2對環(huán)氧樹脂流變性能的影響，主要表現(xiàn)在：隨著納米SiO2摻量的增加，EP從牛頓流體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。通過納米SiO2顆粒相互之間的吸附形成 SiO2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使環(huán)氧樹脂變成凝膠，這是納米SiO2使EP的流變性能發(fā)生巨大變化的主要原因，結(jié)構(gòu)膠具有良好的觸變性能使得它在施工中抗流掛、抗滴落，有重要的工程意義；關(guān)于納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠粘接性能和沖擊性能的影響，環(huán)氧樹脂作為脆性材料脆性較大是其缺點之一，綜合沖擊實驗的各種分析，納米SiO2在環(huán)氧樹脂里面誘發(fā)銀紋的能力明顯，改善了環(huán)氧樹脂的脆性，對環(huán)氧樹脂有一定的增韌作用。科研人員還解讀了納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠拉伸性能的影響。
最終得出的結(jié)論是：納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的流變性能改善顯著，隨著納米SiO2摻混量的增大，環(huán)氧樹脂從牛頓流體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。當納米 SiO2的摻混量為5%和10%時，結(jié)構(gòu)膠的觸變指數(shù)為1.8和5.8。2)納米SiO2對結(jié)構(gòu)膠有較好的增韌作用；當納米SiO2的摻混量為5%時，鋼 -鋼剪切強度21.3 MPa，提高23.8%；當納米SiO2的摻混量為3%時，結(jié)構(gòu)膠的沖擊強度為5.3 kJ/m2，提高23.5%。在低摻混量范圍內(nèi)，納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的拉伸強度沒有明顯影響，其摻混量增大結(jié)構(gòu)膠的拉伸強度呈下降趨勢，但彈性模量有52.3%的提高，有利于工程應(yīng)用。EM實驗表明高速研磨的分散方法，納米SiO2在環(huán)氧樹脂中分散基本均勻，納米SiO2誘發(fā)銀紋能力明顯，是增韌環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的主要原因。通過高速研磨的方法制備的納米SiO2改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的綜合性能良好，有積極的工程推廣價值。
這種材料應(yīng)用涵蓋塑料、橡膠、陶瓷、涂料、膠粘劑等行業(yè)眾多生產(chǎn)領(lǐng)域。在建筑膠粘劑行業(yè)中納米SiO2主要作為一種增稠觸變劑使用，學(xué)術(shù)界已有很多對納米SiO2增強增韌環(huán)氧樹脂的研究，大多通過超聲處理的分散方法，然而超聲處理較難在生產(chǎn)實踐中推廣和應(yīng)用。科研人員通過高速研磨的分散方法制備納米SiO2改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)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，且對結(jié)構(gòu)膠的改性工藝簡單可行、有積極的推廣應(yīng)用價值。實驗采用的儀器設(shè)備則主要有：電子萬能試驗機，WDWl00，中國科學(xué)院長春科新公司試驗儀器研究所；高速研磨分散機，真空捏合機，DL-01，DL-02，湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司；恒溫箱，DL302，上海吳淞五金廠制造；旋轉(zhuǎn)黏度計，NXS-11A，成都儀器廠；應(yīng)變儀，V020616，冶金部鋼鐵研究總院。
實驗所用原材料包括環(huán)氧樹脂E-51(EP)：環(huán)氧值0.51，藍星新材料無錫樹脂廠產(chǎn)；納米SiO2：比表面積380m2/g，平均粒徑20nm，表觀密度30g/cm3；固化劑，自制，外觀呈黃棕色透明黏稠，胺值415，黏度(23℃)16～18Pa•s；活性增韌稀釋劑，主要成分為丁基縮水甘油醚，黏度(25℃)1.5～3.5mPa•s；偶聯(lián)劑，KH-550，為氨基官能團硅烷，中科院生產(chǎn)；消泡劑，BMC888，德國產(chǎn)。測試項目及測試標準為：黏度，GB/T 2794-1995；觸變指數(shù)，《片材加固修復(fù)用粘接樹脂(送審稿)》；鋼一鋼粘結(jié)剪切強度，GB/T 7124-1986；澆鑄體拉伸強度，GB/T 2794-1995；澆鑄體沖擊強度，GB/T 2571-1995。試樣制備時各種材料配方均以EP100g為標準，基體配方為m(EP)：m(固化劑)：m(稀釋劑)：m(偶聯(lián)劑)=100：42： 12：2，將納米SiO2按不同摻混量和環(huán)氧樹脂以及稀釋劑先在高速研磨機中研磨(研磨料直徑為2mm鋯珠)30min后。
經(jīng)真空捏合機攪拌10min后倒出A組分，靜置3d后和B組分(固化劑和偶聯(lián)劑)按比例混合，制成各種試件，測試其7d的各種性能。隨后首先研究了納米 SiO2對環(huán)氧樹脂流變性能的影響，主要表現(xiàn)在：隨著納米SiO2摻量的增加，EP從牛頓流體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。通過納米SiO2顆粒相互之間的吸附形成 SiO2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使環(huán)氧樹脂變成凝膠，這是納米SiO2使EP的流變性能發(fā)生巨大變化的主要原因，結(jié)構(gòu)膠具有良好的觸變性能使得它在施工中抗流掛、抗滴落，有重要的工程意義；關(guān)于納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠粘接性能和沖擊性能的影響，環(huán)氧樹脂作為脆性材料脆性較大是其缺點之一，綜合沖擊實驗的各種分析，納米SiO2在環(huán)氧樹脂里面誘發(fā)銀紋的能力明顯，改善了環(huán)氧樹脂的脆性，對環(huán)氧樹脂有一定的增韌作用。科研人員還解讀了納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠拉伸性能的影響。
最終得出的結(jié)論是：納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的流變性能改善顯著，隨著納米SiO2摻混量的增大，環(huán)氧樹脂從牛頓流體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。當納米 SiO2的摻混量為5%和10%時，結(jié)構(gòu)膠的觸變指數(shù)為1.8和5.8。2)納米SiO2對結(jié)構(gòu)膠有較好的增韌作用；當納米SiO2的摻混量為5%時，鋼 -鋼剪切強度21.3 MPa，提高23.8%；當納米SiO2的摻混量為3%時，結(jié)構(gòu)膠的沖擊強度為5.3 kJ/m2，提高23.5%。在低摻混量范圍內(nèi)，納米SiO2對環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的拉伸強度沒有明顯影響，其摻混量增大結(jié)構(gòu)膠的拉伸強度呈下降趨勢，但彈性模量有52.3%的提高，有利于工程應(yīng)用。EM實驗表明高速研磨的分散方法，納米SiO2在環(huán)氧樹脂中分散基本均勻，納米SiO2誘發(fā)銀紋能力明顯，是增韌環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的主要原因。通過高速研磨的方法制備的納米SiO2改性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的綜合性能良好，有積極的工程推廣價值。
