Влияние газообразного диоксида кремния на прочность на разрыв шпатлевки для заделки швов 

Газофазный диоксид кремния представляет собой наноматериал, обладающий такими свойствами, как аморфная структура, высокая удельная поверхность, наноразмерные частицы, высокая поверхностная активность, высокая диэлектрическая проницаемость, высокая термостойкость, химическая инертность и высокая чистота. Размер исходных частиц составляет 7–40 нм, а удельная поверхность достигает 30–450 м²/г. поверхность богато насыщена гидроксильными группами. Благодаря этой уникальной физико-химической структуре газофазный диоксид кремния в жидких системах способен образовывать трехмерную сетевую структуру за счет водородных связей, что придает материалу превосходные загущающие, таксотропные и упрочняющие свойства, в связи с чем он широко используется в качестве функционального добавки в таких областях, как производство клеев, лакокрасочных материалов и герметиков.

Декоративный герметик, являющийся ключевым материалом для заполнения и украшения швов между плитками в современном домашнем ремонте, своими характеристиками напрямую влияет на конечный результат отделки и долговечность эксплуатации. В настоящее время большинство представленных на рынке декоративных герметиков имеют в качестве основы эпоксидную или полиуретановую смолу, которые, хотя и обладают хорошими адгезионными свойствами, все же имеют потенциал для улучшения в плане механической прочности и сопротивления стеканию. Технические специалисты компании Huifu Nano взяли за объект исследования прочность на разрыв эпоксидного герметика для швов. Путем добавления в систему 0% и 6% газообразного диоксида кремния они изучили его фактическое влияние на прочность на разрыв и провели анализ с учетом механизма действия.
В эксперименте в качестве контрольной группы использовался образец без добавления газофазного диоксида кремния, а в качестве экспериментальной группы — образец с добавлением 6 % газофазного диоксида кремния; после отверждения в одинаковых условиях было проведено испытание на прочность при растяжении. Результаты испытаний представлены на рисунке ниже.

Как показано на рисунке, прочность на растяжение контрольного образца составляет всего 2,62 МПа, тогда как после добавления 6 % газофазного диоксида кремния прочность на растяжение увеличилась до 12,23 МПа, что соответствует росту на 367 %. Эти данные наглядно демонстрируют, что добавление газофазного диоксида кремния в оптимальном количестве позволяет значительно улучшить механические свойства шпаклевки для заделки швов.
Повышающее действие газообразного диоксида кремния на прочность на разрыв в основном обусловлено синергетическим эффектом следующих трех факторов:
Во-первых, физический укрепляющий эффект трехмерной сетевой структуры. Поверхность газофазного диоксида кремния содержит большое количество гидроксильных групп кремния, которые могут образовывать непрерывный трехмерный сетевой каркас в матрице смолы посредством водородных связей. В состоянии покоя эта сеть эффективно ограничивает свободное движение полимерных молекулярных цепей, благодаря чему материал демонстрирует более высокую жесткость и несущую способность при растягивающей нагрузке.
Во-вторых, повышение межфазной адгезии. Газофазный диоксид кремния обладает высокой поверхностной активностью и определенной совместимостью с эпоксидной смолой, благодаря чему наночастицы могут образовывать с эпоксидной смолой прочную межфазную связь. При воздействии внешних сил напряжение эффективно передается через границу раздела фаз на наночастицы, вызывая пластическую деформацию матрицы вокруг частиц, что позволяет поглощать энергию и повышать общую прочность.
В-третьих, эффект уплотнения за счет заполнения. Наноразмерные частицы газофазного диоксида кремния могут заполнять микроскопические пустоты между молекулярными цепями полимера, уменьшая количество внутренних дефектов и точек концентрации напряжений в материале, формируя более плотную микроструктуру и, как следствие, повышая прочность на разрыв.
Стоит отметить, что в данном эксперименте добавка в количестве 6 % дала заметный эффект усиления, однако специалисты компании Huifu Nano отмечают, что в случае с газофазным диоксидом кремния не всегда верно, что чем больше добавка, тем лучше. Исследования показывают, что прочность на растяжение при увеличении доли добавки демонстрирует параболическую тенденцию «сначала растет, затем падает»: при низкой доле добавки наночастицы равномерно диспергируются, что позволяет эффективно сформировать упрочняющую сеть; однако при слишком высокой доле добавки из-за усиления агломерации частиц и неравномерной дисперсии, напротив, возникают микропоры или пустоты, что приводит к снижению прочности на растяжение. Поэтому для различных систем смол и требований к продуктам необходимо экспериментально определять оптимальную долю добавки.
Компания «Хубей Хуэйфу Наноматериалы» (Hubei Huifu Nanomaterials Co., Ltd.), являясь лидером в области газофазных наноматериалов в Китае, более 20 лет специализируется на разработке и производстве газофазного диоксида кремния. Компания предлагает десятки наименований продукции в двух основных сериях — гидрофильной и гидрофобной — и обладает стабильными производственными мощностями, позволяющими выпускать 40 000 тонн газофазного диоксида кремния в год. Кроме того, благодаря обширному техническому опыту и строгой системе контроля качества компания обеспечивает надежную базу сырья для таких отраслей, как производство герметиков для швов и клеев. С постоянным совершенствованием технологий обработки поверхности и диспергирования газофазного диоксида кремния исследования механизмов его действия в сфере герметиков для швов будут продолжаться и углубляться, что, как ожидается, будет способствовать модернизации материалов для герметизации швов в направлении повышения их эксплуатационных характеристик и долговечности.