Aconseguir una resistència a la temperatura superior a 300 graus en plaques d'escuma de silicona presenta dificultats importants, ja que els materials de silicona estàndard solen funcionar dins d'un interval de-60 a 200 graus durant un ús a llarg-, amb temperatures màximes a curt termini que poden arribar als 250 graus . Quan les temperatures superen aquest llindar, la columna vertebral del polímer comença a degradar-se, donant lloc a la fragilitat del material, pèrdua d'elasticitat i una eventual polverització.
Per aconseguir una resistència a la temperatura de més de 300 graus, cal dur a terme un disseny i una optimització integrals a partir del material bàsic, el sistema de reforç, els additius resistents a la calor-, el procés d'escuma i el disseny estructural.
Els principals enfocaments tècnics i consideracions per assolir aquest objectiu són els següents:
I. Selecció i Optimització de Materials Nuclis
Aquest és el pas més fonamental.
Utilitzeu cautxú de silicona amb alt fenil:
Principi: el cautxú de silicona normal (cautxú de silicona de metil vinil) té una resistència a la calor limitada. La introducció de grups fenil (especialment un alt contingut de segments de cadena de difenilsiloxà) a la cadena principal de siloxà pot millorar considerablement la resistència a la calor del material.
Funció: l'estructura voluminosa de l'anell de benzè i el seu efecte de conjugació poden protegir i estabilitzar eficaçment els enllaços -Si-O sensibles a la calor, inhibint així la degradació de la ciclació tèrmica i la ruptura oxidativa de la cadena del polímer. El cautxú de silicona de fenil alt - pot suportar temperatures a llarg termini- de fins a 250-300 graus i temperatures a curt termini que superen els 350 graus .
Utilitzeu sílice fumada com a farciment de reforç:
Necessitat: el gel de sílice no reforçat té una resistència extremadament baixa. La sílice fumada (sílice nanoescala) és l'únic farciment de reforç que pot proporcionar la força requerida pel gel de sílice.
Requisits: s'ha d'utilitzar sílice aromàtica d'alta -puresa amb tractament especial, partícula petita i gran superfície específica. Pot formar una estructura de nano-xarxa forta a la matriu de sílice i mantenir certes propietats mecàniques fins i tot a altes temperatures.
II. Sistema additiu resistent a la calor
No n'hi ha prou amb confiar només en materials bàsics, i cal afegir additius especials resistents a la calor-per protegir i acompanyar.
Estabilitzador de calor:
1) Òxid de ferro (Fe₂O₃): aquest és l'additiu resistent a la calor-més clàssic i eficaç. S'utilitza habitualment el-marró -Fe₂O₃ vermellós. Captura els radicals lliures que ataquen la columna vertebral de siloxà a altes temperatures i catalitza la formació d'estructures de carboni de siloxà-més estables, inhibint així la degradació de la columna vertebral. La dosi normalment oscil·la entre 0,5 i 3 parts.
2) L'òxid de ceri (CeO₂) és un estabilitzador resistent a la calor-basat en terres rares- molt eficaç, especialment quan es combina amb Fe₂O₃. Inhibeix eficaçment la condensació i l'oxidació dels grups silanol.
3) Altres òxids de terres rares, com l'òxid de lantà (La₂O₃), també mostren una bona estabilitat tèrmica.
Seleccioneu el sistema de vulcanització adequat:
1) Vulcanització de peròxids: per a materials d'escuma, els peròxids (com ara el peròxid de bis(2,5-terciari)) són agents vulcanitzants que s'utilitzen habitualment. És essencial seleccionar peròxids amb productes de descomposició estables i propietats no corrosives, alhora que garanteix una vulcanització completa per evitar que els materials residuals es degraden a altes temperatures.
2) El sulfur de platí (sulfur d'addició) és l'opció preferida quan els processos de-formació d'escuma ho permeten. La seva estructura Si{-C crosslinked presenta una resistència tèrmica superior en comparació amb els enllaços C{-C en sistemes basats en peròxid{-, sense residus de descomposició. Tanmateix, els sistemes basats en platí-demanen controls ambientals i de processos estrictes i són propensos a l'enverinament.
III. Reptes dels processos d'escuma
Mentre es persegueix la resistència a les altes temperatures, també és necessari aconseguir una estructura d'escuma uniforme i estable.
Agent d'escuma química: la temperatura de descomposició ha de coincidir amb la temperatura de vulcanització i el producte de descomposició ha de ser un gas inert (com el nitrogen). El residu de descomposició no hauria de catalitzar la degradació de la matriu de gel de sílice.
Escumatge físic: tecnologies com l'escuma de fluids supercrítics poden evitar el problema dels residus d'agents d'escuma química, però la inversió en equip és gran i el procés és complex.
Punt clau: independentment del procés d'escuma que s'utilitzi, cal assegurar-se que l'estructura cel·lular sigui estable i que la paret cel·lular sigui densa. L'estructura cel·lular oberta o la paret cel·lular feble es col·lapsarà o es trencarà ràpidament a alta temperatura, donant lloc a una forta disminució del rendiment d'aïllament tèrmic.
IV. Disseny d'estructura i post-processament
Augmentar la densitat/Reduir les bombolles: amb la premissa de complir els requisits de pes i suavitat, augmentar adequadament la densitat del tauler d'escuma (és a dir, reduir la proporció d'escuma) pot obtenir una paret del forat més gruixuda i més resistent a la calor-, millorant així la resistència general a la temperatura i la resistència mecànica.
Estructura composta: penseu a crear una estructura "entrepà", per exemple, amb dues cares fetes de pel·lícula de silicona no-resistent a altes temperatures o de tela de fibra de vidre composta, i una capa d'escuma al mig. Això pot protegir la fràgil estructura porosa de l'exposició directa a un ambient d'alta temperatura.
Post{0}}vulcanització a alta temperatura: el tauler d'escuma format s'ha de vulcanitzar completament post-a alta temperatura (p. ex. coure durant diverses hores a 200-250 graus) per eliminar completament els volàtils de baix molecular i estabilitzar la xarxa de reticulació, que és fonamental per a un ús a llarg termini a alta temperatura.