在現(xiàn)代高分子材料科學(xué)與工程應(yīng)用中，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，被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子封裝、汽車制造以及建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。然而，純環(huán)氧樹脂在實際使用過程中往往存在脆性大、韌性不足、抗沖擊能力差等問題，限制了其在復(fù)雜服役環(huán)境下的應(yīng)用。為此，通過添加功能性填料以改善其綜合力學(xué)性能成為當(dāng)前研究的熱點方向之一。其中，氣相二氧化硅(fumedsilica)作為一種納米級無機(jī)填料，因其高比表面積、優(yōu)異的分散性及獨特的表面活性，在增強(qiáng)環(huán)氧樹脂基體的力學(xué)性能方面展現(xiàn)出巨大潛力。

　　湖北匯富納米材料股份有限公司技術(shù)人員基于HB-139型環(huán)氧膠粘劑體系，系統(tǒng)研究了不同含量氣相二氧化硅對其平均撕裂強(qiáng)度(Rm)和平均拉伸強(qiáng)度(Ts)的影響規(guī)律。實驗結(jié)果如圖1所示，通過對0%、2%、5%、6%、7%和8%六種氣相二氧化硅添加量條件下試樣的力學(xué)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭示了填料含量與膠粘劑性能之間的定量關(guān)系，旨在為高性能環(huán)氧膠粘劑的配方優(yōu)化提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

圖1

　　從圖1中可以看出，隨著氣相二氧化硅添加量的增加，環(huán)氧膠粘劑的兩種關(guān)鍵力學(xué)性能——平均撕裂強(qiáng)度(Rm)和平均拉伸強(qiáng)度(Ts)呈現(xiàn)出非線性的變化趨勢，且二者的變化規(guī)律存在顯著差異。

　　(一)平均撕裂強(qiáng)度(Rm)的變化趨勢

　　平均撕裂強(qiáng)度反映了材料抵抗局部應(yīng)力集中導(dǎo)致破壞的能力，是衡量膠粘劑韌性和抗裂紋擴(kuò)展能力的重要指標(biāo)。數(shù)據(jù)顯示：

　　當(dāng)氣相二氧化硅添加量為0%時，Rm為21.7MPa;

　　添加2%后，Rm提升至22.9MPa，增幅約5.5%;

　　繼續(xù)增至5%，Rm達(dá)到峰值23.7MPa，較空白樣提高了7.4%;

　　隨后隨含量增加，Rm呈現(xiàn)下降趨勢：6%時為22.6MPa，7%時驟降至21.3MPa，8%時略有回升至22.2MPa。

　　這一趨勢表明，適量的氣相二氧化硅能夠有效增強(qiáng)環(huán)氧基體的抗撕裂能力，但過量添加反而會削弱該性能。其原因在于：低添加量下，納米SiO?顆粒均勻分散于環(huán)氧樹脂中，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時其表面羥基可與環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生部分化學(xué)鍵合，提高界面結(jié)合力，從而提升韌性。然而，當(dāng)添加量超過臨界值(約5%)后，顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象加劇，最終降低整體撕裂強(qiáng)度。

　　(二)平均拉伸強(qiáng)度(Ts)的變化趨勢

　　平均拉伸強(qiáng)度體現(xiàn)材料在軸向載荷下的承載能力，直接關(guān)聯(lián)到膠層的整體剛度與抗變形能力。數(shù)據(jù)表現(xiàn)為：

　　未加填料時，Ts為15.6MPa;

　　加入2%氣相二氧化硅后，Ts躍升至27.2MPa，增幅高達(dá)74.4%;

　　在5%時仍保持較高水平(23.7MPa)，雖有所回落但仍遠(yuǎn)高于原始值;

　　隨后逐漸下降，至8%時降至18.6MPa，僅略高于初始值。

　　可見，拉伸強(qiáng)度對氣相二氧化硅的含量變化更為敏感，且存在明顯“先增后減”的拐點。這說明少量填料即可顯著增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的剛性與承載能力，但當(dāng)填料添加量過高時，由于分散不均、團(tuán)聚嚴(yán)重，不僅降低了有效增強(qiáng)作用，還可能引入微孔隙或空洞，造成內(nèi)部應(yīng)力分布不均，最終導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度下降。

　　從宏觀角度分析，氣相二氧化硅的加入改變了環(huán)氧體系的三相結(jié)構(gòu)：連續(xù)相(環(huán)氧樹脂)、分散相(SiO?顆粒)以及界面相(填料-樹脂界面)。理想情況下，應(yīng)實現(xiàn)“均勻分散+強(qiáng)界面結(jié)合+適度填充”，才能獲得最佳綜合性能。本實驗結(jié)果顯示，5%為最適添加量，既能保證較高的撕裂強(qiáng)度，又維持了相對理想的拉伸強(qiáng)度，是實現(xiàn)“強(qiáng)度—韌性平衡”的關(guān)鍵窗口。

　　氣相二氧化硅作為一類高效的納米增強(qiáng)填料，在環(huán)氧膠粘劑性能提升方面中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。通過對HB-139體系的系統(tǒng)研究，我們不僅明確了其對平均撕裂強(qiáng)度與平均拉伸強(qiáng)度的影響規(guī)律，更揭示了填料含量與性能之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制。實驗數(shù)據(jù)清晰地表明，存在一個“黃金添加比”—約為5%，在此范圍內(nèi)，膠粘劑能夠在強(qiáng)度與韌性之間取得最優(yōu)平衡。