Silikonegummi (såsom høj-temperaturvulkaniseret silikonegummi, rum-vulkaniseret silikonegummi og flydende gummi) er meget udbredt i elektronisk emballage, luftfartsforsegling og bilfremstilling på grund af dets fremragende egenskaber, herunder vejrbestandighed, elektrisk isolering og høj og lav-temperaturmodstand. Ved temperaturer på 250 grader og derover er silikonegummi imidlertid modtagelig over for termisk oxidativ nedbrydning, hvilket fører til polymerkædebrud og vedhængende gruppeafgivelse. Dette er ledsaget af fordampning af små molekyler og ødelæggelse af tværbindingsstrukturer, hvilket resulterer i vægttab og reducerede mekaniske egenskaber, hvilket i høj grad begrænser dets levetid under ekstreme driftsforhold. Forbedring af den høje-temperaturstabilitet af silikonegummi er blevet et varmt emne inden for materialeforskningsfeltet.
Nano-titaniumdioxid (TiO₂) har potentialet til at fungere som et funktionelt additiv og fyldstof i silikonegummi på grund af dets termiske stabilitet, kemiske inerthed og nano-effekt. Blandt dem har nano-titaniumdioxid NT-50, fremstillet ved dampfasemetoden, brede anvendelsesmuligheder i silikonegummi på grund af dets lille partikelstørrelse, gode dispergerbarhed og høje overfladeaktivitet.
Teknikere valgte tre typiske silikonegummier: høj-temperatur, stuetemperatur-og væske. De forberedte eksperimentelle prøver med 1,5 % NT-50 tilføjet og blankprøver uden nano-TiO₂. Alle prøver blev varmelagret ved 250 grader og periodisk vejet. Vægtretention blev beregnet (vægtretention=vægt efter varmelagring / startvægt × 100 %), og der blev konstrueret en kurve, der plottede vægtretention versus varmelagringsdage.
I vægtretentionskurven for silikonegummi uden NT-50 havde stuetemperaturgummiet et vægttab på mere end 40% efter 7 dage, og gummiblandingen var blevet pulveriseret, hvorfor forsøget blev afsluttet. Højtemperaturgummiet og flydende gummi havde dog et vægttab på 50 % efter 21 dage, og gummiblandingen var blevet pulveriseret, så forsøget blev afsluttet.
I vægtretentionskurven for silikonegummi indeholdende 1,5 % NT-50 var vægttabet af stuetemperatur, høj temperatur og flydende silikonegummi mindre end 5 % efter 7 dage, og selv efter 60 dage oversteg det ikke 15 %. Vægttilbageholdelsen af alle tre typer silikonegummi forblev over 85% i løbet af 60-dages perioden, hvilket viser, at tilsætningen af NT-50 effektivt hæmmede termisk oxidativ nedbrydning og signifikant forbedrede højtemperaturstabiliteten af silikonegummi.
NT-50 forbedrer højtemperaturstabiliteten af silikonegummi på tre vigtige måder:
Fysisk barriereeffekt: Nano-TiO₂-partikler danner et tæt netværk i silikonegummi-matrixen, som på den ene side blokerer indtrængning af aggressive medier som oxygen og vanddamp, hvilket reducerer termiske oxidationsreaktioner; på den anden side hæmmer det fordampningen af små molekyler produceret ved termisk nedbrydning af silikonegummi og reducerer derved vægttab.
Frie radikaler: Som et halvledermateriale fanger nano-TiO₂'s overfladeelektronpar frie radikaler genereret ved termisk nedbrydning, afslutter den frie radikal-kædereaktion og inhiberer fundamentalt oxidativ nedbrydning af materialet.
Optimeret termisk ledningsevne: Den høje termiske ledningsevne af nano-TiO₂ forbedrer ensartetheden af termisk fordeling i silikonegummi, reducerer accelereret nedbrydning forårsaget af lokal overophedning, muliggør mere effektiv varmeafledning og sænker den overordnede termiske ældningsproces.
Nano-titaniumdioxid NT-50 hæmmer effektivt den termiske oxidative nedbrydning af silikonegummi ved høje temperaturer, hvilket giver en levedygtig løsning til at forlænge dets levetid i ekstreme miljøer. Fra et industriapplikationsperspektiv kan silikonegummi, der indeholder NT-50, udvides yderligere til områder, der kræver streng høj-temperaturmodstand, såsom forsegling af flymotorer, batteripakning til nye energikøretøjer og varmeafledning i høj-elektronisk udstyr. Dette adresserer smertepunktet ved traditionel silikonegummis "modtagelighed over for høj-temperaturældning", hvilket potentielt skaber et mere effektivt termisk stabilitetssystem og fremmer opgraderingen af silikonegummimaterialer mod højere-temperatur, mere pålidelige og længerevarende egenskaber, hvilket giver nøglematerialestøtte til udviklingen af avanceret fremstilling.
