在现代工业的精密粘接中,有机硅胶粘剂以其卓越的耐候性、耐温稳定性、优良的电绝缘性和强度,成为电子封装、新能源、航空航天等高端领域不可或缺的“粘接利器”。然而,其天生的低机械强度—未经补强的有机硅胶粘剂如同未锻的软铁,拉伸强度极低,成为制约其承担结构粘接作用的桎梏。因此,在有机硅胶粘剂中加入功能性填料—气相二氧化硅(气相法白炭黑),借助其独特的纳米结构和表面特性,可对有机硅胶粘剂的力学性能,流变性能等产生显著影响。特别是力学性能上,犹如纳米级的“隐形骨架”,通过精妙的添加量调控,赋予有机硅胶粘剂强大的物理性能。那么亲水型气相二氧化硅HL-200因表面富含羟基,在有机硅胶粘剂体系中会发挥怎样的作用呢?
湖北汇富纳米材料股份有限公司技术人员以HL-200为研究对象,系统分析其添加量对有机硅胶粘剂拉伸强度和断裂伸长率的影响规律,并结合高温高湿老化后各项数据,揭示纳米填料与有机硅基体的作用机制。
有机硅胶粘剂以聚硅氧烷(PDMS)为主链结构,其Si-O-Si骨架赋予材料卓越的热稳定性,HL-200作为纳米级二氧化硅(粒径7-40nm),表面富含硅羟基(Si-OH),可通过氢键作用与PDMS链形成物理交联点。当添加量达到临界值时,纳米粒子间相互接触形成三维网络结构,这种"纳米增强效应"可有效限制分子链运动。从而提升有机硅胶粘剂的拉伸强度,优化其断裂伸长率并改善其抗老化性能。
在有机硅胶粘剂中分别添加0%、2%、4%、6%、8%的HL-200,经高速分散后,依据国家标准制备哑铃型试样,进行双85老化测试(85℃/85%RH条件)。在电子万能试验机上进行拉伸测试,得到各添加量下老化前后的拉伸强度及断裂伸长率。
数据显示,无论是老化前或老化后,有机硅胶粘剂的拉伸强度和断裂伸长率随着气相二氧化硅的添加量增加而增加,说明气相二氧化硅能够有效的增加有机硅胶粘剂的力学性能。这主要是因为亲水气硅HL-200表面含有大量硅羟基,硅羟基与有机硅分子链相互作用,通过在其内部形成补强网络结构,增强了分子间的结合力,阻碍了在外力拉伸时分子链的相对滑动,从而表现出力学性能的提升,且气硅添加量越多,补强作用越显著。但值得注意的是,随着气硅添加量增加,拉伸强度和断裂伸长率增加幅度逐渐收窄,可能是因为过高添加量下,气硅分散性变差,易团聚,影响补强效果。
综上,亲水型气相二氧化硅的引入对有机硅胶粘剂拉伸强度和断裂伸长率影响显著。这表明亲水气硅可有效发挥补强、增韧作用,通过构建纳米网络结构,增强有机硅胶粘剂分子间相互作用,提升其抵抗外力与环境老化的能力。在实际应用中,可根据对拉伸强度和断裂伸长率的需求,合理调控亲水气硅添加量,如对力学性能要求高的场景,可适当增加添加量,但需兼顾分散性等问题,避免因团聚影响效果。
从材料科学发展看,亲水型气相二氧化硅在有机硅胶粘剂中的应用研究仍有拓展空间。随着新能源、柔性电子等新兴领域发展,对有机硅胶粘剂力学性能与环境适应性提出更高要求,亲水气硅作为关键填料,有望在适配新型有机硅体系、满足特殊应用场景需求等方面持续突破,推动有机硅胶粘剂向更智能、更耐用方向发展,为众多行业的技术升级与产品创新赋能,助力构建更绿色、高效、可靠的新型胶粘材料应用生态。
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