-
Эл. почта
Hifull@hifull.com
Правильно ли вы используете пирогенный диоксид кремния, учитывая его магическую концентрацию в 3%, которая увеличивает прочность на 145%?
2025-12-05
Пищевые волокна диоксида кремния (FHMS) , как важный неорганический наноматериал, играют все более важную роль в области модификации полимеров благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам. Полиуретановые клеи являются высокоэффективными связующими материалами, широко используемыми в строительстве, автомобилестроении, электронике, упаковке и других отраслях промышленности, обладая хорошей гибкостью, устойчивостью к старению и прочностью сцепления. Однако традиционные полиуретановые клеи по-прежнему страдают от недостаточной прочности и плохой термостойкости в определенных экстремальных условиях. Чтобы улучшить их общие характеристики, исследователи часто добавляют функциональные наполнители для улучшения их механических свойств. Среди них FHMS, с его высокой удельной площадью поверхности, превосходной диспергируемостью и хорошей совместимостью с органическими матрицами, стал идеальным выбором для модификации полиуретановых клеев. Поэтому специалисты из Hubei Huifu Nanomaterials Co., Ltd. протестировали прочность сцепления FHMS с полиуретановыми клеями.
Как показано на рисунке 1, количество добавленного пирогенного диоксида кремния существенно влияет как на прочность на растяжение, так и на сдвиг полиуретанового клея. Наблюдая влияние добавления диоксида кремния на прочность на растяжение, можно заметить, что прочность на растяжение полиуретанового клея показывает непрерывную тенденцию к росту с увеличением добавления диоксида кремния от 0% до 3%. При добавлении 0% прочность на растяжение составляет приблизительно 9,3 МПа; при добавлении 3% прочность на растяжение увеличивается приблизительно до 15,6 МПа, увеличиваясь почти на 68%. Это указывает на то, что соответствующее количество пирогенного диоксида кремния может эффективно усиливать силы взаимодействия между молекулярными цепями полиуретана, улучшая общую жесткость и прочность на растяжение материала. Поверхность частиц пирогенного диоксида кремния богата активными гидроксильными группами, которые могут вступать в водородные связи с уретановыми связями в полиуретане, тем самым образуя более плотную сетчатую структуру и усиливая силу сцепления материала.
Однако при дальнейшем увеличении содержания наполнителя до 5% прочность на разрыв несколько снижается, достигая примерно 14,7 МПа. Это явление может быть обусловлено эффектом агломерации, вызванным избыточным количеством пирогенного кремнезёма. Поскольку частицы кремнезёма чрезвычайно малы, они легко объединяются в системе, образуя кластеры микронного размера, нарушая исходную равномерную дисперсию и создавая точки концентрации напряжений внутри материала, что снижает общую прочность. Кроме того, избыточное количество наполнителя может препятствовать нормальному движению молекулярных цепей полиуретана, ограничивая их упругую деформационную способность и влияя на конечные механические свойства.
На рисунке 2 показано влияние добавления пирогенного кремнезема на прочность на сдвиг при растяжении. Тенденция аналогична таковой для прочности на разрыв, но изменения более выражены. Без пирогенного кремнезема прочность на сдвиг составляет всего около 5,8 МПа; при увеличении количества добавления до 3% прочность на сдвиг достигает пика 14,2 МПа, увеличиваясь примерно на 145%. Это указывает на то, что пирогенный кремнезем не только повышает прочность материала на растяжение, но и значительно повышает его устойчивость к сдвиговой деформации. На практике прочность на сдвиг является ключевым показателем того, может ли клей прочно склеивать различные материалы, особенно при динамических нагрузках или в условиях сложных напряжений. Добавление пирогенного кремнезема улучшает межфазное сцепление, уменьшает межфазное проскальзывание и делает адгезионный слой менее склонным к отслоению под действием внешних сил.
Аналогично, при добавлении 5% прочность на сдвиг немного снизилась, примерно до 12,6 МПа. Это ещё раз подтверждает принцип «лучше добавить правильно, чем добавить чрезмерно». Хотя сам по себе пирогенный кремнезём обладает армирующим эффектом, его оптимальная дозировка не обязательно должна быть больше. В условиях реального производства для определения оптимального соотношения необходимо взвесить соотношение между стоимостью наполнителя, сложностью обработки и конечными характеристиками.
Объединяя две диаграммы, можно увидеть, что модифицирующий эффект пирогенного диоксида кремния на полиуретановых клеях значителен, особенно при концентрации добавки 3%, когда прочность на растяжение и сдвиг достигает оптимальных значений. Этот результат служит важным ориентиром для разработки промышленных рецептур: при приготовлении высокоэффективных полиуретановых клеев для максимизации эксплуатационных характеристик следует контролировать содержание пирогенного диоксида кремния в пределах от 2% до 3%. Кроме того, это также предполагает, что техническому персоналу компании Huifu Nanotechnology следует обратить внимание на модификацию поверхности пирогенного диоксида кремния в будущих исследованиях, например, на использование силановых связующих агентов для нанесения покрытий, чтобы дополнительно улучшить его диспергируемость в органической фазе, избежать проблем с агломерацией и, таким образом, преодолеть существующие узкие места в эксплуатационных характеристиках.
В более широком смысле, разработка новых неорганических материалов, таких как пирогенный диоксид кремния, является важнейшим драйвером технологического прогресса в производстве полиуретановых клеев. Традиционные клеи в основном основаны на однополимерных системах, что ограничивает возможности повышения их эффективности. Однако, с развитием нанотехнологий и композитных материалов, в полимерные системы вводят всё больше функциональных наполнителей, таких как пирогенный диоксид кремния, формируя новую парадигму «органо-неорганического синергетического армирования». Эти композитные клеи не только обладают более высокими механическими свойствами, но и наделяют материалы дополнительными функциями, такими как огнестойкость, стойкость к ультрафиолетовому излучению и электропроводность, отвечая требованиям современной промышленности к многофункциональным и интеллектуальным клеевым материалам.
Подводя итог, можно сказать, что пирогенный диоксид кремния, как типичный неорганический нанонаполнитель, продемонстрировал большой потенциал в улучшении механических свойств полиуретановых клеев. Рациональное регулирование его количества позволяет значительно повысить прочность клеев на разрыв и сдвиг без ущерба для производительности переработки . Это научное достижение является не только технологическим прорывом на лабораторном уровне, но и важным шагом на пути к трансформации всей индустрии клеев в сторону высокой производительности, многофункциональности и экологичного производства. Благодаря постоянному появлению и широкому применению новых неорганических материалов, полиуретановые клеи будущего перестанут быть просто инструментами для «склеивания», а станут интеллектуальными мостами, соединяющими материалы, конструкции и функции, обеспечивая более надежные решения для аэрокосмической промышленности, новой энергетики, интеллектуального производства и других областей.
