不同氣相二氧化硅添加量對環氧膠粘劑拉伸強度的影響研究

在現代高分子材料科學中，環氧膠粘劑因其優異的粘接性能、良好的耐熱性與化學穩定性，被廣泛應用于航空航天、電子封裝、汽車制造以及建筑結構等領域。然而，純環氧樹脂體系存在韌性不足、內應力大等缺陷，限制了其在高性能應用中的進一步拓展。為了改善這些性能，研究人員常通過添加功能性填料來優化膠粘劑的力學性能。其中，氣相二氧化硅（fumed silica）作為一種納米級無機填料，因其高比表面積、良好的分散性和表面活性，成為提升環氧膠粘劑綜合性能的重要改性材料。

湖北匯富納米材料股份有限公司技術人員基于HB-139與某疏水型競品兩種氣相二氧化硅在不同添加量下對環氧膠粘劑拉伸強度的影響數據，系統分析其作用規律，并探討其增強機制，旨在為高性能膠粘劑配方設計提供理論依據和實踐指導。

圖1

如圖1所示，觀察HB-139的性能表現：當添加量為0%時，膠粘劑的拉伸強度僅為15MPa；隨著添加量增加至1%，拉伸強度提升至23.9MPa；繼續增至2%時達到32.1MPa；在3%時達到峰值44.2MPa，較基體強度提升近200%。隨后，當添加量上升至4%時，強度下降至33.2MPa；至5%時進一步降至25.9MPa。整體呈現“先升后降”的典型拋物線趨勢，表明存在一個最優添加比例。

圖2

如圖2所示，相比之下，疏水競品的表現則有所不同。在0%添加量時，拉伸強度同樣為15MPa；1%時提升至23.2MPa；2%時達到最高值37.0MPa；之后隨添加量增加，強度波動較小，3%時降至28.1MPa，4%時回升至31.0MPa，5%時穩定在33.1MPa。盡管其最大強度低于HB-139（44.2MPa），但整體曲線更為平緩，顯示出較強的抗過量填充能力。

氣相二氧化硅對膠粘劑拉伸強度的影響主要取決于其在基體中的分散狀態、界面結合強度以及所形成的三維網絡結構。疏水型氣相二氧化硅經過表面改性，其硅羥基被有機基團取代，降低了表面能，改善了與有機樹脂的相容性；其次，氣相二氧化硅在膠粘劑中可通過范德華力或氫鍵形成三維網絡結構，該結構能有效限制樹脂分子鏈的運動，提升其強度，但由于納米填料易因高比表面積而團聚，尤其是在高添加量下，其拉伸強度逐漸下降，符合“適量添加顯著提升、過量則適得其反”的普遍規律。

綜合來看，氣相二氧化硅作為重要的功能性添加劑，能顯著提升環氧膠粘劑的拉伸強度。HB-139在3%添加量時表現出最優性能，強度可達44.2MPa，體現其優異的增強能力；而疏水競品則展現出良好的分散穩定性和抗過載能力，適合高填充需求的應用。兩種材料的選擇應根據具體應用場景進行權衡：追求極致強度者宜選用HB-139并精確控制用量，注重加工穩定性和長期性能者則可優先考慮疏水競品。

未來的研究方向可進一步探索不同表面處理方式、復合填料體系以及動態力學行為對膠粘劑性能的影響，以推動高性能膠粘劑向更廣領域發展。