Alcançar resistência à temperatura superior a 300 graus em placas de espuma de silicone apresenta dificuldades significativas, já que os materiais de silicone padrão normalmente operam dentro de uma faixa de-60 graus a 200 graus durante o uso-de longo prazo, com picos de temperaturas de curto prazo que podem atingir 250 graus . Quando as temperaturas ultrapassam este limite, a estrutura do polímero começa a degradar-se, resultando na fragilidade do material, perda de elasticidade e eventual pulverização.
Para atingir a resistência à temperatura superior a 300 graus, é necessário realizar um projeto abrangente e otimização do material básico, sistema de reforço, aditivos-resistentes ao calor, processo de formação de espuma e projeto estrutural.
As principais abordagens técnicas e considerações para atingir este objetivo são as seguintes:
I. Seleção e Otimização de Materiais Principais
Este é o passo mais fundamental.
Use borracha de silicone com alto teor de fenil:
Princípio: A borracha de silicone comum (borracha de silicone metilvinil) tem resistência ao calor limitada. A introdução de grupos fenil (especialmente alto teor de segmentos da cadeia de difenilsiloxano) na cadeia principal do siloxano pode melhorar muito a resistência ao calor do material.
Função: A estrutura volumosa do anel de benzeno e seu efeito de conjugação podem proteger e estabilizar efetivamente as ligações Si-O sensíveis ao calor, inibindo assim a degradação da ciclização térmica e a clivagem oxidativa da cadeia polimérica. A borracha de silicone com alto-fenil pode suportar temperaturas de longo-prazo de até 250-300 graus e temperaturas de curto prazo superiores a 350 graus .
Use sílica pirogênica como enchimento de reforço:
Necessidade: A sílica gel não reforçada tem resistência extremamente baixa. A sílica pirogênica (sílica em nanoescala) é o único enchimento de reforço que pode fornecer a resistência exigida pela sílica gel.
Requisitos: Deve-se usar sílica pirogênica de alta-pureza com tratamento especial, tamanho de partícula pequeno e grande área de superfície específica. Ele pode formar uma estrutura de nano{2}}rede forte na matriz de sílica e manter certas propriedades mecânicas mesmo em altas temperaturas.
II. Sistema de aditivos resistentes ao calor
Não basta confiar apenas em materiais básicos, e aditivos especiais-resistentes ao calor devem ser adicionados para "proteger e acompanhar".
Estabilizador de calor:
1) Óxido de ferro (Fe₂O₃): Este é o aditivo-resistente ao calor mais clássico e eficaz. O Fe₂O₃ -marrom avermelhado é comumente usado. Ele captura radicais livres que atacam a estrutura do siloxano em altas temperaturas e catalisa a formação de estruturas de carbono-de siloxano mais estáveis, inibindo assim a degradação da estrutura. A dosagem normalmente varia de 0,5 a 3 partes.
2)O óxido de cério (CeO₂) é um estabilizador resistente ao calor-à base de terras raras-altamente eficaz, especialmente quando combinado com Fe₂O₃. Inibe efetivamente a condensação e oxidação de grupos silanol.
3) Outros óxidos de terras raras, como o óxido de lantânio (La₂O₃), também apresentam boa estabilidade térmica.
Selecione o sistema de vulcanização apropriado:
1) Vulcanização por peróxido: Para materiais espumantes, peróxidos (como peróxido bis(2,5-terciário)) são agentes de vulcanização comumente usados. É essencial selecionar peróxidos com produtos de decomposição estáveis e propriedades não corrosivas, garantindo ao mesmo tempo uma vulcanização completa para evitar a degradação de materiais residuais sob altas temperaturas.
2) O sulfeto de platina (sulfeto de adição) é a escolha preferida quando os processos-de formação de espuma permitem. Sua estrutura de-Si-C reticulada exibe resistência térmica superior em comparação com as ligações C-C em sistemas à base de peróxido-, sem resíduos de decomposição. No entanto, os sistemas-baseados em platina exigem processos e controles ambientais rigorosos e são propensos a envenenamento.
III. Desafios dos processos de formação de espuma
Ao buscar resistência a altas temperaturas, também é necessário obter uma estrutura de espuma uniforme e estável.
Agente espumante químico: A temperatura de decomposição deve corresponder à temperatura de vulcanização e o produto de decomposição deve ser um gás inerte (como nitrogênio). O resíduo de decomposição não deve catalisar a degradação da matriz de sílica gel.
Formação física de espuma: Tecnologias como a formação de espuma com fluido supercrítico podem evitar o problema de resíduos de agentes espumantes químicos, mas o investimento em equipamentos é grande e o processo é complexo.
Ponto chave: Independentemente do processo de formação de espuma utilizado, é necessário garantir que a estrutura celular seja estável e a parede celular seja densa. A estrutura celular aberta ou a parede celular fraca entrará em colapso ou quebrará rapidamente em altas temperaturas, resultando em um declínio acentuado no desempenho do isolamento térmico.
4. Estrutura e design de pós{1}}processamento
Aumentar a densidade/reduzir bolhas: com a premissa de atender aos requisitos de peso e maciez, aumentar adequadamente a densidade da placa de espuma (ou seja, reduzir a taxa de formação de espuma) pode obter uma parede do furo mais espessa e mais{0}}resistente ao calor, melhorando assim a resistência geral à temperatura e a resistência mecânica.
Estrutura composta: considere criar uma estrutura "sanduíche", por exemplo, com dois lados feitos de filme de silicone não{1}}poroso resistente a altas-temperaturas ou composto de tecido de fibra de vidro e uma camada de espuma no meio. Isto pode proteger a frágil estrutura porosa da exposição direta ao ambiente de alta temperatura.
Vulcanização pós{0}}alta temperatura: a placa de espuma formada precisa ser totalmente vulcanizada pós-alta temperatura (por exemplo, cozida por várias horas a 200-250 graus) para remover completamente os voláteis de baixo peso molecular e estabilizar a rede de reticulação, o que é fundamental para uso prolongado em altas temperaturas.