Siliconenrubber (zoals gevulkaniseerd siliconenrubber op hoge- temperatuur, gevulkaniseerd siliconenrubber op kamertemperatuur- en vloeibaar rubber) wordt veel gebruikt in elektronische verpakkingen, luchtvaartafdichtingen en autoproductie vanwege de uitstekende eigenschappen, waaronder weerbestendigheid, elektrische isolatie en weerstand tegen hoge en lage- temperaturen. Bij temperaturen van 250 graden en hoger is siliconenrubber echter gevoelig voor thermische oxidatieve afbraak, wat leidt tot breuk van de polymeerketen en het afstoten van hangende groepen. Dit gaat gepaard met de vervluchtiging van kleine moleculen en de vernietiging van verknopingsstructuren, resulterend in gewichtsverlies en verminderde mechanische eigenschappen, waardoor de levensduur ervan onder extreme bedrijfsomstandigheden ernstig wordt beperkt. Het verbeteren van de hoge-temperatuurstabiliteit van siliconenrubber is een hot topic geworden op het gebied van materiaalonderzoek.
Nano{0}}titaniumdioxide (TiO₂) heeft het potentieel om te dienen als een functioneel additief en vulmiddel in siliconenrubber vanwege de thermische stabiliteit, chemische inertie en nano--effect. Onder hen heeft nano-titaniumdioxide NT-50, bereid via de dampfasemethode, brede toepassingsmogelijkheden in siliconenrubber vanwege de kleine deeltjesgrootte, goede dispergeerbaarheid en hoge oppervlakteactiviteit.
Technici selecteerden drie typische siliconenrubbers: hoge-temperatuur, kamertemperatuur-en vloeistof. Ze bereidden experimentele monsters met 1,5% NT-50 toegevoegd, en blanco monsters zonder nano-TiO₂. Alle monsters werden in warmte opgeslagen bij 250 graden en periodiek gewogen. Het gewichtsbehoud werd berekend (gewichtsbehoud=gewicht na warmteopslag / aanvankelijk gewicht x 100%), en er werd een curve gemaakt die het gewichtsbehoud versus de dagen met warmteopslag uitzet.
In de gewichtsbehoudcurve van siliconenrubber zonder NT-50 had het rubber bij kamertemperatuur na 7 dagen een gewichtsverlies van meer dan 40% en was de rubberverbinding verpulverd, zodat het experiment werd beëindigd. Het hogetemperatuurrubber en het vloeibare rubber vertoonden echter na 21 dagen een gewichtsverlies van 50% en het rubbermengsel was verpulverd, zodat het experiment werd beëindigd.
In de gewichtsbehoudcurve voor siliconenrubber met 1,5% NT-50 was het gewichtsverlies van de siliconenrubbers op kamertemperatuur, hoge temperatuur en vloeibare siliconenrubbers minder dan 5% na 7 dagen, en zelfs na 60 dagen niet meer dan 15%. Het gewichtsbehoud van alle drie de typen siliconenrubber bleef gedurende de periode van 60 dagen boven de 85%, wat aantoont dat de toevoeging van NT-50 de thermische oxidatieve afbraak effectief remde en de stabiliteit bij hoge temperaturen van het siliconenrubber aanzienlijk verbeterde.
NT-50 verbetert de stabiliteit bij hoge temperaturen van siliconenrubber op drie belangrijke manieren:
Fysisch barrière-effect: Nano-TiO₂-deeltjes vormen een dicht netwerk binnen de siliconenrubbermatrix, dat enerzijds de penetratie van agressieve media zoals zuurstof en waterdamp blokkeert, waardoor thermische oxidatiereacties worden verminderd; aan de andere kant remt het de vervluchtiging van kleine moleculen die worden geproduceerd door thermische ontleding van het siliconenrubber, waardoor het gewichtsverlies wordt verminderd.
Vrije radicalenvangst: Als halfgeleidermateriaal vangen de oppervlakte-elektronenparen van nano-TiO₂ vrije radicalen op die worden gegenereerd door thermische degradatie, waardoor de kettingreactie van vrije radicalen wordt beëindigd en de oxidatieve afbraak van het materiaal fundamenteel wordt geremd.
Geoptimaliseerde thermische geleidbaarheid: de hoge thermische geleidbaarheid van nano-TiO₂ verbetert de uniformiteit van de thermische verdeling in siliconenrubber, waardoor versnelde degradatie als gevolg van plaatselijke oververhitting wordt verminderd, waardoor een efficiëntere warmteafvoer mogelijk wordt en het algehele thermische verouderingsproces wordt vertraagd.
Nano-titaniumdioxide NT-50 remt effectief de thermische oxidatieve afbraak van siliconenrubber bij hoge temperaturen, waardoor een haalbare oplossing wordt geboden voor het verlengen van de levensduur ervan in extreme omgevingen. Vanuit het perspectief van een industriële toepassing kan siliconenrubber met NT-50 verder worden uitgebreid naar gebieden die een strenge hoge- temperatuurbestendigheid vereisen, zoals de afdichting van vliegtuigmotoren, de verpakking van nieuwe energievoertuigen en warmteafvoer in hoogwaardige elektronische apparatuur. Dit pakt het pijnpunt aan van de "gevoeligheid van traditioneel siliconenrubber voor veroudering bij hoge- temperaturen", waardoor mogelijk een efficiënter thermisch stabiliteitssysteem ontstaat en de verbetering van siliconenrubbermaterialen naar hogere- temperatuur-, betrouwbaardere en duurzamere eigenschappen wordt bevorderd, waardoor belangrijke materiaalondersteuning wordt geboden voor de ontwikkeling van hoogwaardige productie.
