北京航空材料研究院成晓阳 王恒芝 孙全吉 范召东 王景鹤
摘要以无碱超细玻璃棉、室温硫化硅橡胶、气相法白炭黑、氧化铁、羟基硅油等为原材料，制备了一种有机硅橡胶隔热垫。该种有机硅橡胶隔热垫具有较低的导热系数和良好的隔热性能。
关键词有机硅橡胶 隔热垫 导热系数 隔热性能
1 引言
超细玻璃纤维棉的耐温高达500～600℃，具有表观容重小（约55kg/m3）、导热系数低（约0.028W/m·K）的特性。室温硫化缩合型硅橡胶的耐热温度可达到250～300℃，硫化体系有脱醇、脱氢、脱水和脱羟胺型等类型。室温硫化硅橡胶对玻璃制品的粘接性能可靠，室温硫化硅橡胶与无碱超细玻璃棉不需要进行表面处理即能实现有效粘接。 制备了一种有机硅橡胶隔热垫，隔热垫的主要性能要求是较低的导热系数和良好的隔热性能。超细玻璃纤维棉分为有碱和无碱两类，由于碱会影响硅橡胶的固化时间[1]和高温性能，所以隔热垫应选用无碱超细玻璃纤维棉，但无碱超细玻璃纤维棉的状态是蓬松状，形状不规整，必须使用配套的胶粘剂进行粘接定型。胶粘剂的填料体系采用气相法白炭黑，可降低硅橡胶的导热系数，同时对硅橡胶进行补强，配制
的胶料易在多种溶剂中溶解均匀，有利于胶粘剂在无碱超细玻璃纤维棉中分布均匀；氧化铁作为抗氧剂可以提高硅橡胶的高温使用温度，长期使用温度可达250～300℃；羟基硅油作为结构控制剂防止基胶结构化[2～4]。
2 实验
2.1 原料、试剂和设备
无碱超细玻璃棉，江苏南通新美保温材料有限公司；107甲基室温硫化硅橡胶，SHIN-ETSU CHEMICAL，日本；A380气相法白炭黑，德国DEGUSSA公司；羟基硅油，上海建橙工贸有限公司；130#氧化铁，上海一品国际颜料有限公司；硫化剂，自制；有机溶剂，工业级，市售。
三辊研磨机，SG150，秦皇岛市抚宁机械化工厂；搅拌器，Z93-I，江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；高温试验箱，WG4501，重庆银河试验仪器有限公司；热导率仪，GRD-Ⅲ型，北京康隆技贸公司；表面温度计，JM426M，天津今明仪器有限公司；定型模具、隔热性能试验装置，自制。
2.2 隔热垫的制备
将107室温硫化硅橡胶、气相法白炭黑、氧化铁和羟基硅油按照一定比例粗混，然后用三辊研磨机研磨制成基胶。将制得的基胶按照一定比例加入硫化剂及适量的有机溶剂，搅拌均匀，制成适合喷涂的
混合胶液。
在平板操作台上，依层铺放事先裁剪好的玻璃棉并喷涂混合胶液，直到达到一定厚度，然后硫化成型。
导热系数的测试方法：
GB/T 11205 橡胶热导率的测定瞬态热丝法让灵魂在阳光下起舞
隔热性能有以下两种测试方法：
甲法：准备一个尺寸为φ300mm×360mm的圆桶，桶内装有加热线圈，通过加热线圈和温控仪将桶内空气加热，提供试验热源。桶上方放置一块320 mm×320mm木板，中间有一个220 mm×220mm正方形孔，并用密封剂或腻子将木板与桶之间的缝隙密封。将温控仪探头和温度计装在正方形孔中心位置，
收稿日期：2006-06-13
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二者与木板的垂直距离不超过20mm。试验步骤如下：在正方形孔上放一块不需要测试的隔热垫，然后加热，待桶内温度稳定在220±5℃后继续保温30min。待测试的隔热垫的冷面中心处固定一支温度计，并在温度计上铺一层厚度规格为5mm的无碱超细玻璃棉，然后将待测试的隔热垫与木板上的隔热垫对接并进行替换（尽量避免热空气逸出），替换完成后记录热面温度，热面温度在220±5℃范围内即可开始记时，持续20min，分别记录15min、20min时的冷面温度。冷面温度也可以通过表面温度计进行测量，冷面不铺玻璃棉。
乙法：隔热性能在一台改制的高温电炉中进行，试验示意图见图1。在隔热垫的两面分别固定3支热传感器，其位置如示意图，即3支传感器置于加热区，3支传感器置于隔热区。加热区是电炉的炉膛。隔热区是自制的炉门，隔热垫置于炉膛和炉门之间隔断了加热区和隔热区，以便试验其隔热效果。测试条件：热面温度250～270℃，保温20min。
图1 隔热性能测试方法（乙法）示意图
3 结果与讨论
3.1 基胶体积分数对有机硅橡胶隔热垫性能的影响
制备密度为0.45g/cm3、厚度为12mm的有机硅橡胶隔热垫，只改变基胶在隔热垫中所占的体积分数，对隔热垫的导热系数和隔热性能进行了测试（隔热性能用甲法测试）。基胶在隔热垫中所占的体积分数对有机硅橡胶隔热垫性能的影响见表1。
表1 基胶体积分数对有机硅橡胶隔热垫性能的影响
隔热性能，冷面温度/℃
基胶体积分数导热系数/（W/m·K）
15min 20min 20%（0.8:1） 0.059 78 91
22.5%（1:1） 0.062 90 105
24.5%（1.2:1） 0.065 95 110
27%（1.5:1） 0.068 104 118
表1的试验结果表明，在密度和厚度相同的条件下，减小基胶体积分数，隔热垫的导热系数随之降低，隔热性能随之提高。但是基胶体积分数并不是越小越好，试验中发现，在基胶体积分数为20%的时候，制成的隔热垫很容易出现脱胶和分层的现象，这是因为基胶体积分数的减小导致粘接性能下降。所以，较佳的基胶体积分数应为22.5%，既能满足粘接要求，保证隔热垫具有良好的外观，又具有较低的导热系数和良好的隔热性能。
3.2 密度对有机硅橡胶隔热垫性能的影响
制备基胶体积分数为22.5%、厚度为12mm的有机硅橡胶隔热垫，只改变隔热垫的密度，对隔热垫的导热系数和隔热性能进行了测试（隔热性能用甲法测试）。密度对有机硅橡胶隔热垫性能的影响见表2。
表2 密度对有机硅橡胶隔热垫性能的影响
隔热性能，冷面温度/℃
密度/g·cm-3导热系数/（W/m·K）
15min 20min
0.20 0.072 106 114
0.30 0.067 97 110
0.45 0.062 90 105
0.50 0.060 74 87
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表2的试验结果表明，在厚度和基胶体积分数相同的条件下，增大隔热垫的密度，可以降低隔热垫的导热系数，提高隔热垫的隔热性能。由于在实际应用中经常要求隔热垫具有轻质低密的特点，所以密度以不超过0.50g/cm3为宜。
3.3 厚度与有机硅橡胶隔热垫性能的关系
制备基胶体积分数为22.5%、密度为0.45g/cm3的有机硅橡胶隔热垫，只改变隔热垫的厚度，对隔热垫的导热系数和隔热性能进行了测试（隔热性能用甲法测试）。厚度与有机硅橡胶隔热垫性能的关系见表3。
表3 厚度与有机硅橡胶隔热垫性能的关系
血清肌酸激酶隔热性能，冷面温度/℃
厚度/mm 导热系数/（W/m·K）
15min 20min
3 0.058 156 160
5.5 0.059 126 132
8 0.063 100 114
12 0.062 90 105
表3的试验结果表明，在密度和基胶体积分数相同的条件下，增大隔热垫的厚度，隔热垫的导热系数并无明显变化，而隔热性能则有显著的提高。
金纳米颗粒将不同厚度的隔热垫进行组合，对隔热垫的隔热性能进行了测试（用甲法测试）。组合隔热垫的隔热性能见表4。
表4 组合隔热垫的隔热性能
隔热性能，冷面温度/℃
组合方式
15min 20min 3mm×3块 75 92
5.5mm×2块 80 96
8mm + 3mm 80 97
12mm(参比) 90 105
由表4中数据可以看出，3mm×3块隔热垫的组合厚度最小，隔热效果最好。其次是5.5mm×2块隔热垫的组合和8mm + 3mm隔热垫的组合。单独用一块12mm隔热垫厚度最大，隔热效果最差。原因是多块隔热垫组合使用能够减弱流动气体的对流传热作用，从而达到更好的隔热效果。3.4 两种隔热性能测试方法的比较
选用同一块基胶体积分数为22.5%、密度为0.45g/cm3、厚度为10mm的有机硅橡胶隔热垫，分别通过两种不同的测试方法（隔热性能测试方法的甲法与乙法），对隔热垫的隔热性能进行了测试。测试结果见表5。
表5 采用两种方法测量的隔热垫隔热性能
甲法乙法
热面温度/℃ 20min时冷面温度/℃热面温度/℃ 20min时冷面温度/℃216 105 249 56 219 106 253 58 225 108 263 58
由表5中数据可以看出，甲法的热面温度低于乙法的热面温度，而20min时冷面温度却高于乙法的
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华南理工大学教务管理系统20min时冷面温度。试验结果表明，通过乙法测量得出的隔热垫的隔热性能数据较优。
通过对两种测试方法的比较可以发现：二者对隔热性能的测试原理是一致的，均是通过模拟实际应用环境，分别对冷热面的温度进行监控，在热面温度保持在一个小范围内变化的情况下，考察冷面温度的变化情况，以表征隔热垫的隔热性能。不同之处在于：甲法所采用的试验设备较简单，不需要像乙法那样对电炉进行改制；甲法中隔热垫冷面铺了一层玻璃棉，一定程度上阻碍了与外界空气的热接触，而乙法中隔热垫冷面直接暴露在被隔热区的空气中，试验所得到的数据更真实地反映了隔热垫的实际隔热效果。
3.5 隔热性能测试的甲法采用不同测温工具的比较
选用两块基胶体积分数为22.5%、密度为0.45g/cm3、厚度为12mm的有机硅橡胶隔热垫，在用甲法测试的基础上，分别采用普通温度计和表面温度计对隔热垫的隔热性能进行了测试。测试结果见表6。
表6 甲法采用两种工具测量的隔热垫隔热性能
普通温度计测量表面温度计测量
15min时冷面温度/℃ 20min时冷面温度/℃ 15min时冷面温度/℃ 20min时冷面温度/℃
A板 90 104 45 46 B板 90 105 44 45
由表6中数据可以看出，通过表面温度计测量得出的隔热垫的隔热性能数据较优。这是因为用表面温度计测量时隔热垫冷面不铺玻璃棉，与外界空气的热交换作用较强，冷面被传递的热量能在一定程度上得到释放。
4 结论
a. 有机硅橡胶隔热垫的导热系数和隔热性能与隔热垫的基胶体积分数、密度及厚度有关，隔热性能与测试方法有关；
b. 制备的有机硅橡胶隔热垫具有较低的导热系数和良好的隔热性能。
参考文献
1 罗运军，桂红星. 有机硅树脂及其应用. 北京：化学工业出版社，2002.1
2 吴森纪. 有机硅应用. 成都：电子科技大学出版社，2000
法国社会学家3 幸松民，王一路. 有机硅合成工艺及产品应用. 北京：化学工业出版社，
2000. 9
4 李光亮. 有机硅高分子化学.北京：化学工业出版社，1986
作者简介
成晓阳（
1980
-），男，汉族，山西
人，高分子材料与工程专业，工程
师；研究方向：硬质环氧泡沫材料
和环氧泡沫灌封材料。
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（上接第20页）
c. T250钢旋压冷作硬化相对较小，旋压道次间可以不进行固溶（退火）处理；
d. 对于T250钢，使用反旋工艺，大进给比配合大压下量有一定的收径效果，但总体成形实现有效的收径难度很大，有待于进一步试验摸索；
e. 在条件具备时，建议试用正旋工艺。
参考文献
1 陈适先等. 强力旋压工艺与设备. 国防工业出版社，1986
2 王静薇，黄华生. 18Ni马氏体时效钢薄壁管的错距旋压. 全国第九届旋
压技术交流大会论文汇编，2002
3 杨传荣等. 发动机金属结构材料. 固体火箭发动机材料与工艺. 宇航出
版社，1995
作者简介
肖志兵（1971-），男（汉族），高级工程
师，中南大学工程硕士研究生，机电工程遥远的拥抱
专业；研究方向：塑性成形技术。
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