شناسایی فرمولاسیون عایق سیلیکونی گرید نظامی و راهکارهای افزایش چسبندگی آن به فولاد

به رزین های سیلیکونی به دلیل دارا بودن پیوندهای Si–O–Si با انرژی پیوند بالا (J/mol (۴۵۲) و ساختار انعطاف پذیر زنجیره ای از پایداری حرارتی و شیمیایی ممتاز برخوردارند و در فرمولاسیون عایق های پیشرفته با گرید نظامی مورد استفاده قرار می گیرند. در این تحقیق به منظور ارتقای عملکرد حرارتی و مکانیکی عایق های سیلیکونی در شرایط فوق دما (Hyperthermal) و شوک های حرارتی ترکیب بهینه ای از رزین سیلیکونی HTV به عنوان ماتریس اصلی، الیاف و نانوذرات سرامیکی به عنوان فاز تقویت کننده و پایدار کننده های رادیکالی انتخاب و ارزیابی شد. در بخش نخست، گریدهای مختلف سیلیکونی شامل LSR، RTV و HTV از نظر ساختار شبکه ای، رفتار ریولوژیکی و مقاومت حرارتی بررسی شدند و HTV به دلیل تراکم بالاتر شبکه سیلوکسانی و پایداری بهتر در دمای بالای ۲۵۰۰ °C به عنوان بستر اصلی انتخاب گردید. سپس پرکننده های سرامیکی (ZrO۲، Al۲O۳، SiC و BN) و الیاف معدنی به منظور افزایش مدول الاستیک، کاهش نفوذ حرارت و کنترل انبساط حرارتی به ماتریس اضافه شدند. همچنین نانوذرات اکسیدی با ابعاد کمتر از ۵۰ نانومتر برای بهبود سینتیک انتقال حرارت و افزایش مقاومت به اکسیداسیون مورد استفاده قرار گرفتند. به منظور بهبود چسبندگی به فولاد و آلیاژهای پایه نیکل، آماده سازی سطح با روش های مکانیکی سندبلاست و لیزر و شیمیایی، پرایمرهای سیلان دار و اصلاح سطحی اکسید فلزی انجام شد. نتایج نشان داد که با اعمال تیمار سطحی مناسب، استحکام برشی پیوند به بیش از ۵ MPa در دمای ۲۵۰۰ °C افزایش یافت. فرمولاسیون بهینه شامل ۵۵ رزین HTV، الیاف سرامیکی ۳۰-۴۰، نانوپرکننده های مقاوم حرارتی ۲-۳، پایدار کننده های اکسیداتیو و ۲–۵ عامل چسبندگی سیلان دار بود. این ترکیب قابلیت تحمل بیش از ۱۰۰۰ سیکل حرارتی در بازه دمایی ۵۰۰ °C بدون ایجاد ترک را نشان داد و منجر به کاهش ضریب انتقال حرارت تا ۰.۳ – ۰.۴ W/mK گردید. به طور کلی نتایج این پژوهش اثبات می کند که توسعه عایق های سیلیکونی تقویت شده با نانوساختار و اصلاح سطحی بستر مناسبی برای افزایش کارایی سامانه های پیشران، موشکی، نازل های بالستیک و تجهیزات هوافضایی در شرایط دمایی و مکانیکی شدید فراهم می آورد.

کلیدواژه ها:

رزین سیلیکونی ، HTV ، عایق گرید نظامی ، نانو پرکننده سرامیکی ، چسبندگی ، سطحی ، شوک حرارتی ، هوافضا