Mencapai ketahanan suhu yang melebihi 300 derajat pada papan busa silikon menimbulkan kesulitan yang signifikan, karena bahan silikon standar biasanya beroperasi dalam kisaran-60 derajat hingga 200 derajat selama penggunaan jangka panjang, dengan suhu puncak jangka pendek berpotensi mencapai 250 derajat . Ketika suhu melampaui ambang batas ini, tulang punggung polimer mulai terdegradasi, mengakibatkan kerapuhan material, hilangnya elastisitas, dan akhirnya hancur.
Untuk mencapai ketahanan suhu lebih dari 300 derajat , perlu dilakukan desain dan optimalisasi yang komprehensif mulai dari bahan dasar, sistem penguatan, aditif-tahan panas, proses pembusaan, dan desain struktur.
Pendekatan dan pertimbangan teknis utama untuk mencapai tujuan ini adalah sebagai berikut:
I. Seleksi dan Optimalisasi Bahan Inti
Ini adalah langkah paling mendasar.
Gunakan karet silikon fenil tinggi:
Prinsip: Karet silikon biasa (karet silikon metil vinil) memiliki ketahanan panas yang terbatas. Pengenalan gugus fenil (terutama segmen rantai difenilsiloksan yang tinggi) dalam rantai utama siloksan dapat sangat meningkatkan ketahanan panas bahan.
Fungsi: Struktur besar cincin benzena dan efek konjugasinya dapat secara efektif melindungi dan menstabilkan ikatan-Si-O yang sensitif terhadap panas, sehingga menghambat degradasi siklisasi termal dan pembelahan oksidatif rantai polimer. Karet silikon-fenil tinggi dapat menahan-suhu jangka panjang hingga 250-300 derajat dan suhu jangka pendek melebihi 350 derajat .
Gunakan silika berasap sebagai pengisi penguat:
Kebutuhan: Gel silika yang tidak diperkuat memiliki kekuatan yang sangat rendah. Silika berasap (silika skala nano) adalah satu-satunya pengisi penguat yang dapat memberikan kekuatan yang dibutuhkan oleh silika gel.
Persyaratan: Harus menggunakan silika berasap{0}}dengan kemurnian tinggi dengan perlakuan khusus, ukuran partikel kecil, dan luas permukaan spesifik yang besar. Ia dapat membentuk struktur jaringan nano-yang kuat dalam matriks silika dan mempertahankan sifat mekanik tertentu bahkan pada suhu tinggi.
II. Sistem aditif tahan panas
Tidaklah cukup hanya mengandalkan bahan dasar saja, dan-bahan tambahan tahan panas khusus harus ditambahkan untuk "melindungi dan menjaga".
Penstabil panas:
1)Iron oksida (Fe₂O₃): Ini adalah aditif tahan panas-yang paling klasik dan efektif. Warna-coklat kemerahan -Fe₂O₃ biasanya digunakan. Ia menangkap radikal bebas yang menyerang tulang punggung siloksan pada suhu tinggi dan mengkatalisis pembentukan struktur karbon siloksan-yang lebih stabil, sehingga menghambat degradasi tulang punggung. Dosis biasanya berkisar antara 0,5 hingga 3 bagian.
2)Serium oksida (CeO₂) adalah zat penstabil-tahan panas-tanah jarang yang sangat efektif, terutama bila dikombinasikan dengan Fe₂O₃. Ini secara efektif menghambat kondensasi dan oksidasi kelompok silanol.
3) Oksida tanah jarang lainnya, seperti lantanum oksida (La₂O₃), juga menunjukkan stabilitas termal yang baik.
Pilih sistem vulkanisasi yang sesuai:
1)Vulkanisasi peroksida: Untuk bahan berbusa, peroksida (seperti bis(2,5-tersier)peroksida) biasanya digunakan sebagai bahan vulkanisasi. Penting untuk memilih peroksida dengan produk penguraian yang stabil dan sifat non-korosif, sekaligus memastikan vulkanisasi lengkap untuk mencegah bahan sisa terdegradasi pada suhu tinggi.
2)Platinum sulfida (penambahan sulfida) adalah pilihan yang lebih disukai jika proses pembentukan busa-memungkinkan. Struktur-Si-C yang terikat silang menunjukkan ketahanan termal yang unggul dibandingkan dengan ikatan C-C dalam sistem berbasis peroksida-, tanpa residu dekomposisi. Namun, sistem berbasis-platinum memerlukan proses yang ketat dan pengendalian lingkungan serta rentan terhadap keracunan.
AKU AKU AKU. Tantangan proses berbusa
Sambil mengejar ketahanan terhadap suhu tinggi, struktur berbusa yang seragam dan stabil juga perlu dicapai.
Bahan pembusa kimia: Suhu dekomposisi harus sesuai dengan suhu vulkanisasi, dan produk dekomposisi harus berupa gas inert (seperti nitrogen). Residu penguraian tidak boleh mengkatalisis degradasi matriks silika gel.
Pembusaan fisik: Teknologi seperti pembusaan cairan superkritis dapat menghindari masalah residu bahan pembusa kimia, namun investasi peralatannya besar dan prosesnya rumit.
Poin utama: Apa pun proses pembusaan yang digunakan, penting untuk memastikan bahwa struktur sel stabil dan dinding sel padat. Struktur sel terbuka atau dinding sel yang lemah akan cepat runtuh atau pecah pada suhu tinggi, mengakibatkan penurunan tajam dalam kinerja isolasi termal.
IV. Struktur dan-Desain Pasca Pemrosesan
Meningkatkan kepadatan/Mengurangi gelembung: Dengan alasan memenuhi persyaratan berat dan kelembutan, meningkatkan kepadatan papan busa secara tepat (yaitu, mengurangi rasio busa) dapat menghasilkan dinding lubang-yang lebih tebal dan lebih tahan panas, sehingga meningkatkan ketahanan suhu dan kekuatan mekanis secara keseluruhan.
Struktur komposit: Pertimbangkan untuk membuat struktur "sandwich", misalnya, dengan dua sisi terbuat dari-film silikon tidak berpori-tahan suhu tinggi atau komposit kain serat kaca, dan lapisan berbusa di tengahnya. Hal ini dapat melindungi struktur berpori yang rapuh dari paparan langsung terhadap lingkungan bersuhu tinggi.
Pasca-vulkanisasi suhu tinggi: Papan busa yang terbentuk harus sepenuhnya divulkanisasi pasca-suhu tinggi (misalnya dipanggang selama beberapa jam pada suhu 200-250 derajat ) untuk sepenuhnya menghilangkan zat volatil bermolekul rendah dan menstabilkan jaringan ikatan silang, yang sangat penting untuk penggunaan suhu tinggi dalam jangka panjang.