氣相二氧化硅添加量 對(duì)環(huán)氧膠粘劑增稠觸變性影響

在現(xiàn)代高分子材料科學(xué)中，環(huán)氧膠粘劑因其優(yōu)異的粘接強(qiáng)度、良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和電絕緣性能，廣泛應(yīng)用于電子封裝、航空航天、汽車制造及建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。然而，環(huán)氧樹(shù)脂體系本身存在流動(dòng)性差、施工難度大等問(wèn)題，尤其在精密裝配或垂直面施膠過(guò)程中易出現(xiàn)流掛現(xiàn)象，限制了其應(yīng)用范圍。為解決上述問(wèn)題，常通過(guò)添加功能性填料如氣相二氧化硅（fumed silica）來(lái)調(diào)控膠粘劑的流變行為。湖北匯富納米材料股份有限公司技術(shù)人員基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析不同添加量的氣相二氧化硅（HB-139）對(duì)環(huán)氧膠粘劑粘度與觸變性能的影響，并深入探討其作用機(jī)理與發(fā)展趨勢(shì)。

圖1展示了在環(huán)氧膠粘劑體系中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氣相二氧化硅（HB-139）后，體系粘度（單位：cP）和觸變指數(shù)變化趨勢(shì)，以評(píng)估氣相二氧化硅在低剪切速率下的靜態(tài)粘度及高剪切速率下的流動(dòng)特性。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置六個(gè)梯度：0%、2%、5%、6%、7%和8%氣相二氧化硅添加量。從圖表可見(jiàn)，隨著氣相二氧化硅含量的增加，環(huán)氧膠粘劑的粘度呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，而觸變性能也隨之增強(qiáng)，二者均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的正相關(guān)關(guān)系。

圖1

從粘度變化趨勢(shì)來(lái)看：

未添加氣相二氧化硅時(shí)，體系粘度極低（接近2892 mPa·s），幾乎無(wú)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，無(wú)法滿足多數(shù)施工場(chǎng)景需求。隨著添加量增至2%，粘度達(dá)到9284 mPa·s；至5%時(shí)粘度躍升至31390 mPa·s，增幅顯著，表明網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng)并趨于完善。當(dāng)添加量達(dá)到6%時(shí)，粘度繼續(xù)升高至46396 mPa·s；至8%時(shí)粘度急劇攀升至106791 mPa·s，較初始值增長(zhǎng)約37倍，說(shuō)明過(guò)高的添加量會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)于致密，體系趨向于凝膠態(tài)，流動(dòng)性大幅下降。

從觸變性變化來(lái)看：

觸變指數(shù)隨氣相二氧化硅添加量的增加而逐步提升，添加量從0%增加到8%時(shí)，觸變值從1變成8，是未添加氣硅的8倍。這一現(xiàn)象的本質(zhì)在于氣相二氧化硅在環(huán)氧基體中的微觀結(jié)構(gòu)演化。未加填料時(shí)，樹(shù)脂分子鏈自由運(yùn)動(dòng)，粘度恒定；引入納米SiO?后，其表面活性官能團(tuán)與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生物理吸附或弱化學(xué)鍵合，形成動(dòng)態(tài)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在靜止或低剪切條件下，該網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定存在，表現(xiàn)為高粘度；而在高剪切速率下（如攪拌或涂布過(guò)程），網(wǎng)絡(luò)被破壞，顆粒重新分散，粘度下降，實(shí)現(xiàn)剪切稀化。一旦外力撤除，網(wǎng)絡(luò)又可迅速重建，恢復(fù)高粘度狀態(tài)，從而體現(xiàn)典型的觸變行為。

氣相二氧化硅在環(huán)氧體系中的增稠觸變效應(yīng)本質(zhì)上取決于其分散狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能力。在低添加量下，顆粒分散較為稀疏，形成的網(wǎng)絡(luò)較弱，粘度增長(zhǎng)有限；隨著添加量增加，顆粒間距離減小，氫鍵作用增強(qiáng)，形成貫穿體系的空間網(wǎng)絡(luò)，粘度呈指數(shù)級(jí)上升。觸變性的增強(qiáng)則源于該網(wǎng)絡(luò)在外力下的可逆拆解與重建能力，添加量越高，網(wǎng)絡(luò)密度越大，重建速度越快，觸變指數(shù)也越高。

然而，當(dāng)添加量超過(guò)一定閾值（如8%），網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)過(guò)于緊密，可能導(dǎo)致施工阻力增大，涂布困難，氣泡難以排出，影響固化致密性，體系穩(wěn)定性下降和成本增加等問(wèn)題，因此，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)具體施工方式（刮涂、灌注、噴涂等）和抗流掛要求，在粘度與觸變性之間尋求平衡。

氣相二氧化硅作為環(huán)氧膠粘劑中高效且經(jīng)濟(jì)的流變調(diào)控劑，其添加量對(duì)體系粘度和觸變性具有系統(tǒng)性影響。通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)從低粘度灌注膠到高粘度結(jié)構(gòu)膠的多樣化設(shè)計(jì)，滿足不同工業(yè)場(chǎng)景的需求。在科技與制造深度融合的今天，對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能關(guān)聯(lián)的深入理解，正是實(shí)現(xiàn)高性能膠粘劑自主設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新的基石。從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，每一步的科學(xué)把控都彰顯著材料工程在“小顆?！敝兄\“大性能”的智慧與追求，也為未來(lái)智能材料與綠色制造的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支撐。