275℃熱儲(chǔ)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(chē)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(zhǎng)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(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能急劇衰減，嚴(yán)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(guò)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(jìn)程。

其中，納米二氧化鈦（TiO?）因優(yōu)異的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性及補(bǔ)強(qiáng)潛力，成為高溫膠補(bǔ)強(qiáng)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(chǔ)條件為研究場(chǎng)景，經(jīng)過(guò)24h不間斷的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，對(duì)比分析空白樣與添加1.5%納米TiO?高溫膠拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率與時(shí)間之間的變化規(guī)律，揭示納米TiO?對(duì)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(duì)拉伸強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和記錄，得到高溫膠拉伸強(qiáng)度隨熱儲(chǔ)時(shí)間變化圖（圖1）。在空白樣和實(shí)驗(yàn)樣初始狀態(tài)，0-2h二者的拉伸強(qiáng)度十分接近，大約拉伸強(qiáng)度在7MPa左右，但熱儲(chǔ)2小時(shí)后，空白樣拉伸強(qiáng)度快速下降，24小時(shí)時(shí)僅余約1MPa，而TiO?的拉伸強(qiáng)度衰減趨勢(shì)在整個(gè)24h測(cè)試時(shí)間中明顯趨于緩和，24小時(shí)結(jié)束時(shí)仍保持約6MPa的強(qiáng)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(qiáng)界面結(jié)合，當(dāng)材料受拉時(shí)，應(yīng)力可通過(guò)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(xué)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(zhǎng)期高溫下仍能維持相對(duì)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(hù)，分子鏈逐步斷裂、交聯(lián)點(diǎn)流失，導(dǎo)致強(qiáng)度暴跌。

圖2

圖2展示了高溫膠斷裂伸長(zhǎng)率隨275℃熱儲(chǔ)時(shí)間的變化趨勢(shì)。初始狀態(tài)下，空白樣斷裂伸長(zhǎng)率約為420%，略高于添加1.5%納米TiO?的實(shí)驗(yàn)樣，但熱儲(chǔ)2小時(shí)后，兩者曲線出現(xiàn)顯著分化：

空白樣斷裂伸長(zhǎng)率隨時(shí)間延長(zhǎng)持續(xù)下降，24小時(shí)時(shí)已逼近0%，表明分子鏈在高溫下發(fā)生嚴(yán)重降解，材料延展性完全喪失，而添加納米TiO?的實(shí)驗(yàn)樣在2小時(shí)后斷裂伸長(zhǎng)率基本維持穩(wěn)定，24小時(shí)時(shí)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(jí)物理交聯(lián)點(diǎn)，一方面限制分子鏈的無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)，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(chǔ)后期，空白樣的劇烈衰減與實(shí)驗(yàn)樣的穩(wěn)定形成鮮明對(duì)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(jī)硅橡膠、氟橡膠等為基體，這類(lèi)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(diǎn)。納米TiO?（如NT-50/NF-50）的引入為解決這一問(wèn)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(jià)鍵，強(qiáng)化界面結(jié)合，同時(shí)，納米顆粒的空間位阻效應(yīng)可抑制高分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)，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(zhǎng)期熱儲(chǔ)下保持力學(xué)性能，更可拓展至航空發(fā)動(dòng)機(jī)密封、汽車(chē)排氣管粘接等更苛刻的高溫場(chǎng)景，為高端裝備的可靠性提升提供材料支撐。未來(lái)，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(jìn)一步深化，推動(dòng)高溫密封、粘接材料向更高溫度、更長(zhǎng)壽命的方向邁進(jìn)，為戰(zhàn)略領(lǐng)域的技術(shù)升級(jí)引入新引擎，注入新動(dòng)力。