-
Эл. почта
Hifull@hifull.com
Влияние гидрофобного осажденного диоксида кремния на прочность кремнийорганических вспененных материалов
2026-01-28
Кремнийорганические вспененные материалы, благодаря своей превосходной гибкости, устойчивости к высоким и низким температурам, химической стабильности и биосовместимости, широко используются в герметизации, теплоизоляции, амортизации и в качестве медицинских вспомогательных веществ. Однако механические свойства чистого кремнийорганического вспененного материала, как правило, слабые, что ограничивает его применение в конструкционных или высоконагруженных средах. В последние годы гидрофобный осажденный диоксид кремния, как высокоэффективный наноармирующий наполнитель, был введен в кремнийорганические вспененные системы, значительно улучшив механические свойства материалов. Технические специалисты компании Hubei Huifu Nanomaterials Co., Ltd., на основе экспериментальных данных, проверили и исследовали армирующий эффект гидрофобного осажденного диоксида кремния на прочность на разрыв и относительное удлинение при разрыве кремнийорганических вспененных материалов, а также глубоко проанализировали механизм его армирования и практическую ценность.
Вспененные органосиликоновые материалы представляют собой пористые эластомеры, изготовленные из полимерных материалов с кремний-кислородными связями в качестве основной цепи и органическими группами в боковых цепях путем вспенивания. Они обладают превосходной атмосферостойкостью, электроизоляцией, воздухопроницаемостью и мягкостью на ощупь, в отличие от чистого силиконового каучука, который часто имеет низкую прочность и легко рвется после вспенивания, что затрудняет соответствие требованиям к механическим свойствам материалов в инженерных приложениях.
Согласно экспериментальным результатам, представленным на рисунке 1, после добавления 20% гидрофобного осажденного диоксида кремния к органосиликоновому пеноматериалу его прочность на растяжение значительно возросла: со 145 кПа в контрольном образце до 390 кПа, что составляет увеличение почти на 170%.
Как показано на рисунке 2, относительное удлинение при разрыве также увеличилось с 35% до 75%, что составляет увеличение более чем на 114%. Это существенное изменение указывает на то, что соответствующее количество гидрофобного осажденного диоксида кремния может не только эффективно повысить жесткость и несущую способность материала, но и сохранить или даже улучшить его прочность и пластичность, обеспечивая комплексную оптимизацию характеристик, сочетающую жесткость и гибкость.
Превосходный упрочняющий эффект гидрофобного осажденного диоксида кремния в органосиликоновых пенообразующих системах в основном обусловлен следующими синергетическими механизмами:
1. Высокая удельная площадь поверхности и межфазное взаимодействие
Освещенный диоксид кремния обладает чрезвычайно высокой удельной площадью поверхности (обычно достигающей 30–450 м²/г), что позволяет ему образовывать большое количество активных центров в композитных материалах. При равномерном диспергировании в органосиликоновой матрице он может сильно взаимодействовать с полимерными сегментами посредством физической адсорбции или химической связи, тем самым выступая в качестве «якоря» при передаче напряжения, эффективно предотвращая распространение трещин и повышая общую структурную стабильность. 2. Создание трехмерной сетевой структуры
Гидрофобные частицы осажденного диоксида кремния образуют цепочечные или агрегированные структуры, которые в процессе обработки могут формировать трехмерную сеть, напоминающую «пространственный скелет». Эта сетевая структура не только повышает внутреннюю структурную целостность материала, но и эффективно распределяет напряжение под нагрузкой, предотвращая преждевременное разрушение, вызванное локальной концентрацией напряжений.
3. Гидрофобная модификация улучшает совместимость
Необработанный осажденный диоксид кремния богат гидроксильными группами, которые легко соединяются с молекулами воды, что приводит к неравномерному распределению и даже агрегации в кремнийорганической матрице. После обработки поверхностные гидроксильные группы гидрофобного осажденного диоксида кремния заменяются неполярными группами, такими как метильные группы, что значительно улучшает его совместимость с неполярными кремнийорганическими смолами и способствует равномерному распределению и эффективному межфазному сцеплению.
4. Предотвращение разрушения ячеек и улучшение структуры ячеек
Добавление гидрофобного пирогенного диоксида кремния в процессе вспенивания способствует стабилизации структуры пены. Его наночастицы могут выступать в качестве нуклеирующих агентов, способствуя образованию микропор и предотвращая слияние или разрушение пор за счет повышения прочности стенок ячеек, что в конечном итоге приводит к более однородной, плотной и высокопрочной структуре пены.
Гидрофобный пирогенный диоксид кремния, как высокоэффективный наноармирующий наполнитель, значительно улучшает прочность на разрыв и удлинение при разрыве силиконовых пенопластовых материалов благодаря своей уникальной наноструктуре и свойствам поверхности, обеспечивая комплексную оптимизацию механических свойств. В будущем, с развитием технологий модификации поверхности и улучшением процессов диспергирования, его применение в силиконовых композитных материалах станет более распространенным, обеспечивая важную техническую поддержку для разработки высокоэффективных полимерных пенопластовых материалов.
