納米SiO2改性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的性能效果奇佳——湖南大學(xué)土木工程學(xué)院最近通過(guò)高速研磨制備的納米SiO2，改性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠使其實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的綜合性能：當(dāng)納米SiO2摻混量為 10%，環(huán)氧樹(shù)脂的觸變指數(shù)為5.8；當(dāng)納米SiO2摻混量分別為5%和3%時(shí)，鋼-鋼剪切強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度分別為21.3MPa和5.3kJ/m2，分別提高23.8%和23.5%。SEM照片表明納米SiO2對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠有明顯的誘發(fā)銀紋的能力，高速研磨的分散工藝簡(jiǎn)單，分散效果良好，這種分散方法在結(jié)構(gòu)膠改性領(lǐng)域中有積極的工程推廣和應(yīng)用價(jià)值。納米SiO2粒徑通常為20～60nm，化學(xué)純度高、分散性好、比表面積大，是目前世界上大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的產(chǎn)量最高的一種納米粉體材料。

    這種材料應(yīng)用涵蓋塑料、橡膠、陶瓷、涂料、膠粘劑等行業(yè)眾多生產(chǎn)領(lǐng)域。在建筑膠粘劑行業(yè)中納米SiO2主要作為一種增稠觸變劑使用，學(xué)術(shù)界已有很多對(duì)納米SiO2增強(qiáng)增韌環(huán)氧樹(shù)脂的研究，大多通過(guò)超聲處理的分散方法，然而超聲處理較難在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣和應(yīng)用�？蒲腥藛T通過(guò)高速研磨的分散方法制備納米SiO2改性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠，環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠施工時(shí)易滴落流掛、脆性大的缺點(diǎn)得到較好的改善、粘接性能也有提高，且對(duì)結(jié)構(gòu)膠的改性工藝簡(jiǎn)單可行、有積極的推廣應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)采用的儀器設(shè)備則主要有：電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，WDWl00，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春科新公司試驗(yàn)儀器研究所；高速研磨分散機(jī)，真空捏合機(jī)，DL-01，DL-02，湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司；恒溫箱，DL302，上海吳淞五金廠(chǎng)制造；旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)，NXS-11A，成都儀器廠(chǎng)；應(yīng)變儀，V020616，冶金部鋼鐵研究總院。

    實(shí)驗(yàn)所用原材料包括環(huán)氧樹(shù)脂E-51(EP)：環(huán)氧值0.51，藍(lán)星新材料無(wú)錫樹(shù)脂廠(chǎng)產(chǎn)；納米SiO2：比表面積380m2/g，平均粒徑20nm，表觀(guān)密度30g/cm3；固化劑，自制，外觀(guān)呈黃棕色透明黏稠，胺值415，黏度(23℃)16～18Pa•s；活性增韌稀釋劑，主要成分為丁基縮水甘油醚，黏度(25℃)1.5～3.5mPa•s；偶聯(lián)劑，KH-550，為氨基官能團(tuán)硅烷，中科院生產(chǎn)；消泡劑，BMC888，德國(guó)產(chǎn)。測(cè)試項(xiàng)目及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為：黏度，GB/T 2794-1995；觸變指數(shù)，《片材加固修復(fù)用粘接樹(shù)脂(送審稿)》；鋼一鋼粘結(jié)剪切強(qiáng)度，GB/T 7124-1986；澆鑄體拉伸強(qiáng)度，GB/T 2794-1995；澆鑄體沖擊強(qiáng)度，GB/T 2571-1995。試樣制備時(shí)各種材料配方均以EP100g為標(biāo)準(zhǔn)，基體配方為m(EP)：m(固化劑)：m(稀釋劑)：m(偶聯(lián)劑)=100：42： 12：2，將納米SiO2按不同摻混量和環(huán)氧樹(shù)脂以及稀釋劑先在高速研磨機(jī)中研磨(研磨料直徑為2mm鋯珠)30min后。

    經(jīng)真空捏合機(jī)攪拌10min后倒出A組分，靜置3d后和B組分(固化劑和偶聯(lián)劑)按比例混合，制成各種試件，測(cè)試其7d的各種性能。隨后首先研究了納米 SiO2對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂流變性能的影響，主要表現(xiàn)在：隨著納米SiO2摻量的增加，EP從牛頓流體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。通過(guò)納米SiO2顆粒相互之間的吸附形成 SiO2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使環(huán)氧樹(shù)脂變成凝膠，這是納米SiO2使EP的流變性能發(fā)生巨大變化的主要原因，結(jié)構(gòu)膠具有良好的觸變性能使得它在施工中抗流掛、抗滴落，有重要的工程意義；關(guān)于納米SiO2對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠粘接性能和沖擊性能的影響，環(huán)氧樹(shù)脂作為脆性材料脆性較大是其缺點(diǎn)之一，綜合沖擊實(shí)驗(yàn)的各種分析，納米SiO2在環(huán)氧樹(shù)脂里面誘發(fā)銀紋的能力明顯，改善了環(huán)氧樹(shù)脂的脆性，對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂有一定的增韌作用。科研人員還解讀了納米SiO2對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠拉伸性能的影響。

    最終得出的結(jié)論是：納米SiO2對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的流變性能改善顯著，隨著納米SiO2摻混量的增大，環(huán)氧樹(shù)脂從牛頓流體向觸變性流體轉(zhuǎn)變。當(dāng)納米 SiO2的摻混量為5%和10%時(shí)，結(jié)構(gòu)膠的觸變指數(shù)為1.8和5.8。2)納米SiO2對(duì)結(jié)構(gòu)膠有較好的增韌作用；當(dāng)納米SiO2的摻混量為5%時(shí)，鋼 -鋼剪切強(qiáng)度21.3 MPa，提高23.8%；當(dāng)納米SiO2的摻混量為3%時(shí)，結(jié)構(gòu)膠的沖擊強(qiáng)度為5.3 kJ/m2，提高23.5%。在低摻混量范圍內(nèi)，納米SiO2對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度沒(méi)有明顯影響，其摻混量增大結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，但彈性模量有52.3%的提高，有利于工程應(yīng)用。EM實(shí)驗(yàn)表明高速研磨的分散方法，納米SiO2在環(huán)氧樹(shù)脂中分散基本均勻，納米SiO2誘發(fā)銀紋能力明顯，是增韌環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的主要原因。通過(guò)高速研磨的方法制備的納米SiO2改性環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)膠的綜合性能良好，有積極的工程推廣價(jià)值。