氣相二氧化硅添加量 對環氧膠粘劑增稠觸變性影響

在現代高分子材料科學中，環氧膠粘劑因其優異的粘接強度、良好的耐熱性、化學穩定性和電絕緣性能，廣泛應用于電子封裝、航空航天、汽車制造及建筑結構等領域。然而，環氧樹脂體系本身存在流動性差、施工難度大等問題，尤其在精密裝配或垂直面施膠過程中易出現流掛現象，限制了其應用范圍。為解決上述問題，常通過添加功能性填料如氣相二氧化硅（fumed silica）來調控膠粘劑的流變行為。湖北匯富納米材料股份有限公司技術人員基于實驗數據，系統分析不同添加量的氣相二氧化硅（HB-139）對環氧膠粘劑粘度與觸變性能的影響，并深入探討其作用機理與發展趨勢。

圖1展示了在環氧膠粘劑體系中加入不同質量分數的氣相二氧化硅（HB-139）后，體系粘度（單位：cP）和觸變指數變化趨勢，以評估氣相二氧化硅在低剪切速率下的靜態粘度及高剪切速率下的流動特性。實驗共設置六個梯度：0%、2%、5%、6%、7%和8%氣相二氧化硅添加量。從圖表可見，隨著氣相二氧化硅含量的增加，環氧膠粘劑的粘度呈現顯著上升趨勢，而觸變性能也隨之增強，二者均表現出強烈的正相關關系。

圖1

從粘度變化趨勢來看：

未添加氣相二氧化硅時，體系粘度極低（接近2892 mPa·s），幾乎無結構強度，無法滿足多數施工場景需求。隨著添加量增至2%，粘度達到9284 mPa·s；至5%時粘度躍升至31390 mPa·s，增幅顯著，表明網絡結構逐漸增強并趨于完善。當添加量達到6%時，粘度繼續升高至46396 mPa·s；至8%時粘度急劇攀升至106791 mPa·s，較初始值增長約37倍，說明過高的添加量會導致網絡結構過于致密，體系趨向于凝膠態，流動性大幅下降。

從觸變性變化來看：

觸變指數隨氣相二氧化硅添加量的增加而逐步提升，添加量從0%增加到8%時，觸變值從1變成8，是未添加氣硅的8倍。這一現象的本質在于氣相二氧化硅在環氧基體中的微觀結構演化。未加填料時，樹脂分子鏈自由運動，粘度恒定；引入納米SiO?后，其表面活性官能團與環氧樹脂發生物理吸附或弱化學鍵合，形成動態的三維網絡結構。在靜止或低剪切條件下，該網絡穩定存在，表現為高粘度；而在高剪切速率下（如攪拌或涂布過程），網絡被破壞，顆粒重新分散，粘度下降，實現剪切稀化。一旦外力撤除，網絡又可迅速重建，恢復高粘度狀態，從而體現典型的觸變行為。

氣相二氧化硅在環氧體系中的增稠觸變效應本質上取決于其分散狀態與網絡構建能力。在低添加量下，顆粒分散較為稀疏，形成的網絡較弱，粘度增長有限；隨著添加量增加，顆粒間距離減小，氫鍵作用增強，形成貫穿體系的空間網絡，粘度呈指數級上升。觸變性的增強則源于該網絡在外力下的可逆拆解與重建能力，添加量越高，網絡密度越大，重建速度越快，觸變指數也越高。

然而，當添加量超過一定閾值（如8%），網絡結構過于緊密，可能導致施工阻力增大，涂布困難，氣泡難以排出，影響固化致密性，體系穩定性下降和成本增加等問題，因此，在實際應用中需根據具體施工方式（刮涂、灌注、噴涂等）和抗流掛要求，在粘度與觸變性之間尋求平衡。

氣相二氧化硅作為環氧膠粘劑中高效且經濟的流變調控劑，其添加量對體系粘度和觸變性具有系統性影響。通過精準調控，可實現從低粘度灌注膠到高粘度結構膠的多樣化設計，滿足不同工業場景的需求。在科技與制造深度融合的今天，對材料微觀結構與宏觀性能關聯的深入理解，正是實現高性能膠粘劑自主設計與應用創新的基石。從實驗室數據到產業化應用，每一步的科學把控都彰顯著材料工程在“小顆粒”中謀“大性能”的智慧與追求，也為未來智能材料與綠色制造的發展提供了重要的技術支撐。