Не всегда больше — значит лучше В эпоксидной смоле с нанонаполнителями существует переломный момент прочности 

Получив кривую «добавка — предел прочности при растяжении», самым опасным шагом будет просто запомнить координату пика по оси абсцисс и затем внести газообразный диоксид кремния в рецептуру. Кривая HIFULL® HB-139 в эпоксидных клеях особенно легко провоцирует такую инерцию: при 0 % — 15 МПа, при 3 % — скачок до 44,2 МПа, при 4 % — падение до 33,2 МПа, при 5 % — дальнейшее снижение до 25,9 МПа. Красивая вулканическая дуга с четким пиком и полной картиной. Но если рассматривать только «3%» в качестве ответа, это равносильно тому, чтобы принять график зависимости от параметров за таблицу констант — а настоящая ценность этого графика как раз заключается в том, что его невозможно упростить до одной цифры.
Инженеры, занимающиеся разработкой рецептур эпоксидных клеев, скорее всего, сталкивались с такой ситуацией: стремясь повысить механическую прочность клея и улучшить его трексологические свойства для предотвращения стекания, они постоянно добавляли в систему газофазный диоксид кремния, но результат часто оказывался противоположным ожидаемому.

Таблица 1

По мнению технических специалистов компании «Хубей Хуэйфу Наноматериалы», предоставление предприятиям, занимающимся последующим применением, ориентировочных данных, полученных в ходе экспериментов, имеет решающее значение для сокращения их рабочей нагрузки. Как показано в таблице 1, при доле добавки 3 % прочность на растяжение достигает пикового значения 44,2 МПа для всей группы, что почти в 2 раза превышает показатель контрольного образца, а эффект армирования достигает оптимального уровня. Однако после преодоления этого переломного момента тенденция изменения характеристик меняется на противоположную: при увеличении доли добавки до 4 % прочность снижается до 33,2 МПа; при дальнейшем увеличении до 5 % прочность снижается до 25,9 МПа. Вся кривая имеет форму арки: сначала она поднимается, а затем опускается.

Высокая поверхностная энергия, присущая нанопорошкам, определяет наличие верхнего предела наполнения. Когда доля добавки HB-139 превышает критическое значение, плотность частиц в системе становится слишком высокой, расстояние между ними значительно сокращается, и доминирующим становится притяжение между частицами; даже при использовании таких технологий, как высокоскоростная дисперсия и пескоструйная обработка, полностью предотвратить образование агломератов очень сложно. Эти наноагломераты являются врождёнными дефектами внутри эпоксидной смолы и при воздействии нагрузки в первую очередь становятся источниками трещин; в то же время избыток наполнителя разрезает и нарушает изначально непрерывную структуру органической фазы эпоксидной смолы, что ослабляет когезионные силы матрицы смолы и ухудшает сцепление на границе раздела «наполнитель-смола». Под воздействием совокупности этих факторов прочность клея на растяжение начинает снижаться, что сопровождается цепью последующих проблем, таких как снижение вязкости, резкое увеличение вязкости и затруднения с удалением пузырьков.

Это означает, что наиболее ценным шагом на этапе разработки рецептуры является не «механическое копирование значения 3%», а проведение градиентных испытаний в узком диапазоне около пикового значения. Грубая сетка значений — 1%, 3%, 5% — легко упускает из виду истинную точку перегиба: пиковое значение может приходиться на 2,6% или на 3,4%. Для клея разница в прочности в несколько мегапаскалей зачастую является решающим фактором, определяющим, сможет ли конструкционный клей пройти проверку на соответствие тому или иному допустимому значению, предусмотренному проектом. Еще одной переменной, которую стоит учитывать в рамках контроля качества, является однородность гидрофобной обработки поверхности. После гидрофобной обработки полидиметилсилоксаном HIFULL® HB-139 снижается поверхностная энергия и улучшается совместимость с эпоксидными смолами, однако однородность модифицирующего покрытия напрямую влияет на «срок сопротивления агломерации» частиц в процессе хранения и переработки. Если между партиями одного и того же маркирующего номера наблюдаются колебания степени гидрофобного покрытия, положение пиковых значений, измеренных инженерами-рецептурщиками в лаборатории, может смещаться, причем причина этого заключается не в самой рецептуре.

Усиление порошковыми наполнителями — это наука о балансе. Наноматериалы обладают потенциалом для улучшения характеристик клеев, однако существуют определенные пределы для раскрытия этого потенциала. Компания Huifu Nano, опираясь на данные экспериментов, устанавливает связь между микроструктурой порошков и макроскопическими свойствами материалов, преобразуя сложные механизмы наноуровневых взаимодействий в удобные и практичные рецептурные решения для конечных потребителей. Таким образом, мы сопровождаем партнеров из индустрии клеев в процессе непрерывного совершенствования продукции и раскрытия истинной ценности нанопорошков.