气相二氧化硅添加量对环氧胶粘剂力学性能影响

　　在现代高分子材料科学与工程应用中，环氧胶粘剂因其优异的粘接强度、良好的耐热性、化学稳定性和电绝缘性能，被广泛应用于航空航天、电子封装、汽车制造以及建筑结构等领域。然而，纯环氧树脂在实际使用过程中往往存在脆性大、韧性不足、抗冲击能力差等问题，限制了其在复杂服役环境下的应用。为此，通过添加功能性填料以改善其综合力学性能成为当前研究的热点方向之一。其中，气相二氧化硅(fumedsilica)作为一种纳米级无机填料，因其高比表面积、优异的分散性及独特的表面活性，在增强环氧树脂基体的力学性能方面展现出巨大潜力。

　　湖北汇富纳米材料股份有限公司技术人员基于HB-139型环氧胶粘剂体系，系统研究了不同含量气相二氧化硅对其平均撕裂强度(Rm)和平均拉伸强度(Ts)的影响规律。实验结果如图1所示，通过对0%、2%、5%、6%、7%和8%六种气相二氧化硅添加量条件下试样的力学测试数据进行分析，揭示了填料含量与胶粘剂性能之间的定量关系，旨在为高性能环氧胶粘剂的配方优化提供理论依据和技术支持。

图1

　　从图1中可以看出，随着气相二氧化硅添加量的增加，环氧胶粘剂的两种关键力学性能——平均撕裂强度(Rm)和平均拉伸强度(Ts)呈现出非线性的变化趋势，且二者的变化规律存在显著差异。

　　(一)平均撕裂强度(Rm)的变化趋势

　　平均撕裂强度反映了材料抵抗局部应力集中导致破坏的能力，是衡量胶粘剂韧性和抗裂纹扩展能力的重要指标。数据显示：

　　当气相二氧化硅添加量为0%时，Rm为21.7MPa;

　　添加2%后，Rm提升至22.9MPa，增幅约5.5%;

　　继续增至5%，Rm达到峰值23.7MPa，较空白样提高了7.4%;

　　随后随含量增加，Rm呈现下降趋势：6%时为22.6MPa，7%时骤降至21.3MPa，8%时略有回升至22.2MPa。

　　这一趋势表明，适量的气相二氧化硅能够有效增强环氧基体的抗撕裂能力，但过量添加反而会削弱该性能。其原因在于：低添加量下，纳米SiO₂颗粒均匀分散于环氧树脂中，形成三维网络结构，同时其表面羟基可与环氧基团发生部分化学键合，提高界面结合力，从而提升韧性。然而，当添加量超过临界值(约5%)后，颗粒团聚现象加剧，最终降低整体撕裂强度。

　　(二)平均拉伸强度(Ts)的变化趋势

　　平均拉伸强度体现材料在轴向载荷下的承载能力，直接关联到胶层的整体刚度与抗变形能力。数据表现为：

　　未加填料时，Ts为15.6MPa;

　　加入2%气相二氧化硅后，Ts跃升至27.2MPa，增幅高达74.4%;

　　在5%时仍保持较高水平(23.7MPa)，虽有所回落但仍远高于原始值;

　　随后逐渐下降，至8%时降至18.6MPa，仅略高于初始值。

　　可见，拉伸强度对气相二氧化硅的含量变化更为敏感，且存在明显“先增后减”的拐点。这说明少量填料即可显著增强环氧树脂的刚性与承载能力，但当填料添加量过高时，由于分散不均、团聚严重，不仅降低了有效增强作用，还可能引入微孔隙或空洞，造成内部应力分布不均，最终导致拉伸强度下降。

　　从宏观角度分析，气相二氧化硅的加入改变了环氧体系的三相结构：连续相(环氧树脂)、分散相(SiO₂颗粒)以及界面相(填料-树脂界面)。理想情况下，应实现“均匀分散+强界面结合+适度填充”，才能获得最佳综合性能。本实验结果显示，5%为最适添加量，既能保证较高的撕裂强度，又维持了相对理想的拉伸强度，是实现“强度—韧性平衡”的关键窗口。

　　气相二氧化硅作为一类高效的纳米增强填料，在环氧胶粘剂性能提升方面中展现出广阔的应用前景。通过对HB-139体系的系统研究，我们不仅明确了其对平均撕裂强度与平均拉伸强度的影响规律，更揭示了填料含量与性能之间的内在关联机制。实验数据清晰地表明，存在一个“黄金添加比”—约为5%，在此范围内，胶粘剂能够在强度与韧性之间取得最优平衡。