第一代充气织物是基于尼龙6,6织物与氯丁橡胶涂层。然而，氯丁橡胶有几个缺点，包括涂层必须很厚，部署时倾向于粘在一起，环境稳定性有限，热阻边际。
随着尼龙6,6和替代织物的不断改进，硅树脂涂层比氯丁橡胶涂层更常用于:(a)保护织物免受热灼烧;(b)允许更薄和更可折叠的涂层织物;(c)改善环境的长期稳定;和(d)提供更好的尼龙兼容性。有机硅涂料越来越多地应用于消费、军事和太空领域的充气织物上。火星探路者号安全气囊系统的成功部署就是一个很好的例子。有机硅涂层在近地轨道上的原子氧侵蚀比有机涂层少一到两个数量级
尽管有机硅涂料具有良好的长期热稳定性、耐候性和灵活性，但与其他弹性体相比，有机硅涂料相对较弱。填料，如无定形二氧化硅，经常加入到基体中以加强网络。硅胶材料的另一个缺点是由于其表面能低，与基材的附着力差。这些问题可以通过纳米技术来解决，事实上，人们已经尝试使用纳米级添加剂来增强硅酮，降低气体渗透性。本文介绍了NEI公司开发的一种商业上可行的纳米级添加剂，它可以在低添加剂负载下提高织物的撕裂强度、拉伸强度和硬度。同时，NEI产品大大提高了硅胶与织物之间的附着力。NEI产品是一种纳米级添加剂包，可以很容易地添加到商业硅胶涂料配方中，以赋予优异的涂层性能。
本文的第一部分讨论了如何使用纳米级添加剂来改善有机硅基聚合物的性能。第二部分介绍了NEI的纳米级添加剂增强硅涂层织物的数据。
有机硅纳米复合材料的形成
近年来，聚合物纳米复合材料受到了广泛的关注，因为纳米颗粒可以在相对低体积分数下增强聚合物的机械和功能性能，从而保持聚合物的理想性能，如灵活性和延展性。在聚合物基质中使用纳米级颗粒的原因概述在以下几点。
1.在聚合物基质中加入纳米级颗粒，特别是那些具有高纵横比的颗粒(例如，血小板状粘土纳米颗粒)，可以带来几个有益的特性，包括低渗透阈值(< 2 vol%)，高界面面积和与聚合物分子相当的尺寸规模。
2.表面修饰的纳米颗粒与聚合物基体之间的界面将是光滑的，从而有效地将负载转移到基体上，并对最终的纳米复合材料进行光滑的表面处理。相反，粗颗粒，因为它们的大尺寸，特别是当添加在大体积分数时，不能很好地与聚合物基质结合。因此，粗颗粒会降低基聚合物的力学性能。
3.在聚合物基质或聚合物涂层配方中加入固体颗粒(或纳米颗粒)会导致加工问题，如粘度的显著变化、混合不均匀和保质期缩短。所有这些问题都会降低纳米复合材料的最终性能。与微米大小的颗粒相比，纳米颗粒的问题更小，因为纳米颗粒的添加量要小得多，就能达到类似的增强效果。此外，当用合适的有机分子/寡聚物修饰纳米颗粒时，它们与基质兼容并改善了加工问题。
硅酮，也称为聚硅氧烷或PDMS，具有重复单位[Si(R)2-O]-，由氯硅烷制备。根据聚合物链中重复单元的数量和交联的程度，可以生产几种不同类型的商业硅胶产品:液体、乳液、化合物、润滑剂、树脂和弹性体或橡胶。本文所讨论的硅酮材料是一种硅酮弹性体，适用于用作充气织物涂层。
有机硅涂料中的纳米级添加剂除了提高机械性能外，还提供了改善物理气体阻隔性能的机会。一些数据表明，硅酮纳米复合材料的氧气传输速率通常不到未改性聚合物的一半。添加剂纳米颗粒的纵横比已被证明对增强气体阻挡性能具有重要影响，特别是在较高的纵横比时Argonne国家实验室的研究人员证明，纳米复合材料薄膜的氧屏障性能比定向丙烯好20万倍，比尼龙好2000多倍-6.3 NASA的研究人员表明，在热塑性基体中添加约2 vol%的添加剂，氢的渗透性可以降低10 - 20%
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实验程序
各种各样的安全气囊应用的一个例子是火星探路者安全气囊系统。在NASA提供的资金支持下，我们选择了与这次火星任务使用的材料类似的材料。188金宝搏bet官网采用道康宁液态硅橡胶(LSR 3730)作为基础硅橡胶材料。它是一种双组分，气相二氧化硅填充，高固体(>98%)乙烯基添加(铂催化)，高温固化(150-200°C)高粘度(165,000 cSt)的有机硅。这是一种商业涂层配方，可优化与织物的粘附性，化学性质类似于用于涂层火星探路者安全气囊的硅橡胶(即硅橡胶LT-50，陶康宁为增强低温性能而设计的产品)。使用的织物是Vectran，一种从织物开发公司获得的商用梭织织物。
NEI纳米级添加剂，以后称为Nanomyte™PC-30，是通过用有机官能团修饰无机纳米颗粒的表面而制备的，这些有机官能团可以与有机硅基质反应，从而促进分散并允许纳米颗粒与基质化学结合。官能团还提高了硅酮涂层与织物的附着力。
纳米菌PC-30与LSR 3730的B部分充分混合，然后与A部分和催化剂混合。然后将混合的未固化硅树脂涂在Vectran织物上，在190℃下固化，然后在120℃下老化。然后重复这一涂层和固化过程，以应用第二层涂层。
根据MIL-C-21189(Aer) TM 10.2.4中规定的标准几何形状切割涂层Vectran片，进行切缝撕裂测试。样品在cre型拉伸机上使用液压/气动握把进行测试。
剥离试验是根据ASTM D 1876-01，粘合剂抗剥离性标准试验方法(t型剥离试验)进行的，使用MTS QTest/25 Elite控制器框架，配有5kN测压元件和橡胶面手动握把。为了制备T-Peel测试样品，将未固化的涂层材料应用于两个固化的涂层Vectran片材的涂层表面，采用拉压工艺。然后，这些床单面对面地铺在一起，形成三明治状的床单，然后压缩在一起并固化。
直径为18英寸的球形测试件在ILC Dover(高性能软产品的领先制造商，也是该项目的合作者)制作，用于泄漏测试(图1)。测试件充气至1,2,3 psi，并测量泄漏率。接下来，将膨胀压力保持在5psi，然后降低压力，重复3,2,1psi的泄漏测试。
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结果与讨论
图2显示了切缝撕裂测试的结果。含纳米菌PC-30涂层织物的撕裂强度显著提高。
对测试样品的检查显示，由于撕裂作用，硅胶涂层材料从织物上出现了不同程度的分层(图3)。总的来说，对于对照样品，涂层材料似乎从Vectran中出现了大量的分层，特别是在抓地点和撕裂处。这种分层是粘结失效。含有纳米菌PC-30的样品表现出最小或没有分层。此外，在某些情况下，残留的涂层材料在撕裂区域内仍然与裸露的纱线连接，呈现“齿状”外观，提供了粘结失效的证据;在对照样品中没有观察到这种程度，其中纱线通常被剥光。
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上述测试说明了纳米菌PC-30促进织物与涂层之间粘附的重要性。T-Peel试验进一步证明了较强的粘附性。图4显示了Nanomyte PC-30加载量与粘结强度之间的强相关性。
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除了增强涂层与织物的附着力和机械强度外，Nanomyte PC-30还大大抑制了全密封测试物品的泄漏。图5显示了与对照相比，用纳米复合材料制造的球体在减少测试品泄漏方面的强烈趋势。
结论
我们已经证明，通过添加相对低水平的纳米颗粒，可以显著提高机械强度和涂层-织物的附着力。某些用于太空应用的织物涂层是用填充剂(包括金属氧化物颗粒)配制的，以增加强度。然而，为了获得所需的性能，这些添加剂通常需要高添加量，这可能会对零件的重量产生不利影响，并可能导致机械性能的退化。我们的方法允许使用更低水平的添加剂加载，从而更好地保持材料的理想特性。此外，NEI的纳米级添加剂显著抑制了制造的测试物品中的空气泄漏。
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最重要的是，NEI的技术对涂层应用过程的影响最小。也就是说，NEI正在申请专利的技术可以很容易地整合到市售涂层配方中，并且在应用于织物时不需要特殊的处理或设备。此外，使用NEI纳米颗粒添加剂方法，可以将其他理想的功能设计到涂层配方中。
致谢
NEI公司感谢NASA SBIR计划为这一根据NNL07AA11C合同进行的第二阶段工作提供资金。作者要感谢弗吉尼亚州NASA兰利研究中心的Robin C. Hardy女士，感谢她在第二阶段项目期间不断的鼓励和建议。作者还希望感谢ILC Dover的Jody Ware女士对这项开发工作的支持，特别是关于原型安全气囊的制造和测试。
欲了解更多信息，请访问www.neicorporation.com或电子邮件keberts@neicorporation.com。
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