纳米SiO2改性结构胶粘剂力学行为的宏观-介观研究

《Polymer Composites》：Macro-Meso Studies on Mechanical Behaviors of the Nano-SiO2 Modified Structural Adhesive

本研究通过添加纳米SiO2改性环氧树脂粘接剂，采用宏观力学测试与微观表征分析，发现2.0%纳米SiO2含量时拉伸强度提升14.0%，剪切强度提升35.0%，玻璃化转变温度提高7.6%-25.0%，显著增强机械性能和热稳定性，推荐采用该比例。

　　

摘要

由于粘合剂具有出色的粘合性能，它们已被广泛应用于各个行业。最近纳米技术的进步为提升其机械性能提供了机会。本研究通过评估宏观和介观效应，探讨了使用纳米SiO₂增强粘合剂的效果。共对含有不同SiO₂纳米粒子含量（0%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）的粘合剂进行了24次宏观测试。狗骨拉伸试验和单层剪切试验各重复了两次，同时针对每种SiO₂含量测定了玻璃化转变温度，并与纯粘合剂的现有数据进行了比较。为了进一步探究其作用机制，采用了扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、能量色散光谱和透射电子显微镜来观察界面失效模式以及纯粘合剂与纳米SiO₂改性粘合剂之间官能团的可能变化。结果表明，纳米SiO₂的改性通过物理和化学作用改善了粘合剂的机械性能：纳米SiO₂填充了粘合剂中的空隙，增加了粘合剂与基材之间的摩擦力，增强了范德华力，并提高了环氧树脂的交联密度。当SiO₂含量为2.0%时，拉伸强度和单层剪切强度分别提高了14.0%和35.0%。此外，在SiO₂含量为2.0%时，玻璃化转变温度上升了约7.6%；而在SiO₂含量为1.0%时，玻璃化转变温度上升了25.0%。基于这些发现，建议添加2.0%的纳米SiO₂，因为它可以在保持良好热稳定性的同时显著提升粘合剂的强度。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。