يمثل تحقيق مقاومة لدرجة الحرارة تتجاوز 300 درجة في ألواح رغوة السيليكون صعوبات كبيرة، حيث تعمل مواد السيليكون القياسية عادةً في نطاق -60 درجة إلى 200 درجة أثناء الاستخدام طويل الأمد-، مع احتمال وصول درجات حرارة الذروة قصيرة المدى إلى 250 درجة . عندما تتجاوز درجات الحرارة هذه العتبة، يبدأ العمود الفقري للبوليمر في التحلل، مما يؤدي إلى هشاشة المواد، وفقدان المرونة، والسحق في نهاية المطاف.
لتحقيق مقاومة درجات الحرارة لأكثر من 300 درجة، من الضروري إجراء تصميم شامل وتحسين من المواد الأساسية ونظام التعزيز والإضافات المقاومة للحرارة -وعملية الرغوة والتصميم الهيكلي.
وفيما يلي الأساليب والاعتبارات التقنية الرئيسية لتحقيق هذا الهدف:
I. اختيار المواد الأساسية وتحسينها
هذه هي الخطوة الأساسية.
استخدام مطاط السيليكون عالي الفينيل:
المبدأ: مطاط السيليكون العادي (مطاط السيليكون فينيل الميثيل) لديه مقاومة محدودة للحرارة. يمكن أن يؤدي إدخال مجموعات الفينيل (خاصة المحتوى العالي من شرائح سلسلة ثنائي فينيل سيلوكسان) في السلسلة الرئيسية للسيلوكسان إلى تحسين مقاومة المادة للحرارة بشكل كبير.
الوظيفة: يمكن للهيكل الضخم لحلقة البنزين وتأثير الاقتران الخاص بها أن يحمي ويثبت بشكل فعال روابط Si-O الحساسة للحرارة، وبالتالي يمنع تدهور الدورة الحرارية والانقسام التأكسدي لسلسلة البوليمر. يمكن لمطاط السيليكون الفينيل-العالي أن يتحمل درجات الحرارة الطويلة-التي تصل إلى 250-300 درجة ودرجات الحرارة القصيرة المدى التي تتجاوز 350 درجة.
استخدم السيليكا المدخنة كحشو معزز:
الضرورة: يتمتع هلام السيليكا غير المقوى بقوة منخفضة للغاية. السيليكا المدخنة (السيليكا النانوية) هي الحشو المعزز الوحيد الذي يمكنه توفير القوة التي يتطلبها هلام السيليكا.
المتطلبات: يجب استخدام-سيليكا مدخنة عالية النقاء مع معالجة خاصة، وحجم جسيمات صغير ومساحة سطح محددة كبيرة. يمكن أن يشكل بنية شبكة نانوية قوية- في مصفوفة السيليكا ويحافظ على خصائص ميكانيكية معينة حتى في درجات الحرارة المرتفعة.
ثانيا. نظام إضافي مقاوم للحرارة
لا يكفي الاعتماد على المواد الأساسية وحدها، بل يجب إضافة إضافات خاصة مقاومة للحرارة -لعملية "الحماية والمرافقة".
مثبت الحرارة:
1) أكسيد الحديد (Fe₂O₃): هذه هي المادة المضافة المقاومة للحرارة الأكثر كلاسيكية وفعالية. يُستخدم اللون البني المحمر - -Fe₂O₃ بشكل شائع. فهو يلتقط الجذور الحرة التي تهاجم العمود الفقري للسيلوكسان في درجات حرارة عالية ويحفز تكوين هياكل كربون السيلوكسان- الأكثر استقرارًا، وبالتالي يمنع تدهور العمود الفقري. تتراوح الجرعة عادة من 0.5 إلى 3 أجزاء.
2) يعتبر أكسيد السيريوم (CeO₂) مادة أرضية نادرة شديدة الفعالية-مثبتة مقاومة للحرارة-، خاصة عند دمجها مع Fe₂O₃. إنه يمنع بشكل فعال تكثيف وأكسدة مجموعات السيلانول.
3) تظهر أكاسيد الأتربة النادرة الأخرى، مثل أكسيد اللانثانم (La₂O₃)، أيضًا ثباتًا حراريًا جيدًا.
حدد نظام الفلكنة المناسب:
1) الفلكنة البيروكسيدية: بالنسبة للمواد الرغوية، البيروكسيدات (مثل مكرر (2،5 -الثالثي) بيروكسيد) تستخدم عادة عوامل الفلكنة. من الضروري اختيار بيروكسيدات ذات منتجات تحلل مستقرة وخصائص غير قابلة للتآكل، مع ضمان الفلكنة الكاملة لمنع المواد المتبقية من التحلل تحت درجات حرارة عالية.
2) يعتبر كبريتيد البلاتين (كبريتيد الإضافة) هو الخيار المفضل عندما تسمح عمليات تشكيل الرغوة. يعرض هيكلها المتقاطع - Si-C مقاومة حرارية فائقة مقارنة بروابط C-C في الأنظمة المعتمدة على البيروكسيد -، مع عدم وجود بقايا تحلل. ومع ذلك، تتطلب الأنظمة المعتمدة على البلاتين-عمليات صارمة وضوابط بيئية وتكون عرضة للتسمم.
ثالثا. تحديات عمليات الرغوة
أثناء السعي لمقاومة درجات الحرارة العالية، من الضروري أيضًا تحقيق بنية رغوية موحدة ومستقرة.
عامل الرغوة الكيميائي: يجب أن تتوافق درجة حرارة التحلل مع درجة حرارة الفلكنة، ويجب أن يكون منتج التحلل غازًا خاملًا (مثل النيتروجين). يجب ألا تحفز بقايا التحلل تدهور مصفوفة هلام السيليكا.
الرغوة المادية: يمكن لتقنيات مثل رغوة السوائل فوق الحرجة أن تتجنب مشكلة بقايا عوامل الرغوة الكيميائية، ولكن الاستثمار في المعدات كبير والعملية معقدة.
النقطة الأساسية: بغض النظر عن عملية الرغوة المستخدمة، فمن الضروري التأكد من أن بنية الخلية مستقرة وجدار الخلية كثيف. سوف ينهار هيكل الخلية المفتوحة أو جدار الخلية الضعيف أو ينكسر بسرعة عند درجة حرارة عالية، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في أداء العزل الحراري.
رابعا. الهيكل وتصميم ما بعد -المعالجة
زيادة الكثافة/تقليل الفقاعات: على أساس تلبية متطلبات الوزن والنعومة، يمكن لزيادة كثافة لوح الرغوة بشكل مناسب (أي تقليل نسبة الرغوة) الحصول على جدار ثقب أكثر سمكًا وأكثر مقاومة للحرارة، وبالتالي تحسين مقاومة درجات الحرارة الإجمالية والقوة الميكانيكية.
البنية المركبة: فكر في إنشاء بنية "ساندويتش"، على سبيل المثال، مع جانبين مصنوعين من -طبقة سيليكون غير مسامية مقاومة لدرجات الحرارة العالية- أو مركب من قماش الألياف الزجاجية، وطبقة رغوية في المنتصف. هذا يمكن أن يحمي البنية المسامية الهشة من التعرض المباشر لبيئة درجة الحرارة المرتفعة.
ما بعد -الفلكنة بدرجة حرارة عالية: يجب أن يتم مبركن لوح الرغوة المشكل بالكامل بعد-درجة حرارة عالية (على سبيل المثال، خبزه لعدة ساعات عند درجة حرارة 200-250 درجة ) لإزالة المواد المتطايرة الجزيئية المنخفضة بشكل كامل وتحقيق استقرار شبكة الارتباط المتشابك، وهو أمر بالغ الأهمية للاستخدام طويل المدى في درجات الحرارة المرتفعة.