Obținerea unei rezistențe la temperatură care depășește 300 de grade în plăcile din spumă de silicon prezintă dificultăți semnificative, deoarece materialele standard din silicon funcționează de obicei într-un interval de-60 de grade până la 200 de grade în timpul utilizării pe termen lung-, cu temperaturile maxime pe termen scurt care pot atinge 250 de grade . Când temperaturile depășesc acest prag, coloana vertebrală a polimerului începe să se degradeze, rezultând fragilitatea materialului, pierderea elasticității și eventuala pulverizare.
Pentru a obține o rezistență la temperatură de peste 300 de grade, este necesar să se efectueze o proiectare și o optimizare cuprinzătoare din materialul de bază, sistemul de armare, aditivi rezistenți la căldură-, procesul de spumare și proiectarea structurală.
Principalele abordări tehnice și considerații pentru atingerea acestui obiectiv sunt următoarele:
I. Selectarea și optimizarea materialelor de bază
Acesta este pasul cel mai fundamental.
Utilizați cauciuc siliconic cu conținut ridicat de fenil:
Principiu: cauciucul siliconic obișnuit (cauciuc siliconic metil vinil) are o rezistență limitată la căldură. Introducerea de grupări fenil (în special conținut ridicat de segmente de lanț de difenilsiloxan) în lanțul principal de siloxan poate îmbunătăți foarte mult rezistența la căldură a materialului.
Funcție: structura voluminoasă a inelului benzenic și efectul său de conjugare pot proteja și stabiliza în mod eficient legăturile Si-sensibile la căldură-O, inhibând astfel degradarea ciclizării termice și clivajul oxidativ al lanțului polimeric. Cauciucul de-silicon fenil ridicat poate rezista la-temperaturi pe termen lung de până la 250-300 de grade și la temperaturi de scurtă durată care depășesc 350 de grade .
Utilizați silice pirogenă ca umplutură de armare:
Necesitate: Gelul de silice neîntărit are o rezistență extrem de scăzută. Siliciul fumos (silice la scară nanometrică) este singurul material de umplutură de întărire care poate oferi rezistența cerută de silicagel.
Cerințe: trebuie să folosească silice pirogenă de-puritate ridicată, cu tratament special, particule de dimensiune mică și suprafață specifică mare. Poate forma o structură puternică de nano-rețea în matricea de siliciu și poate menține anumite proprietăți mecanice chiar și la temperaturi ridicate.
II. Sistem de aditivi rezistent la caldura
Nu este suficient să te bazezi doar pe materiale de bază și trebuie adăugați aditivi speciali rezistenți la căldură-pentru a „proteja și escorta”.
stabilizator termic:
1) Oxid de fier (Fe₂O₃): Acesta este cel mai clasic și mai eficient aditiv rezistent la căldură-. Fe₂O₃ este utilizat în mod obișnuit-maro -roșcat. Captează radicalii liberi care atacă coloana vertebrală a siloxanului la temperaturi ridicate și catalizează formarea unor structuri de carbon-siloxanice mai stabile, inhibând astfel degradarea coloanei vertebrale. Dozajul variază de obicei de la 0,5 la 3 părți.
2) Oxidul de ceriu (CeO₂) este un stabilizator rezistent la căldură-pe bază de pământ rare-, în special atunci când este combinat cu Fe₂O₃. Inhibă eficient condensarea și oxidarea grupărilor silanol.
3) Alți oxizi de pământuri rare, cum ar fi oxidul de lantan (La₂O₃), prezintă, de asemenea, o bună stabilitate termică.
Selectați sistemul de vulcanizare adecvat:
1) Vulcanizare cu peroxid: pentru materialele spumante, peroxizii (cum ar fi bis(2,5-peroxidul terțiar)) sunt agenți de vulcanizare utilizați în mod obișnuit. Este esențial să selectați peroxizi cu produși de descompunere stabili și proprietăți necorozive, asigurând în același timp vulcanizarea completă pentru a preveni degradarea materialelor reziduale la temperaturi ridicate.
2) Sulfura de platină (sulfură de adiție) este alegerea preferată atunci când procesele de formare-spumei permit. Structura sa de Si{-C reticulat prezintă o rezistență termică superioară în comparație cu legăturile C{-C din sistemele pe bază de peroxid{-, fără reziduuri de descompunere. Cu toate acestea, sistemele bazate pe platină-necesită controale stricte de proces și de mediu și sunt predispuse la otrăvire.
III. Provocări ale proceselor de spumare
În timp ce se urmărește rezistența la temperaturi ridicate, este, de asemenea, necesar să se obțină o structură de spumare uniformă și stabilă.
Agent chimic de spumare: temperatura de descompunere ar trebui să se potrivească cu temperatura de vulcanizare, iar produsul de descompunere ar trebui să fie un gaz inert (cum ar fi azotul). Reziduul de descompunere nu ar trebui să catalizeze degradarea matricei de silicagel.
Spumare fizică: Tehnologii precum spumarea fluidului supercritic pot evita problema reziduurilor de agent chimic de spumă, dar investiția în echipament este mare și procesul este complex.
Punct cheie: Indiferent de procesul de spumare utilizat, este necesar să se asigure că structura celulară este stabilă și peretele celular este dens. Structura celulară deschisă sau peretele celular slab se va prăbuși sau se va rupe rapid la temperaturi ridicate, rezultând o scădere bruscă a performanței izolației termice.
IV. Structura și designul post-procesării
Creșteți densitatea/Reduceți bulele: pe premisa îndeplinirii cerințelor de greutate și moliciune, creșteți în mod corespunzător densitatea plăcii de spumă (adică reduceți raportul de spumare) poate obține un perete mai gros și mai rezistent la căldură-, îmbunătățind astfel rezistența generală la temperatură și rezistența mecanică.
Structură compozită: luați în considerare crearea unei structuri „sandwich”, de exemplu, cu două fețe din folie siliconică neporoasă-rezistă la temperatură înaltă{- sau din material compozit din fibră de sticlă și un strat de spumă în mijloc. Acest lucru poate proteja structura poroasă fragilă de expunerea directă la mediul cu temperaturi ridicate.
Post-vulcanizare la temperatură înaltă: placa de spumă formată trebuie să fie complet post-vulcanizată la temperatură înaltă (de exemplu, coaptă timp de câteva ore la 200-250 de grade ) pentru a elimina complet volatilele moleculare scăzute și pentru a stabiliza rețeaua de reticulare, care este esențială pentru utilizarea pe termen lung la temperaturi ridicate.