دستیابی به مقاومت دمایی بیش از 300 درجه در صفحات فوم سیلیکونی مشکلات قابل توجهی را ایجاد می کند، زیرا مواد سیلیکونی استاندارد معمولاً در طول استفاده طولانی مدت در محدوده -60 درجه تا 200 درجه کار می کنند، با حداکثر دمای کوتاه مدت که به طور بالقوه به 250 درجه می رسد. هنگامی که دما از این آستانه فراتر می رود، ستون فقرات پلیمر شروع به تخریب می کند و در نتیجه باعث شکنندگی مواد، از دست دادن خاصیت ارتجاعی و در نهایت پودر شدن می شود.
برای دستیابی به مقاومت دمایی بیش از 300 درجه، طراحی و بهینه سازی جامع از مواد اولیه، سیستم تقویت کننده، افزودنی های مقاوم در برابر حرارت، فرآیند کف کردن و طراحی ساختاری ضروری است.
رویکردها و ملاحظات فنی اصلی برای دستیابی به این هدف به شرح زیر است:
I. انتخاب و بهینه سازی مواد اصلی
این اساسی ترین مرحله است.
از لاستیک سیلیکون با فنیل بالا استفاده کنید:
اصل: لاستیک سیلیکونی معمولی (لاستیک متیل وینیل سیلیکون) مقاومت حرارتی محدودی دارد. معرفی گروه های فنیل (به ویژه محتوای بالای بخش های زنجیره ای دی فنیل سیلوکسان) در زنجیره اصلی سیلوکسان می تواند مقاومت حرارتی مواد را تا حد زیادی بهبود بخشد.
عملکرد: ساختار حجیم حلقه بنزن و اثر مزدوج شدن آن میتواند به طور موثری از پیوندهای حساس به حرارت (Si-) محافظت و تثبیت کند، در نتیجه از تخریب چرخهای حرارتی و شکافت اکسیداتیو زنجیره پلیمری جلوگیری میکند. لاستیک سیلیکونی{3}فنیل بالا میتواند در دمای طولانیمدت-تا 250-300 درجه و دمای کوتاه مدت بیش از 350 درجه مقاومت کند.
از سیلیس دود شده به عنوان پرکننده تقویت کننده استفاده کنید:
ضرورت: سیلیکاژل تقویت نشده استحکام بسیار کمی دارد. سیلیس فومد (سیلیکا در مقیاس نانو) تنها پرکننده تقویت کننده ای است که می تواند استحکام مورد نیاز سیلیکاژل را تامین کند.
الزامات: باید از سیلیس بخار شده{0} با خلوص بالا با عملیات ویژه، اندازه ذرات کوچک و سطح ویژه بزرگ استفاده شود. می تواند یک ساختار شبکه نانو{2} قوی در ماتریس سیلیکا ایجاد کند و خواص مکانیکی خاصی را حتی در دمای بالا حفظ کند.
II. سیستم افزودنی مقاوم در برابر حرارت
تنها تکیه بر مواد اولیه کافی نیست و باید افزودنیهای ویژه مقاوم در برابر حرارت{0}}به «حفاظت و همراهی» اضافه شود.
تثبیت کننده حرارت:
1) اکسید آهن (Fe2O3): این کلاسیکترین و مؤثرترین افزودنی مقاوم در برابر حرارت است. معمولاً از-قهوه ای -Fe2O3 مایل به قرمز استفاده می شود. رادیکالهای آزاد را که در دماهای بالا به ستون فقرات سیلوکسان حمله میکنند جذب میکند و تشکیل ساختارهای کربنی پایدارتر سیلوکسان{6} را کاتالیز میکند و در نتیجه از تخریب ستون فقرات جلوگیری میکند. دوز معمولاً بین 0.5 تا 3 قسمت است.
2) اکسید سریم (CeO2) یک تثبیت کننده بسیار مؤثر بر پایه گرما{1} خاکی کمیاب است، به ویژه هنگامی که با Fe2O3 ترکیب شود. به طور موثری از تراکم و اکسیداسیون گروه های سیلانول جلوگیری می کند.
3) سایر اکسیدهای خاکی کمیاب، مانند اکسید لانتانیم (La2O3) نیز پایداری حرارتی خوبی از خود نشان می دهند.
سیستم ولکانیزاسیون مناسب را انتخاب کنید:
1) ولکانیزاسیون پراکسید: برای مواد کفساز، معمولاً از پراکسیدها (مانند بیس(2،5-سوال) پراکسید) از عوامل ولکانیزاسیون استفاده میشود. انتخاب پراکسیدهایی با محصولات تجزیه پایدار و خواص غیر خورنده و در عین حال اطمینان از ولکانیزاسیون کامل برای جلوگیری از تخریب مواد باقیمانده در دماهای بالا ضروری است.
2) سولفید پلاتین (سولفید افزودنی) زمانی که فرآیندهای تشکیل کف اجازه میدهند، انتخاب ارجح است. ساختار متقابل Si-C آن در مقایسه با پیوندهای C{5}C در سیستمهای مبتنی بر پراکسید، بدون باقیماندههای تجزیه، مقاومت حرارتی بالاتری از خود نشان میدهد. با این حال، سیستمهای مبتنی بر پلاتین نیازمند کنترلهای محیطی و فرآیندی دقیق هستند و مستعد مسمومیت هستند.
III. چالش های فرآیندهای کف سازی
در حالی که مقاومت در برابر دمای بالا را دنبال می کنید، دستیابی به ساختار کف کننده یکنواخت و پایدار نیز ضروری است.
عامل کف کننده شیمیایی: دمای تجزیه باید با دمای ولکانیزاسیون مطابقت داشته باشد و محصول تجزیه باید یک گاز بی اثر (مانند نیتروژن) باشد. باقی مانده تجزیه نباید تخریب ماتریس سیلیکاژل را کاتالیز کند.
کفسازی فیزیکی: فناوریهایی مانند کفسازی سیال فوق بحرانی میتوانند از مشکل باقیمانده مواد کفساز شیمیایی جلوگیری کنند، اما سرمایهگذاری تجهیزات زیاد و فرآیند پیچیده است.
نکته کلیدی: مهم نیست که از چه فرآیند کف سازی استفاده می شود، باید اطمینان حاصل شود که ساختار سلولی پایدار است و دیواره سلولی متراکم است. ساختار سلول باز یا دیواره سلولی ضعیف در دمای بالا به سرعت فرو می ریزد یا می شکند و در نتیجه عملکرد عایق حرارتی به شدت کاهش می یابد.
IV. ساختار و پست{1}}طراحی پردازش
افزایش تراکم/کاهش حباب: با فرض برآورده شدن وزن و نرمی مورد نیاز، با افزایش مناسب چگالی صفحه فوم (یعنی کاهش نسبت کف کردن) میتوانید دیوار سوراخ ضخیمتر و مقاومتر{0}}در حرارت را بدست آورید، در نتیجه مقاومت کلی در دمای و استحکام مکانیکی بهبود مییابد.
ساختار کامپوزیت: ایجاد یک ساختار "ساندویچی" را در نظر بگیرید، به عنوان مثال، با دو طرف ساخته شده از-فیلم سیلیکونی غیر متخلخل غیر-مقاوم در برابر درجه حرارت بالا یا کامپوزیت پارچه فیبر شیشه، و یک لایه فوم در وسط. این می تواند ساختار متخلخل شکننده را از قرار گرفتن در معرض مستقیم محیط با دمای بالا محافظت کند.
پست{0}}ولکانیزاسیون در دمای بالا: صفحه فوم تشکیلشده باید کاملاً ولکانیزه شود-در دمای بالا (مثلاً برای چندین ساعت در دمای 200-250 درجه پخته شود) تا کاملاً فرارهای مولکولی پایین را حذف کرده و شبکه اتصال متقابل را تثبیت کند، که برای استفاده طولانیمدت در دمای بالا بسیار مهم است.