Để làm cho silicone kiên cường hơn, tối ưu hóa toàn diện được yêu cầu từ nhiều khía cạnh như công thức vật liệu, công nghệ xử lý, thiết kế cấu trúc và xử lý hậu kỳ . Sau đây là các biện pháp cụ thể và phân tích nguyên tắc:
1. Tối ưu hóa công thức vật liệu
Điều chỉnh mật độ liên kết ngang
Giảm lượng tác nhân liên kết ngang: Giảm một cách thích hợp lượng chất lưu hóa (như peroxide, chất xúc tác bạch kim) có thể làm giảm mật độ liên kết ngang, do đó, nhiều không gian hoạt động được giữ lại giữa các chuỗi phân tử, do đó cải thiện khả năng phục hồi {{2}
Chọn một chất phát quang hoạt động cao: chẳng hạn như hệ thống lưu hóa bạch kim, có thể tạo thành một mạng liên kết ngang đồng đều hơn, giảm nồng độ ứng suất cục bộ và cải thiện khả năng phục hồi .}
Tối ưu hóa hệ thống phụ
Giảm các chất làm đầy gia cố: Mặc dù các chất độn như Black Carbon Black có thể tăng cường tính chất cơ học, việc bổ sung quá mức sẽ làm tăng độ cứng và giảm khả năng phục hồi ., nên kiểm soát lượng chất độn theo yêu cầu độ cứng (chẳng hạn như lượng carbon trắng bốc khói thêm vào hoặc bằng 30phr)
Sử dụng chất làm đầy hình cầu: chất độn hình cầu (như nano-silica) có ít cản trở đối với sự chuyển động của chuỗi phân tử so với chất độn hình kim hoặc flake, giúp duy trì khả năng phục hồi .}}}}}}}}}}}}}
Thêm bộ điều chỉnh elastomer: Ví dụ, pha trộn cao su silicon với cao su ethylene-acrylate có thể giới thiệu các phân đoạn linh hoạt để cải thiện khả năng phục hồi .
Chọn dầu silicon có độ nhớt thấp
Sử dụng trọng lượng phân tử thấp, dầu silicon có độ nhớt thấp làm polymer cơ sở có thể làm giảm ma sát giữa các chuỗi phân tử, giúp vật liệu dễ dàng phục hồi sau khi bị căng thẳng .}}}}}}}}}}}}}
2. Điều khiển xử lý
Tối ưu hóa quá trình lưu hóa
Kiểm soát nhiệt độ và thời gian lưu hóa: không đủ lưu hóa sẽ dẫn đến mật độ liên kết ngang thấp và khả năng phục hồi kém; Hầm thu quá mức có thể gây ra sự phá vỡ chuỗi phân tử . Các điều kiện lưu hóa tối ưu cần được xác định bằng thực nghiệm (như các hệ thống lưu hóa bạch kim thường được lưu hóa ở mức120-150}
Sử dụng sự lưu hóa hai giai đoạn: hóa lưu hóa một giai đoạn (tạo mẫu nhanh ở nhiệt độ cao) sau đó là sự lưu hóa hai giai đoạn (điều trị dài hạn nhiệt độ thấp) có thể loại bỏ căng thẳng bên trong và cải thiện khả năng phục hồi .}}}}}}}}}}}}}}
Trộn tính đồng nhất
Đảm bảo rằng chất làm đầy, chất phát quang và các chất phụ gia khác được phân tán đồng đều trong silicon để tránh sự khác biệt hiệu suất cục bộ . máy trộn bên trong hoặc máy trộn mở có thể được sử dụng để trộn nhiều lần, và nhiệt độ trộn nên được kiểm soát (để tránh nhiệt độ quá mức.
Xử lý và xử lý hậu kỳ
Sử dụng tác nhân giảm hiệu quả cao để giảm sức đề kháng và tránh tích lũy ứng suất bên trong của vật liệu .}
Điều trị nhiệt của silicone lưu hóa (như nướng ở 150 độ trong 2 giờ) có thể giải phóng thêm căng thẳng nội bộ và cải thiện khả năng phục hồi .
III . Cải thiện thiết kế cấu trúc
Tối ưu hóa hình dạng sản phẩm
Tránh các góc nhọn hoặc các cấu trúc vách mỏng để giảm các điểm tập trung ứng suất . Ví dụ, việc thay đổi các góc vuông sang các góc tròn có thể làm giảm biến dạng cục bộ khi chịu lực và cải thiện tính đồng nhất phục hồi .}
Thiết kế cấu trúc rỗng hoặc cấu trúc tổ ong để giảm độ cứng bằng cách giảm sử dụng vật liệu trong khi duy trì khả năng phục hồi hồi phục tổng thể .
Thêm lớp đệm
Thêm một lớp đệm linh hoạt (như bọt, lò xo) trên bề mặt hoặc bên trong các sản phẩm silicon có thể hấp thụ một phần năng lượng tác động, làm giảm biến dạng của cơ thể silicon, và do đó gián tiếp cải thiện lực phục hồi .
IV . Xử lý và sửa đổi bề mặt
Lớp phủ bề mặt
Áp dụng dầu silicon hoặc lớp phủ flo có thể làm giảm hệ số ma sát bề mặt, giảm mất năng lượng khi chịu lực và cải thiện hiệu quả hồi phục .
Sửa đổi vật lý
Bằng cách tạo thành một lớp dày đặc trên bề mặt silicon thông qua liên kết chéo chiếu xạ (như chiếu xạ chùm electron), khả năng phục hồi bề mặt có thể được cải thiện trong khi duy trì tính linh hoạt bên trong .}}}}}}}}}}}}}}}}}}
5. Kịch bản ứng dụng thích ứng
Kiểm soát nhiệt độ
Tránh sử dụng silicon trong môi trường nhiệt độ thấp (như dưới -40 độ), vì nhiệt độ thấp sẽ cản trở sự chuyển động của chuỗi phân tử và giảm đáng kể khả năng phục hồi . nếu cần phải chọn
Cách ly môi trường
Nếu silicon cần tiếp xúc với dầu, axit, kiềm và các môi trường khác, silicon kháng hóa học (như cao su fluorosilicone) phải được chọn, hoặc môi trường phải được phân lập qua lớp phủ bề mặt để tránh mất khả năng phục hồi do sưng hoặc suy thoái .
6. Xác minh và lặp lại thử nghiệm
Kiểm tra khả năng phục hồi
Sử dụng máy kiểm tra hồi phục (như máy kiểm tra hồi phục của Shaw) hoặc máy kiểm tra bóng giảm rơi để kiểm tra định lượng tốc độ hồi phục của silicon (tỷ lệ chiều cao hồi phục xuống chiều cao) .}
So sánh tỷ lệ hồi phục trong các công thức hoặc quy trình khác nhau để chọn giải pháp tốt nhất .
Đánh giá hiệu suất dài hạn
Đánh giá sự suy giảm khả năng phục hồi của silicon thông qua các thử nghiệm mệt mỏi (chẳng hạn như nén lặp lại 100, 000) để đảm bảo rằng vật liệu duy trì hiệu suất ổn định trong sử dụng lâu dài.}
Ví dụ công thức và quy trình
Công thức silicone khả năng phục hồi cao:
Polymer cơ sở: Dầu silicon Dimethyl độ nhớt thấp 100PHR (trọng lượng phân tử 50, 000-100, 000))
Filler: Silica bốc khói 20PHR (bề mặt được xử lý bằng tác nhân ghép silane)
Vulcanizer: Chất xúc tác bạch kim 0,5PHR (bao gồm cả chất ức chế)
Tác nhân phụ trợ: Dầu silicon 1PHR Hydroxy (để điều chỉnh tính lưu động)
Công nghệ xử lý:
Trộn: Trộn trong máy trộn bên trong ở 120 độ trong 10 phút và mỏng trong bộ trộn mở 3 lần .
Vulcanization: 150 độ Khai mạc đúc trong 15 phút và việc nướng lưu hóa giai đoạn hai ở 180 độ trong 4 giờ .
Sau xử lý: Áp dụng lớp phủ flo trên bề mặt để giảm hệ số ma sát .
Thông qua các biện pháp trên, tốc độ hồi phục của silicon có thể được tăng lên 60%-80%(silicon thông thường thường là 40%-60%), phù hợp cho các kịch bản với yêu cầu cao cho khả năng phục hồi, như thiết bị thể thao, hấp thụ sốc ô tô, và cảm giác y tế {{{