无论是生产还是生活，粘结剂都是一种必不可少的产品，其应用历史可追溯至数千年前，在史前时期人类就已学会将植物树脂当作粘结剂使用。到了近代，粘结剂的技术有了长足的进步，对粘合剂的实际需求发生了变化，其主要目标不再是简单地实现牢固的粘连，而更专注于在各种恶劣环境下的耐用性以及更强的韧性，在某些特殊情况下，还需要粘结剂在相对较高的温度下发挥出足够的性能。

纳米粘结剂就这样应运而生了，它与普通粘结剂主要的不同在于引入了纳米技术，是将纳米填料（纳米管、纤维素纳米晶体、纳米纤维、纳米氧化铝和纳米二氧化硅）有效分散至聚合物基质，最终制成的具备更多功能性的聚合物纳米复合材料。凭借更出色的性能，纳米粘结剂在工程材料领域有非常重要而广泛的应用，涉及可穿戴设备、电子器件、医疗手术等诸多领域。到底这些纳米填料是怎么发挥作用的，我们接着看下去。

纳米填料的作用

纳米填料之所以可以让粘结剂性能发生显著变化，主要得益于其足够大的表面积，因此能更好地与增强基体界面处的的树脂产生化学物理反应，只需要少量就可以为粘结剂提供更好的热、电或热机械性能。同时纳米填料还可以降低粘结剂的吸水性，增强粘结剂的抗老化性能，使粘结剂具有更高的环境耐久性。具体的影响机制如下：

①机械性能。结构粘合剂的许多新应用（如飞航空航天）需要在高温环境下使用，此外还需要抵抗振动和疲劳载荷导致的失效，因此业界开始将各种填料添加到基础粘合剂配方中，期望它可以增加其模量和机械强度。

不过，粘结剂首先要满足的还是黏附能力，普通填料的加入虽然能够增强机械性能，但是可能也会损失部分粘合特性，不过使用纳米填料就不会有这个问题。例如目前已有许多研究人员报道在树脂体系中加入纳米填料（氧化铝、二氧化硅、CNTs等）是可以改善环氧树脂的韧性的。科学家认为，由裂纹和纳米填料相互作用产生的断裂能量消耗新机制（裂纹挠度、裂纹桥接、纤维拔出等）的参与是纳米增强材料的增韧效应的主要原因。

②电性能。关于电性能，最有趣的应用领域之一是将碳纳米管或碳纳米纤维作为填料加入导电粘合剂中，它们能够很大限度地提高导电粘合剂的性能。随着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。

纳米复合材料的电导率随填料类型和含量的变化而变化

③热性能和热稳定性。热稳定性是聚合物纳米复合材料在高温下作为功能或结构部件的潜在应用的最重要特性之一。一些研究人员已经研究了纳米复合材料的热稳定性和降解行为。例如，Sarathi 等人表明，在环氧树脂中添加纳米蒙脱石等填料可将热变形温度提高到环氧树脂中纳米填料的临界百分比，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气体和液体阻隔性能。与纯聚合物相比，使用纳米填料的粘结剂的阻隔性能有了很大的提高，其潜在优势之一是用作阻湿剂。但要让渗透率下降，前提是加入其中的填料分散性好，且长径比大（如纳米粘土、碳纳米管、碳纳米管等）。大多数关于聚合物纳米复合材料阻隔性能的研究都是基于迂回路径的概念，其中假定纳米流体相对于气体是不透水的和液体分子，这迫使气体分子遵循一个曲折的路径，从而增加扩散的有效路径长度。

纳米粘结剂的一些热门应用

值得一提的是，目前航空航天工业用纳米粘结剂是材料领域的一个热点，它可以为飞机等带来以下好处：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。

另外，在生产环境恶劣的石油和化工行业中，纳米粘结剂凭借优秀的耐磨性、韧性、耐腐蚀性和耐高温性也使得它在各种化学加工应用中常见的试验条件下具有高度可靠性，因此这一方面也非常值得关注噢！

粉体圈 NANA整理

本文为粉体圈原创作品，未经许可，不得转载，也不得歪曲、篡改或复制本文内容，否则本公司将依法追究法律责任。