275℃熱儲24h 空白樣性能暴跌，納米鈦高溫膠依舊“能打”

在航空航天、汽車工業(yè)、電子設(shè)備等領(lǐng)域，高溫硫化硅橡膠作為關(guān)鍵的密封、粘接主要材料，需長期承受200℃以上的極端溫度環(huán)境。然而，傳統(tǒng)高溫膠在持續(xù)熱應(yīng)力下易發(fā)生分子鏈降解、交聯(lián)密度下降，導(dǎo)致拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能急劇衰減，嚴重影響服役可靠性。氣相納米材料的出現(xiàn)為突破這一瓶頸提供了一條新路徑，通過納米顆粒的小尺寸效應(yīng)、高比表面積特性可與高分子基體形成特殊界面作用，有效延緩高溫膠的熱老化進程。

其中，納米二氧化鈦（TiO?）因優(yōu)異的耐熱性、化學穩(wěn)定性及補強潛力，成為高溫膠補強的理想候選材料。湖北匯富納米材料股份有限公司研發(fā)人員以275℃熱儲條件為研究場景，經(jīng)過24h不間斷的實驗測試，對比分析空白樣與添加1.5%納米TiO?高溫膠拉伸強度、斷裂伸長率與時間之間的變化規(guī)律，揭示納米TiO?對高溫膠熱穩(wěn)定性的提升效果。

圖1

匯富納米技術(shù)人員對拉伸強度數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和記錄，得到高溫膠拉伸強度隨熱儲時間變化圖（圖1）。在空白樣和實驗樣初始狀態(tài)，0-2h二者的拉伸強度十分接近，大約拉伸強度在7MPa左右，但熱儲2小時后，空白樣拉伸強度快速下降，24小時時僅余約1MPa，而TiO?的拉伸強度衰減趨勢在整個24h測試時間中明顯趨于緩和，24小時結(jié)束時仍保持約6MPa的強度水平。

結(jié)果反映出納米TiO?的納米尺寸效應(yīng)使其與高分子鏈間形成強界面結(jié)合，當材料受拉時，應(yīng)力可通過界面?zhèn)鬟f至納米顆粒，避免基體內(nèi)部的應(yīng)力集中；其二，TiO?的化學穩(wěn)定性可抑制高溫下的氧化降解反應(yīng)，延緩交聯(lián)密度下降與分子鏈斷裂，在長期高溫下仍能維持相對完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出更優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能。而空白樣因缺乏有效防護，分子鏈逐步斷裂、交聯(lián)點流失，導(dǎo)致強度暴跌。

圖2

圖2展示了高溫膠斷裂伸長率隨275℃熱儲時間的變化趨勢。初始狀態(tài)下，空白樣斷裂伸長率約為420%，略高于添加1.5%納米TiO?的實驗樣，但熱儲2小時后，兩者曲線出現(xiàn)顯著分化：

空白樣斷裂伸長率隨時間延長持續(xù)下降，24小時時已逼近0%，表明分子鏈在高溫下發(fā)生嚴重降解，材料延展性完全喪失，而添加納米TiO?的實驗樣在2小時后斷裂伸長率基本維持穩(wěn)定，24小時時仍保持約250%的水平。

這是由于納米TiO?顆粒在高溫膠基體中均勻分散，形成納米級物理交聯(lián)點，一方面限制分子鏈的無規(guī)熱運動，減少熱誘導(dǎo)的鏈段斷裂，另一方面，顆粒間的協(xié)同作用可有效分散應(yīng)力，避免局部應(yīng)變集中導(dǎo)致的脆性斷裂。熱儲后期，空白樣的劇烈衰減與實驗樣的穩(wěn)定形成鮮明對比，證明納米TiO?顯著提升了高溫膠的抗熱收縮能力。

高溫膠通常以有機硅橡膠、氟橡膠等為基體，這類材料雖具備先天的耐高溫潛力，但純膠在極端環(huán)境下的性能衰減仍是行業(yè)痛點。納米TiO?（如NT-50/NF-50）的引入為解決這一問題提供了新思路，納米二氧化鈦是一種兼具銳鈦礦與金紅石相的納米新材料，比表面積高在50m2/g左右，高表面活性可與高分子基體形成氫鍵或共價鍵，強化界面結(jié)合，同時，納米顆粒的空間位阻效應(yīng)可抑制高分子鏈的熱運動，延緩熱氧化降解。

從應(yīng)用角度看，添加納米二氧化鈦后的高溫膠不僅能在275℃長期熱儲下保持力學性能，更可拓展至航空發(fā)動機密封、汽車排氣管粘接等更苛刻的高溫場景，為高端裝備的可靠性提升提供材料支撐。未來，隨著納米復(fù)合技術(shù)的發(fā)展（如多維度納米顆粒協(xié)同、表面接枝改性等），納米 TiO?與高溫膠的性能協(xié)同將進一步深化，推動高溫密封、粘接材料向更高溫度、更長壽命的方向邁進，為戰(zhàn)略領(lǐng)域的技術(shù)升級引入新引擎，注入新動力。