Yli 300 asteen lämpötilan kestävyyden saavuttaminen silikonivaahtomuovilevyissä on merkittäviä vaikeuksia, koska tavalliset silikonimateriaalit toimivat tyypillisesti -60 - 200 asteen alueella pitkäaikaisessa-käytössä, ja lyhytaikaiset huippulämpötilat voivat nousta 250 asteeseen. Kun lämpötilat ylittävät tämän kynnyksen, polymeerirunko alkaa hajota, mikä johtaa materiaalin haurastumiseen, kimmoisuuden menettämiseen ja mahdolliseen jauhamiseen.
Yli 300 asteen lämpötilankeston saavuttamiseksi on tarpeen suorittaa kattava suunnittelu ja optimointi perusmateriaalista, vahvistusjärjestelmästä, lämmönkestävästä-lisäaineista, vaahdotusprosessista ja rakennesuunnittelusta.
Tärkeimmät tekniset lähestymistavat ja näkökohdat tämän tavoitteen saavuttamiseksi ovat seuraavat:
I. Ydinmateriaalien valinta ja optimointi
Tämä on perustavanlaatuisin askel.
Käytä korkean fenyylin silikonikumia:
Periaate: Tavallisella silikonikumilla (metyylivinyylisilikonikumilla) on rajoitettu lämmönkestävyys. Fenyyliryhmien lisääminen (erityisesti korkea difenyylisiloksaaniketjusegmenttien pitoisuus) siloksaanin pääketjuun voi parantaa huomattavasti materiaalin lämmönkestävyyttä.
Toiminta: Bentseenirenkaan kookas rakenne ja sen konjugaatiovaikutus voivat tehokkaasti suojata ja stabiloida lämpö-herkkiä Si-O-sidoksia, mikä estää lämpösyklisoitumisen hajoamisen ja polymeeriketjun oksidatiivisen katkeamisen. Korkea-fenyylisilikonikumi kestää pitkäaikaista-250-300 asteen lämpötiloja ja lyhytaikaisia yli 350 asteen lämpötiloja.
Käytä höyrystettyä piidioksidia vahvistavana täyteaineena:
Tarve: Vahvistamattomalla silikageelillä on erittäin alhainen lujuus. Höyrystetty piidioksidi (nanoscale silica) on ainoa vahvistava täyteaine, joka voi tarjota silikageelin vaatiman lujuuden.
Vaatimukset: On käytettävä erittäin{0}}puhdasta höyrystettyä piidioksidia, jossa on erityiskäsittely, pieni hiukkaskoko ja suuri ominaispinta-ala. Se voi muodostaa vahvan nano-verkkorakenteen piidioksidimatriisiin ja säilyttää tietyt mekaaniset ominaisuudet jopa korkeissa lämpötiloissa.
II. Lämmönkestävä lisäainejärjestelmä
Pelkästään perusmateriaaleihin luottaminen ei riitä, vaan erityisiä lämmönkestäviä{0}lisäaineita on lisättävä "suojaamaan ja saattamiseen".
Lämmön stabilointiaine:
1) Rautaoksidi (Fe₂O₃): Tämä on klassisin ja tehokkain lämmönkestävä lisäaine. Punertavan-ruskeaa -Fe₂O3:a käytetään yleisesti. Se vangitsee vapaita radikaaleja, jotka hyökkäävät siloksaanin runkoa korkeissa lämpötiloissa ja katalysoi vakaampien siloksaani{6}}hiilirakenteiden muodostumista, mikä estää selkärangan hajoamisen. Annostus vaihtelee tyypillisesti välillä 0,5 - 3 osaa.
2)Seriumoksidi (CeO₂) on erittäin tehokas harvinaisiin maametalliin perustuva -pohjainen lämmönkestävä- stabilointiaine, erityisesti yhdistettynä Fe2O3:n kanssa. Se estää tehokkaasti silanoliryhmien kondensoitumista ja hapettumista.
3) Muut harvinaisten maametallien oksidit, kuten lantaanioksidi (La2O3), osoittavat myös hyvää lämpöstabiilisuutta.
Valitse sopiva vulkanointijärjestelmä:
1) Peroksidivulkanointi: Vaahdotusaineissa peroksidit (kuten bis(2,5-tertiäärinen)peroksidi) ovat yleisesti käytettyjä vulkanointiaineita. On tärkeää valita peroksidit, joilla on stabiileja hajoamistuotteita ja ei-syövyttäviä ominaisuuksia, samalla kun varmistetaan täydellinen vulkanointi, jotta estetään jäännösmateriaalien hajoaminen korkeissa lämpötiloissa.
2) Platinasulfidi (additiosulfidi) on suositeltava valinta, kun vaahdonmuodostusprosessit sen sallivat. Sen sill-silloittunut Si-C-rakenne osoittaa ylivoimaista lämmönkestävyyttä verrattuna C-C-sidoksiin peroksidi--pohjaisissa järjestelmissä, eikä siinä ole hajoamisjäämiä. Platina{8}}pohjaiset järjestelmät vaativat kuitenkin tiukkaa prosessi- ja ympäristövalvontaa ja ovat alttiita myrkytyksille.
III. Vaahdotusprosessien haasteet
Tavoittelemalla korkean lämpötilan kestävyyttä on myös välttämätöntä saavuttaa yhtenäinen ja vakaa vaahtoutuva rakenne.
Kemiallinen vaahdotusaine: Hajoamislämpötilan tulee vastata vulkanointilämpötilaa, ja hajoamistuotteen tulee olla inerttiä kaasua (kuten typpeä). Hajoamisjäännöksen ei pitäisi katalysoida silikageelimatriisin hajoamista.
Fysikaalinen vaahdotus: Ylikriittisen nestevaahdon kaltaisilla tekniikoilla voidaan välttää kemiallisen vaahdotusainejäämän ongelma, mutta laiteinvestointi on suuri ja prosessi on monimutkainen.
Keskeinen kohta: Riippumatta siitä, mitä vaahdotusprosessia käytetään, on varmistettava, että solurakenne on vakaa ja soluseinä on tiivis. Avoin solurakenne tai heikko soluseinä romahtaa tai murtuu nopeasti korkeassa lämpötilassa, mikä johtaa jyrkästi lämmöneristyskyvyn heikkenemiseen.
IV. Rakenne ja jälkikäsittelyn-suunnittelu
Lisää tiheyttä/vähennä kuplia: Olettaen, että paino- ja pehmeysvaatimukset täyttyvät, vaahtomuovilevyn tiheyden sopiva lisääminen (eli vaahdotussuhteen pienentäminen) voi saada paksumman ja lämmönkestävämmän{0}}reiän seinämän, mikä parantaa yleistä lämmönkestävyyttä ja mekaanista lujuutta.
Komposiittirakenne: Harkitse esimerkiksi "sandwich"-rakenteen luomista, jonka kaksi sivua on valmistettu korkeaa-lämpötilaa kestävästä ei--huokoisesta silikonikalvosta tai lasikuitukangaskomposiitista ja jonka keskellä on vaahtokerros. Tämä voi suojata herkkää huokoista rakennetta suoralta altistumiselta korkean lämpötilan ympäristölle.
Jälki-korkean lämpötilan vulkanointi: Muodostunut vaahtolevy on vulkanoitava kokonaan jälki-korkeassa lämpötilassa (esim. paistaa useita tunteja 200-250 asteessa), jotta pienimolekyyliset haihtuvat aineet poistetaan kokonaan ja silloitusverkosto stabiloidaan, mikä on kriittistä pitkäaikaisessa korkeassa lämpötilassa.