无(wu)论是生(sheng)(sheng)产还(hai)是生(sheng)(sheng)活,粘结(jie)剂都(dou)是一种必(bi)不可少(shao)的(de)(de)(de)产品,其应用历(li)史可追(zhui)溯至数千年前,在(zai)史前时期人类就(jiu)已学会将(jiang)植物(wu)树脂当作粘结(jie)剂使用。到了(le)近代,粘结(jie)剂的(de)(de)(de)技术有了(le)长足的(de)(de)(de)进步,对(dui)粘合剂的(de)(de)(de)实(shi)际需求(qiu)发生(sheng)(sheng)了(le)变化,其主要目(mu)标不再是简(jian)单地(di)实(shi)现牢固的(de)(de)(de)粘连,而更专注(zhu)于在(zai)各种恶劣环境下(xia)的(de)(de)(de)耐(nai)用性(xing)以及更强的(de)(de)(de)韧性(xing),在(zai)某些特殊情况下(xia),还(hai)需要粘结(jie)剂在(zai)相对(dui)较高的(de)(de)(de)温(wen)度下(xia)发挥出足够(gou)的(de)(de)(de)性(xing)能。
纳米(mi)粘结剂(ji)就这(zhei)样应运而(er)生(sheng)了,它(ta)与普通粘结剂主要的(de)(de)(de)不同在(zai)于(yu)引入了纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)技(ji)术(shu),是将纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)填料(纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)管、纤(xian)维素(su)纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)晶(jing)体(ti)、纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)纤(xian)维、纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)氧(yang)(yang)化铝和(he)纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)二氧(yang)(yang)化硅)有(you)效分散至聚合物基质(zhi),最终(zhong)制成的(de)(de)(de)具备(bei)更(geng)多功能性(xing)的(de)(de)(de)聚合物纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)复合材料。凭借更(geng)出色的(de)(de)(de)性(xing)能,纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)粘结剂在(zai)工程材料领域(yu)有(you)非常重要而(er)广泛的(de)(de)(de)应用(yong),涉及可穿(chuan)戴设(she)备(bei)、电子器件(jian)、医(yi)疗手术(shu)等诸(zhu)多领域(yu)。到(dao)底这(zhei)些纳(na)米(mi)(mi)(mi)(mi)填料是怎么(me)发挥(hui)作(zuo)用(yong)的(de)(de)(de),我(wo)们(men)接着(zhe)看下去。
纳米(mi)填(tian)料(liao)的作用
纳(na)米填料(liao)之所以(yi)(yi)可以(yi)(yi)让粘(zhan)结剂(ji)性(xing)(xing)能(neng)(neng)发生显著变化,主要得益(yi)于其足(zu)够大的(de)(de)表面积,因此能(neng)(neng)更(geng)好(hao)地与(yu)增(zeng)强(qiang)基体界面处(chu)的(de)(de)的(de)(de)树脂产生化学物理反应(ying),只需(xu)要少(shao)量(liang)就可以(yi)(yi)为粘(zhan)结剂(ji)提供更(geng)好(hao)的(de)(de)热(re)(re)、电或热(re)(re)机械(xie)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。同时纳(na)米填料(liao)还可以(yi)(yi)降低(di)粘(zhan)结剂(ji)的(de)(de)吸水性(xing)(xing),增(zeng)强(qiang)粘(zhan)结剂(ji)的(de)(de)抗(kang)老化性(xing)(xing)能(neng)(neng),使粘(zhan)结剂(ji)具有(you)更(geng)高的(de)(de)环境耐久性(xing)(xing)。具体的(de)(de)影响机制(zhi)如下:
①机械(xie)性能。结构粘合(he)剂的(de)许多新应用(如飞(fei)航空航天)需要在高温(wen)环境(jing)下(xia)使用,此外还需要抵抗(kang)振动和疲劳载荷导致的(de)失效(xiao),因此业(ye)界开始将(jiang)各种(zhong)填料添(tian)加到基础(chu)粘合(he)剂配(pei)方中,期望它可以增(zeng)加其模量和机械强度。
不过(guo),粘(zhan)结剂首先要(yao)满足的(de)(de)(de)还是(shi)黏附能力,普通填(tian)(tian)料的(de)(de)(de)加(jia)入(ru)虽(sui)然能够增强(qiang)机械性(xing)能,但(dan)是(shi)可能也会损失部(bu)分粘(zhan)合特性(xing),不过(guo)使用纳(na)(na)米(mi)填(tian)(tian)料就不会有这个问题(ti)。例如(ru)目前已有许多研究人员(yuan)报道在(zai)树(shu)脂体系中加(jia)入(ru)纳(na)(na)米(mi)填(tian)(tian)料(氧(yang)化(hua)铝(lv)、二氧(yang)化(hua)硅(gui)、CNTs等(deng))是(shi)可以(yi)改善环氧(yang)树(shu)脂的(de)(de)(de)韧(ren)性(xing)的(de)(de)(de)。科学家认为,由裂(lie)纹和纳(na)(na)米(mi)填(tian)(tian)料相互作用产生(sheng)的(de)(de)(de)断(duan)裂(lie)能量消耗新(xin)机制(zhi)(裂(lie)纹挠度、裂(lie)纹桥接、纤(xian)维拔出等(deng))的(de)(de)(de)参与是(shi)纳(na)(na)米(mi)增强(qiang)材料的(de)(de)(de)增韧(ren)效应的(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)原因。
②电性(xing)能。关于电性能,最有趣的应用领域之一是(shi)将碳(tan)纳米(mi)(mi)管(guan)或碳(tan)纳米(mi)(mi)纤维作为填料加(jia)入导电粘(zhan)合剂中,它们(men)能够很大限度地(di)提高导电粘(zhan)合剂的性能。随着(zhe)CNT或CNF含量的增加,纳米复合材料的导电性增加,表现出明显的渗透行为。许多开发的复合材料的电导率低于铜等材料。渗滤阈值取决于纳米增强材料的类型,CNT的渗滤阈值低于CNF。分散方法对纳米复合材料的导电性也有显著的影响,无论是分散的有效性,还是所应用的分散方法(机械搅拌、超声、压延等)对纳米增强材料完整性的影响。高能分散过程会对纳米填料造成损伤,降低纳米填料的展向比,从而影响纳米填料的渗流行为。
纳(na)米复合材料(liao)的(de)电导率随填料(liao)类型和含量的(de)变化而变化
③热(re)性能和热(re)稳定性。热稳定性(xing)(xing)(xing)是(shi)聚合物(wu)纳(na)米复合材料在高温下作为功(gong)能或结构部件(jian)的潜在应(ying)用的最(zui)重要特性(xing)(xing)(xing)之一。一些研究(jiu)人员(yuan)已(yi)经研究(jiu)了(le)纳(na)米复合材料的热稳定性(xing)(xing)(xing)和(he)降解行(xing)为。例如,Sarathi 等人表明,在环氧树脂中添加纳米蒙脱石等填料(liao)可将热变(bian)形温度提(ti)高到环氧树脂中纳米填料(liao)的临界百分比,超过5%左右即可达到稳定状态。纳米粘土的加入也改善了热稳定性,减少了在热重分析中测量到的重量损失。随着纳米填料含量的增加,纳米复合材料的分解温度普遍升高,表明纳米增强剂的存在延缓了基体的热分解。
④气体和液体阻(zu)隔性能。与纯聚(ju)合物相比(bi),使用(yong)纳米(mi)填(tian)料(liao)(liao)的(de)(de)粘(zhan)(zhan)结剂的(de)(de)阻隔性能有(you)了很大的(de)(de)提高,其潜在优势之一是用(yong)作阻湿剂。但(dan)要(yao)让渗(shen)透率下降,前提是加(jia)(jia)入其中的(de)(de)填(tian)料(liao)(liao)分(fen)散(san)性好,且长径(jing)比(bi)大(如纳米(mi)粘(zhan)(zhan)土、碳纳米(mi)管、碳纳米(mi)管等)。大多数关(guan)于(yu)聚(ju)合物纳米(mi)复合材料(liao)(liao)阻隔性能的(de)(de)研究都是基于(yu)迂(yu)回(hui)路(lu)径(jing)的(de)(de)概念,其中假定(ding)纳米(mi)流体(ti)相对于(yu)气体(ti)是不透水的(de)(de)和液体(ti)分(fen)子,这迫使气体(ti)分(fen)子遵循一个曲(qu)折(zhe)的(de)(de)路(lu)径(jing),从而增(zeng)加(jia)(jia)扩(kuo)散(san)的(de)(de)有(you)效路(lu)径(jing)长度。
纳(na)米粘结剂的(de)一些热门应用
值得(de)一提的(de)是,目前航空航天工(gong)业用(yong)纳米粘结剂是材料领域(yu)的一个热点,它可以为飞机等带(dai)来以下(xia)好处:1.效率:更轻的材料将减轻飞机重量和延长使用成本;2.性能:高强度材料提供可靠的结构性能;3.安全性:具有抗冲击性的高弹性材料,可承受潜在损坏,同时保护乘客。
另(ling)外,在生(sheng)产环境恶劣(lie)的石(shi)油和化工(gong)行业中,纳(na)米粘(zhan)结剂凭借优秀的耐磨性(xing)、韧(ren)性(xing)、耐腐蚀性(xing)和耐高(gao)温性(xing)也使得它在各种化学加(jia)工(gong)应用(yong)中常(chang)见(jian)的试(shi)验条件下具有高(gao)度可靠(kao)性(xing),因此(ci)这一方(fang)面也非常(chang)值得关(guan)注噢!
粉(fen)体(ti)圈 NANA整(zheng)理
本文为粉体(ti)圈(quan)原创作品,未经许可,不得(de)转载(zai),也不得(de)歪曲、篡改或复制本文内容,否则(ze)本公(gong)司将依(yi)法(fa)追究法(fa)律责任。