Postizanje otpornosti na temperaturu veću od 300 stupnjeva u pločama od silikonske pjene predstavlja značajne poteškoće, jer standardni silikonski materijali obično rade u rasponu od -60 stupnjeva do 200 stupnjeva tijekom dugotrajne-upotrebe, s kratkoročnim vršnim temperaturama koje potencijalno dosežu 250 stupnjeva. Kada temperature prijeđu ovaj prag, polimerna okosnica počinje se degradirati, što rezultira lomljivošću materijala, gubitkom elastičnosti i konačnim usitnjavanjem.
Da bi se postigla otpornost na temperaturu veću od 300 stupnjeva, potrebno je izvršiti sveobuhvatan dizajn i optimizaciju od osnovnog materijala, sustava ojačanja, aditiva otpornih na toplinu, procesa pjenjenja i konstrukcijskog dizajna.
Glavni tehnički pristupi i razmatranja za postizanje ovog cilja su sljedeći:
I. Odabir i optimizacija osnovnih materijala
Ovo je najosnovniji korak.
Koristite silikonsku gumu s visokim udjelom fenila:
Princip: Obična silikonska guma (metil vinil silikonska guma) ima ograničenu otpornost na toplinu. Uvođenje fenilnih skupina (osobito visokog sadržaja segmenata lanca difenilsiloksana) u glavni lanac siloksana može uvelike poboljšati otpornost materijala na toplinu.
Funkcija: glomazna struktura benzenskog prstena i njegov učinak konjugacije mogu učinkovito zaštititi i stabilizirati topli-Si-O veze, čime se inhibira degradacija toplinske ciklizacije i oksidativno cijepanje polimernog lanca. Visok-fenil silikonska guma može izdržati dugotrajne-temperature do 250-300 stupnjeva i kratkotrajne temperature veće od 350 stupnjeva.
Kao punilo za pojačanje upotrijebite pareni silicij:
Nužnost: Neojačani silikagel ima izuzetno nisku čvrstoću. Upareni silicij (nanorazmjerni silicij) jedino je ojačavajuće punilo koje može pružiti čvrstoću potrebnu za silikagel.
Zahtjevi: Mora se koristiti visoko{0}}pareni silicijev dioksid s posebnim tretmanom, malom veličinom čestica i velikom specifičnom površinom. Može formirati snažnu strukturu nano-mreže u matrici silicijevog dioksida i zadržati određena mehanička svojstva čak i pri visokoj temperaturi.
II. Sustav aditiva otporan na toplinu
Nije dovoljno osloniti se samo na osnovne materijale, već se moraju dodati i posebni aditivi otporni-na toplinu za "zaštitu i pratnju".
Stabilizator topline:
1) Željezni oksid (Fe₂O₃): Ovo je najklasičniji i najučinkovitiji aditiv otporan-na toplinu. Obično se koristi crvenkasto-smeđi -Fe₂O₃. On hvata slobodne radikale koji napadaju okosnicu siloksana na visokim temperaturama i katalizira stvaranje stabilnijih siloksanskih -ugljikovih struktura, čime inhibira razgradnju okosnice. Doziranje se obično kreće od 0,5 do 3 dijela.
2) Cerijev oksid (CeO₂) vrlo je učinkovit stabilizator otporan-na toplinu-na bazi rijetke zemlje, posebno u kombinaciji s Fe₂O₃. Učinkovito inhibira kondenzaciju i oksidaciju silanolnih skupina.
3) Drugi oksidi rijetkih zemalja, kao što je lantanov oksid (La₂O₃), također pokazuju dobru toplinsku stabilnost.
Odaberite odgovarajući sustav vulkanizacije:
1) Vulkanizacija peroksidom: Za pjenjene materijale, peroksidi (kao što je bis(2,5-tercijarni)peroksid) su obično korištena sredstva za vulkanizaciju. Bitno je odabrati perokside sa stabilnim produktima razgradnje i nekorozivnim svojstvima, uz osiguravanje potpune vulkanizacije kako bi se spriječilo raspadanje ostataka materijala pod visokim temperaturama.
2)Platinum sulfid (adicijski sulfid) je preferirani izbor kada dopuštaju-procesi stvaranja pjene. Njegova unakrsno-povezana Si-C struktura pokazuje superiornu toplinsku otpornost u usporedbi s C-C vezama u sustavima koji se temelje na-peroksidu, bez ostataka razgradnje. Međutim, sustavi-temeljeni na platini zahtijevaju strogu kontrolu procesa i okoliša te su skloni trovanju.
III. Izazovi procesa pjenjenja
Dok se teži otpornosti na visoke temperature, također je potrebno postići jednoliku i stabilnu strukturu pjene.
Kemijski agens za pjenjenje: Temperatura raspadanja treba odgovarati temperaturi vulkanizacije, a produkt raspadanja treba biti inertni plin (kao što je dušik). Ostatak razgradnje ne bi trebao katalizirati razgradnju matrice silikagela.
Fizičko pjenjenje: Tehnologije poput superkritičnog fluidnog pjenjenja mogu izbjeći problem ostataka kemijskog sredstva za pjenjenje, ali ulaganje u opremu je veliko, a proces složen.
Ključna točka: Bez obzira koji se postupak pjenjenja koristi, potrebno je osigurati da je stanična struktura stabilna i da je stanična stijenka gusta. Otvorena stanična struktura ili slaba stanična stijenka će se urušiti ili brzo slomiti na visokoj temperaturi, što će rezultirati naglim padom toplinske izolacije.
IV. Dizajn strukture i naknadne-obrade
Povećanje gustoće/smanjenje mjehurića: pod pretpostavkom ispunjavanja zahtjeva težine i mekoće, odgovarajućim povećanjem gustoće pjenaste ploče (tj. smanjenjem omjera pjenjenja) može se dobiti deblja i topli{0}}otpornija stijenka otvora, čime se poboljšava ukupna temperaturna otpornost i mehanička čvrstoća.
Kompozitna struktura: Razmislite o stvaranju "sendvič" strukture, na primjer, s dvije strane izrađene od ne-poroznog silikonskog filma otpornog na visoke-temperature ili kompozita od staklenih vlakana, i pjenastim slojem u sredini. To može zaštititi krhku poroznu strukturu od izravnog izlaganja okolišu visoke temperature.
Vulkanizacija nakon-visoke temperature: Formirana ploča od pjene mora biti u potpunosti vulkanizirana nakon-visoke temperature (npr. pečena nekoliko sati na 200-250 stupnjeva) kako bi se u potpunosti uklonile hlapljive materije niske molekularne vrijednosti i stabilizirala mreža za umrežavanje, što je kritično za dugotrajnu upotrebu na visokim temperaturama.