Silikonový kaučuk (jako je vysokoteplotní vulkanizovaný silikonový kaučuk, vulkanizovaný silikonový kaučuk při pokojové teplotě a tekutý kaučuk) je široce používán v elektronických obalech, leteckém těsnění a výrobě automobilů díky svým vynikajícím vlastnostem, jako je odolnost proti povětrnostním vlivům, elektrická izolace a odolnost vůči vysokým a nízkým -teplotám. Avšak při teplotách 250 stupňů a vyšších je silikonový kaučuk náchylný k tepelné oxidační degradaci, což vede k přetržení polymerního řetězce a odlupování přívěsných skupin. To je doprovázeno těkáním malých molekul a destrukcí-síťujících struktur, což vede ke ztrátě hmotnosti a snížení mechanických vlastností, což výrazně omezuje jeho životnost v extrémních provozních podmínkách. Zlepšení vysoké-teplotní stability silikonového kaučuku se stalo horkým tématem v oblasti výzkumu materiálů.
Nano-oxid titaničitý (TiO₂) má potenciál sloužit jako funkční přísada a plnivo v silikonovém kaučuku díky své tepelné stabilitě, chemické inertnosti a nano-efektu. Mezi nimi nano-oxid titaničitý NT-50, připravený metodou v parní fázi, má široké uplatnění v silikonovém kaučuku díky své malé velikosti částic, dobré disperzibilitě a vysoké povrchové aktivitě.
Technici vybrali tři typické silikonové kaučuky: vysoko-teplotní, pokojovou-teplotu a tekutou. Připravili experimentální vzorky s přidaným 1,5 % NT-50 a slepé vzorky bez nano-TiO₂. Všechny vzorky byly tepelně skladovány při 250 stupních a pravidelně váženy. Byla vypočtena retence hmotnosti (hmotnost retence=po akumulaci tepla / počáteční hmotnost × 100 %) a byla sestrojena křivka vykreslující retenci hmotnosti versus dny skladování tepla.
V křivce udržení hmotnosti silikonového kaučuku bez NT-50 měl kaučuk při pokojové teplotě úbytek hmotnosti více než 40 % po 7 dnech a kaučuková směs se rozmělnila na prášek, takže experiment byl ukončen. Avšak vysokoteplotní kaučuk a kapalný kaučuk měly po 21 dnech úbytek hmotnosti 50 % a kaučuková směs se rozmělnila na prášek, takže experiment byl ukončen.
V křivce udržení hmotnosti pro silikonový kaučuk obsahující 1,5 % NT-50 byl úbytek hmotnosti pokojové teploty, vysoké teploty a tekutého silikonového kaučuku po 7 dnech menší než 5 % a ani po 60 dnech nepřesáhl 15 %. Zachování hmotnosti všech tří typů silikonového kaučuku zůstalo nad 85 % po dobu 60 dnů, což dokazuje, že přidání NT-50 účinně inhibovalo tepelnou oxidační degradaci a významně zlepšilo stabilitu silikonového kaučuku při vysokých teplotách.
NT-50 zlepšuje stabilitu silikonové pryže při vysokých teplotách třemi klíčovými způsoby:
Fyzikální bariérový efekt: Částice nano{0}}TiO₂ tvoří hustou síť v matrici silikonového kaučuku, která na jedné straně blokuje pronikání agresivních médií, jako je kyslík a vodní pára, a snižuje tepelné oxidační reakce; na druhé straně inhibuje těkání malých molekul produkovaných tepelným rozkladem silikonového kaučuku, čímž snižuje ztrátu hmotnosti.
Zachycování volných radikálů: Jako polovodičový materiál zachycují povrchové elektronové páry nano-TiO₂ volné radikály generované tepelnou degradací, čímž ukončují řetězovou reakci volných radikálů a zásadně inhibují oxidační degradaci materiálu.
Optimalizovaná tepelná vodivost: Vysoká tepelná vodivost nano-TiO₂ zlepšuje rovnoměrnost rozložení tepla v silikonové pryži, snižuje zrychlenou degradaci způsobenou lokalizovaným přehřátím, umožňuje účinnější odvod tepla a zpomaluje celkový proces tepelného stárnutí.
Nano-oxid titaničitý NT-50 účinně inhibuje tepelnou oxidační degradaci silikonového kaučuku při vysokých teplotách a poskytuje životaschopné řešení pro prodloužení jeho životnosti v extrémních prostředích. Z pohledu průmyslové aplikace lze silikonový kaučuk obsahující NT-50 dále rozšířit do oblastí vyžadujících přísnou odolnost vůči vysokým-teplotám, jako je těsnění leteckých motorů, balení baterií nových energetických vozidel a odvod tepla ve špičkových-elektronických zařízeních. To řeší problém „náchylnosti tradičního silikonového kaučuku ke stárnutí při vysokých-teplotách“, případně vytváří účinnější systém tepelné stability a podporuje modernizaci materiálů ze silikonového kaučuku směrem k vyšším{10}}teplotám, spolehlivějším a trvanlivějším vlastnostem, což poskytuje klíčovou materiálovou podporu pro rozvoj špičkové výroby.
