第一代充气面料是基于尼龙6、6与氯丁橡胶涂层织物。然而,氯丁橡胶有几个缺点,包括一定厚涂层,倾向于坚持部署时,有限的环境稳定性和边际热阻。
作为提高尼龙6 6和替代面料继续,有机硅涂料通常使用氯丁橡胶涂料:(a)保护热灼的织物;(b)允许更薄和更可折叠的涂层织物;(c)改善长期环境稳定;与尼龙(d)提供更好的兼容性。有机硅涂料正越来越多地用于充气面料在几个消费者,军事和空间应用。一个很好的例子是成功部署安全气囊系统的火星探路者。有机硅涂料表现出一到两个数量级少原子氧侵蚀地球orbit.1有机同行相比低
尽管他们优秀的长期热稳定性,耐候性和灵活性,有机硅涂料与其他弹性体相比相对较弱。填料,如非晶硅,通常添加到矩阵来加强网络。硅材料的另一个缺点是它的附着力差的基质,因为较低的表面能。纳米技术可以解决这些问题,实际上已经进行了各种尝试使用纳米级添加剂加强硅胶和减少透气性。本文介绍由NEI公司开发的一种商业上可行的纳米添加剂改善织物撕裂强度,抗拉强度和硬度较低的附加载荷。同时,NEI产品大大提高硅胶和织物之间的附着力。NEI的产品是一种纳米级添加剂包很容易添加到商业有机硅涂料性能优良的涂料配方传授。
本文的第一部分讨论了纳米添加剂可用于改善硅基聚合物的性质。第二部分介绍数据NEI的纳米级additive-reinforced涂硅织物。
形成硅纳米复合材料
近年来,聚合物纳米复合材料得到了大量的关注因为纳米粒子提供一个机会增强机械和功能性质的聚合物以相对较低的分数,从而保持理想的聚合物的性质,如灵活性和延性。的原因使用纳米粒子在聚合物基质中列出以下几点。
1。将纳米粒子,尤其是那些具有高纵横比(如platelet-shaped粘土纳米粒子)在聚合物基质导致几个有益的特性,包括低渗滤阈值(< 2卷%),高界面面积和规模大小与聚合物的分子。
2。基团,纳米粒子和聚合物基体之间的界面将光滑,导致有效荷载传递矩阵和一个平滑的表面完成最终的纳米复合材料。相反,粗颗粒,因为它们的尺寸比较大,尤其是在大体积分数,不债券与聚合物基质。因此,粗颗粒降低基础聚合物的力学性能。
3所示。将固体颗粒或纳米粒子在聚合物基质中或聚合物涂层配方能增加处理显著改变粘度等问题,减少不均匀混合和保质期。所有这些问题可以降低复合材料的最终性能。纳米粒子存在的问题比micon-sized颗粒因为纳米粒子可以添加数量少得多来实现类似的加固效果。此外,当纳米粒子改性与合适的有机分子/低聚物,他们成为兼容矩阵和改善处理问题。
硅树脂,也称为聚矽或PDMS,有重复单元(Si (R) 2 o),准备从氯硅烷。根据重复单位的数量在聚合物链的交联程度,几种不同类型的商业有机硅产品可以生产:液体、乳剂、化合物、润滑剂、树脂和橡胶或弹性体。在本文中讨论的硅材料是硅酮弹性体,适合用作充气织物涂层。
纳米添加剂在有机硅涂料提供了机会,改善物理气体屏障性质,除了提高力学性能。一些数据表明,氧气传播率的纳米复合材料硅通常是不到一半的未改性聚合物。添加剂的长宽比纳米粒子已被证明对提高气体屏障性质产生重大影响,尤其是高纵横比。2阿贡国家实验室的研究人员表明,纳米复合材料薄膜的氧气阻隔性能是面向200000倍比丙烯和超过2000次比尼龙- 6.3美国航天局研究人员表明,通过添加2卷%添加剂在热塑性矩阵,氢渗透率可以减少10 - 20%。4
 |
| 图1点击放大 |
实验程序
各种各样的安全气囊的应用程序的一个例子是火星探路者安全气囊系统。由NASA提供的资助,我们选择使用材料类似火星任务。3730年道康宁液体硅橡胶(LSR)是用作基础硅材料。双组分,熏silica-filled、高固体(> 98%)vinyl-addition(铂催化),high-temperature-curing (150 - 200°C)硅胶与高粘度(165000 cSt)。这是一个商业涂料配方优化的附着力面料和化学类似于硅橡胶涂的火星探路者号安全气囊(即。,硅橡胶LT-50,道康宁的产品用于增强低温性能)。所使用的布料是Vectran,商业获得的织物面料的开发公司。
NEI纳米添加剂,以下称为Nanomyte™PC-30,准备通过修改表面的无机纳米粒子与有机官能团能与硅反应矩阵,从而促进分散,使纳米粒子与基质的化学结合。官能团也提高硅胶的粘附涂层织物。
Nanomyte PC-30之前用LSR 3730 B部彻底混合混合部分和催化剂。混合,未硫化的硅树脂是应用于Vectran织物和治愈190°C,紧随其后的是衰老在120°C。这种涂层和固化过程是重复申请第二个外套。
涂布Vectran床单被削减中指定的标准几何mil - c - 21189 (Aer) TM 10.2.4 cut-slit撕裂试验。样本测试CRE-type拉伸机器上使用液压/气动控制。
皮进行测试根据ASTM D 1876 - 01,皮电阻测试方法标准的粘合剂(T-Peel测试)使用MTS qt / 25精英控制器框架安装5 kn负载细胞和胶面,手动控制。准备T-Peel测试样品,未硫化的涂层材料应用于两个治愈的涂脸,涂Vectran表使用一个下降的过程。床单然后将面对面的夹片,压缩在一起,治愈。
直径球形测试文章,18“,在ILC捏造多佛(高性能softgoods的领先制造商,这个项目合作者)泄漏测试(图1)。试验件膨胀比1,2和3ψ,泄漏率来衡量。其次是持有5 psi的通胀压力,然后减少渗漏和重复的压力测试在3 2 1 psi。
 |
| 图2点击放大 |
结果与讨论
图2显示了从cut-slit撕裂测试结果。涂层织物包含Nanomyte PC-30展品显著提高撕裂强度。
考试测试的样本显示,不同程度的硅胶涂层材料的分层织物发生撕裂动作的结果(图3)。一般来说,似乎有大量的涂层材料分层Vectran控制样本,特别是在控制分和眼泪。这个分层是一种失败的粘合剂。样品含有Nanomyte PC-30表现出很少或根本没有分层。进一步说,在某些情况下,剩余涂料仍然连接到暴露纱线的眼泪区内“齿”的外表,内聚破坏提供证据;这不是观察到这样一个程度的控制样本,在纱线通常是人去楼空。
 |
| 图3点击放大 |
上面的测试演示织物和涂层之间的附着力的重要性,这是由Nanomyte PC-30。更强的附着力的进一步证据表明T-Peel测试。图4显示了很强的相关性之间Nanomyte PC-30加载和粘合强度。
 |
| 图4点击放大 |
除了提高涂层织物粘合和机械强度,Nanomyte PC-30大大抑制了在完全密封的泄漏测试的文章。图5显示了一个强大的趋势减少测试漏条球体与纳米复合材料制造与控制。
结论
我们已经表明,机械强度和涂层织物可以显著增强附着力增加相对低水平的纳米颗粒。某些织物涂料用于空间应用的配方填料,包括金属氧化物粒子,以增加强度。然而,这些添加剂通常需要高添加剂加载,以达到所需的性能,这可能会影响部分的重量,并可能导致力学性能退化。我们的方法允许使用低水平的添加剂加载,更好地保留了材料的可取的特点。此外,NEI的纳米添加剂显著抑制空气泄漏测试文章捏造。
 |
| 图5点击放大 |
最重要的是,NEI的技术在涂料应用过程影响很小。NEI的新技术,可以方便地纳入商用涂层配方,不需要特殊处理或设备时,应用于织物。此外,使用NEI纳米添加剂的方法,其他的功能可以被改造成涂料配方。
确认
NEI公司感谢美国宇航局SBIR项目资金这第二阶段的努力,合同NNL07AA11C下进行。作者要感谢罗宾·c·哈代女士的NASA兰利研究中心的维吉尼亚州,她不断的鼓励和建议在二期项目。作者也要感谢女士杨晨器皿的ILC多佛为她支持的开发工作,特别是对安全气囊制造原型和测试。
更多信息参见www.neicorporation.com或电子邮件keberts@neicorporation.com。
报告的评论