Le caoutchouc de silicone (tel que le caoutchouc de silicone vulcanisé à haute-température, le caoutchouc de silicone vulcanisé à température ambiante-et le caoutchouc liquide) est largement utilisé dans les emballages électroniques, l'étanchéité de l'aviation et la fabrication automobile en raison de ses excellentes propriétés, notamment la résistance aux intempéries, l'isolation électrique et la résistance aux températures élevées et basses-. Cependant, à des températures de 250 degrés et plus, le caoutchouc de silicone est sensible à la dégradation par oxydation thermique, entraînant une rupture de la chaîne du polymère et la perte des groupes pendants. Cela s'accompagne de la volatilisation de petites molécules et de la destruction des structures de réticulation-, entraînant une perte de poids et une réduction des propriétés mécaniques, limitant considérablement sa durée de vie dans des conditions de fonctionnement extrêmes. L'amélioration de la stabilité à haute température du caoutchouc de silicone est devenue un sujet brûlant dans le domaine de la recherche sur les matériaux.
Le nano-dioxyde de titane (TiO₂) a le potentiel de servir d'additif fonctionnel et de charge dans le caoutchouc de silicone en raison de sa stabilité thermique, de son inertie chimique et de son effet nano-. Parmi eux, le nano-dioxyde de titane NT-50, préparé par la méthode en phase vapeur, a de larges perspectives d'application dans le caoutchouc de silicone en raison de sa petite taille de particules, de sa bonne dispersibilité et de sa forte activité de surface.
Les techniciens ont sélectionné trois caoutchoucs de silicone typiques : haute-température, température ambiante-et liquide. Ils ont préparé des échantillons expérimentaux avec 1,5 % de NT-50 ajoutés et des échantillons vierges sans nano-TiO₂. Tous les échantillons ont été stockés à 250 degrés et périodiquement pesés. La rétention de poids a été calculée (rétention de poids=poids après stockage de chaleur / poids initial × 100 %), et une courbe traçant la rétention de poids en fonction des jours de stockage de chaleur a été construite.
Dans la courbe de rétention de poids du caoutchouc de silicone sans NT-50, le caoutchouc à température ambiante a subi une perte de poids de plus de 40 % après 7 jours et le composé de caoutchouc a été pulvérisé, l'expérience a donc été terminée. Cependant, le caoutchouc à haute température et le caoutchouc liquide ont subi une perte de poids de 50 % après 21 jours et le composé de caoutchouc a été pulvérisé, l'expérience a donc été interrompue.
Dans la courbe de rétention de poids pour le caoutchouc de silicone contenant 1,5 % de NT-50, la perte de poids des caoutchoucs de silicone à température ambiante, à haute température et liquide était inférieure à 5 % après 7 jours, et même après 60 jours, elle ne dépassait pas 15 %. La rétention de poids des trois types de caoutchouc de silicone est restée supérieure à 85 % sur la période de 60 jours, démontrant que l'ajout de NT-50 a efficacement inhibé la dégradation par oxydation thermique et amélioré considérablement la stabilité à haute température du caoutchouc de silicone.
NT-50 améliore la stabilité à haute température du caoutchouc de silicone de trois manières principales :
Effet barrière physique : les particules Nano-TiO₂ forment un réseau dense au sein de la matrice de caoutchouc de silicone, qui, d'une part, bloque la pénétration de milieux agressifs comme l'oxygène et la vapeur d'eau, réduisant ainsi les réactions d'oxydation thermique ; d'autre part, il inhibe la volatilisation des petites molécules produites par la décomposition thermique du caoutchouc de silicone, réduisant ainsi la perte de poids.
Capture des radicaux libres : en tant que matériau semi-conducteur, les paires d'électrons de surface du nano-TiO₂ capturent les radicaux libres générés par la dégradation thermique, mettant fin à la réaction en chaîne des radicaux libres et inhibant fondamentalement la dégradation oxydative du matériau.
Conductivité thermique optimisée : la conductivité thermique élevée du nano-TiO₂ améliore l'uniformité de la répartition thermique dans le caoutchouc de silicone, réduisant ainsi la dégradation accélérée causée par une surchauffe localisée, permettant une dissipation thermique plus efficace et ralentissant le processus global de vieillissement thermique.
Le nano-dioxyde de titane NT-50 inhibe efficacement la dégradation par oxydation thermique du caoutchouc de silicone à haute température, offrant ainsi une solution viable pour prolonger sa durée de vie dans des environnements extrêmes. Du point de vue des applications industrielles, le caoutchouc de silicone contenant du NT-50 peut être étendu à des domaines nécessitant une résistance stricte aux températures élevées-, tels que l'étanchéité des moteurs d'avion, l'emballage des batteries de véhicules à énergie nouvelle et la dissipation thermique dans les équipements électroniques -haut de gamme. Cela résout le problème de la « sensibilité au vieillissement à haute température » du caoutchouc de silicone traditionnel, créant potentiellement un système de stabilité thermique plus efficace et favorisant la mise à niveau des matériaux en caoutchouc de silicone vers des propriétés à température plus élevée, plus fiables et plus durables, fournissant un support matériel clé pour le développement d'une fabrication haut de gamme.
