CN102634092A - 一种纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料技术领域，涉及烧蚀热防护材料技术，特别涉及以橡胶为基体的烧蚀热防护材料技术。该纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，以氢化丁腈为基体，功能助剂包括炉法炭黑、阻燃剂、耐热纤维、纳米蒙脱土、纳米碳化硅等。本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，耐烧蚀性能优异，力学性能良好。该材料适用于要求耐高温烧蚀的柔性热防护领域，特别适用于瞬时（5s~15s）2700℃~3500℃的高温密封的烧蚀热防护技术领域。

Description

一种纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及烧蚀热防护材料技术，特别涉及以橡胶为基体的烧蚀热防护材料技术。

背景技术

耐烧蚀材料是指在热流作用下，材料本身发生分解、熔化、蒸发、升华等多种吸热的物理化学变化，借材料自身质量消耗带走大量热量或形成致密防护层，从而阻止热传导到材料的内部结构中造成损害的材料，柔性烧蚀材料是以橡胶类弹性体为基体添加耐烧蚀填料制得。

柔性烧蚀材料的使用条件通常为超高温（可达3000℃~4000℃）燃气冲刷，同时燃气中可能含有不完全燃烧的颗粒，因而材料需具备一定的强度和伸长率。

近年来，国内外对柔性烧蚀材料开展了广泛的研究，并且取得了很多成果。查阅国内外相关资料发现，关于柔性烧蚀材料的研究，复合体系的基体主要是丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶或者它们的共混体系。张崇耿等于2008年在《固体火箭技术》第31卷第6期上发表名为“芳纶纤维和丁腈橡胶体系绝热层新配方的研制”的文章，文中采用含卤-锑的阻燃剂和芳纶纤维制备丁腈橡胶绝热层材料，材料的线烧蚀率可达0.051mm/s，力学性能优良。Gao Guoxin等于2010年在《Polymer Bulletin》第64卷上发表名为“An excellent ablative composite based in PBO reinforced EPDM”的文章，将PBO作为热绝缘材料用于增强EPDM，制备的EPDM复合材料的线烧蚀率可达0.10mm/s，力学性能有所下降。

由于三元乙丙橡胶是非极性橡胶，与金属的粘结性能差，使用时容易发生脱落；硅橡胶的强度低，容易发生破坏；丁腈橡胶的耐老化性差，贮存寿命短，增加装备的维修和维护成本。氢化丁腈橡胶(HNBR)是丁腈橡胶加氢后的产物，保持丁腈橡胶较好的粘结性和力学性能的同时，大大提高了其耐高温性和耐老化性能，极大延长了材料的贮存寿命，是耐烧蚀材料的理想基体材料。

目前，添加聚对苯二甲酰对苯二胺(芳纶)短纤维或浆粕或者聚对亚苯基苯并双恶唑(PBO)短纤维的氢化丁腈耐烧蚀橡胶未见报道。

橡胶基体本身无法满足超高温超高压短时间工作条件，必须借助各种耐烧蚀纤维等填料以提供材料的耐烧蚀、抗冲刷性能。新型高效耐烧蚀填料的使用使橡胶基体降解缓慢，但同时会明显降低材料的力学性能，使材料的扯断伸长率显著降低。通过对有机纤维、纳米无机填料、阻燃剂等研究，提高氢化丁腈橡胶材料耐烧蚀性能及综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐烧蚀性优异，并且具备弹性体材料必备的力学强度、伸长率的氢化丁腈橡胶体系。

本发明的目的是这样实现的，采用有机纳米蒙脱土在高温短时作用下生成无机炭层，提供预期的强度和硬度及耐高温气流冲刷性能；采用耐高温性好的PBO纤维和芳纶纤维，超高温短时冲刷下橡胶基体及某些填料发生炭化，未分解的纤维结构起到铆固炭层的作用，提高材料抵抗烧蚀冲刷的能力；通过填料组分优化设计，使材料具有优异的耐烧蚀性能和较好的力学性能。

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计：

HNBR                                 100份

炉法炭黑                             10~30份

阻燃剂                                0~30份

耐热纤维                              2~20份

纳米蒙脱土                            5~30份

纳米碳化硅                            0~20份

炉法炭黑为高耐磨炉黑或快压出炉黑中的一种或他们的混合体系；耐热纤维为PBO纤维、芳纶纤维中的一种或他们的混合体系；阻燃剂为磷酸硼或三聚氰胺中的一种或者二者的混合体系。

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计：

HNBR                                   100份

炉法炭黑                               10~30份

阻燃剂                                 10~30份

耐热纤维                                4~10份

纳米蒙脱土                              5~25份

纳米碳化硅                              5~15份

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计： 

HNBR                                   100份

炉法炭黑                               10~25份

阻燃剂                                  0~20份

耐热纤维                                2~14份

纳米蒙脱土                             10~25份

纳米碳化硅                              0~15份

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，PBO纤维与芳纶纤维混合体系中PBO纤维的质量百分数为16.7%~75%。

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，耐烧蚀性能优异，力学性能良好。该材料适用于要求耐高温烧蚀的柔性热防护领域，特别适用于瞬时（5s~15s）2700℃~3500℃的高温密封的烧蚀热防护技术领域。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶及制备工艺做进一步说明，但不作为对发明内容的限制。

实施例中不做特别说明的均为质量份。

实   施   例   一

将30份 HNBR溶解在丙酮中制得HNBR胶乳，将10份芳纶和5份PBO短纤维加入HNBR胶乳中浸渍均匀，晾干得到浸胶纤维；

将70份HNBR塑炼，加入10份快压出炉黑N550、5份DOS混炼均匀；加入5份氧化锌和1份硬脂酸混炼，薄通均匀；加入处理过的浸胶纤维混炼，薄通均匀；加入20份纳米蒙脱土和5份纳米碳化硅混炼，薄通均匀；最后加入1份三烯丙基异三聚氰酸酯(TAIC)和3份2，5-二甲基-2，5-双(过氧化叔丁基)己烷(DBPH)，混炼，薄通均匀，下片，在170℃，25min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。

拉伸强度为8.9MPa，扯断伸长率为95%，线烧蚀率为0.11mm/s。

实   施   例   二

将100份HNBR塑炼，加入15份高耐磨炉黑N330、8份DBP混炼均匀；加入5份氧化锌和1份硬脂酸混炼，薄通均匀；加入3份PBO纤维和4份芳纶纤维混炼，薄通均匀；加入5份磷酸硼和22份纳米蒙脱土混炼，薄通均匀；最后加入1份N，N′-间苯撑双马来酰亚胺(HVA-2)和6份过氧化二异丙苯(DCP)，混炼，薄通均匀，下片，在165℃，10min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。

拉伸强度为11.7MPa，扯断伸长率为235%，线烧蚀率为0.23mm/s。 

实   施   例   三

HNBR为100份，高耐磨炉黑N330：15份，快压出炉黑N550：10份，增塑剂TCP ：28份，磷酸硼：10份，三聚氰胺：15份，PBO纤维：2份，纳米蒙脱土：30份，纳米碳化硅：15份，促进剂TAIC：3份，硫化剂DBPH：8份。制备方法同实施例一，在170℃，20min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。

拉伸强度为14.7MPa，扯断伸长率为356%，线烧蚀率为0.18mm/s。

实   施   例   四

HNBR为100份，高耐磨炉黑N330：30 份，增塑剂AW1：22份，三聚氰胺：15份，PBO纤维：7份，芳纶纤维：7份，纳米蒙脱土：8份，纳米碳化硅：20份，促进剂TAIC：2份，硫化剂DCP：4份。制备方法同实施例二，在165℃，15min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。 

拉伸强度为13.4MPa，扯断伸长率为205%，线烧蚀率为0.096mm/s。

实   施   例   五

HNBR为100份，高耐磨炉黑N330：27 份，增塑剂DOS：30份，磷酸硼：5份，三聚氰胺：5份，芳纶纤维：20份，纳米蒙脱土：5份，纳米碳化硅：12份，促进剂TAIC：2份，硫化剂DBPH：6份。制备方法同实施例二，在170℃，20min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。  

拉伸强度为13.8MPa，扯断伸长率为313%，线烧蚀率为0.13mm/s。

实   施   例   六

HNBR为100份，快压出炉黑N550：20 份，增塑剂DBP：15份，磷酸硼：12份，PBO纤维：6份，芳纶纤维：3份，纳米蒙脱土：25份，纳米碳化硅：10份，促进剂TAIC：2份，硫化剂DBPH：4份。制备方法同实施例一，在170℃，20min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。 

拉伸强度为12.7MPa，扯断伸长率为205%，线烧蚀率为0.037mm/s。

实   施   例   七

HNBR为100份，快压出炉黑N550：23 份，增塑剂TCP：25份，磷酸硼：15份，三聚氰胺：15份，PBO纤维：6份，芳纶纤维：2份，纳米蒙脱土：10份，纳米碳化硅：18份，促进剂TAIC：2份，硫化剂DBPH：4份。制备方法同实施例一，在170℃，20min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。 

拉伸强度为12.2MPa，扯断伸长率为426%，线烧蚀率为0.043mm/s。

实   施   例   八

HNBR为 100份，快压出炉黑N550：18份，增塑剂DBP：12份，磷酸硼：10份，三聚氰胺：10份，PBO纤维：2份，芳纶纤维：10份，纳米蒙脱土：15份，纳米碳化硅：8份，促进剂TAIC：2份，硫化剂DCP：8份。制备方法同实施例二，在165℃，15min条件下硫化，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶。  

拉伸强度为11.3MPa，扯断伸长率为288%，线烧蚀率为0.052mm/s。

Claims (4)

1.一种纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计：

HNBR                                 100份

炉法炭黑                             10~30份

阻燃剂                                0~30份

耐热纤维                              2~20份

纳米蒙脱土                            5~30份

纳米碳化硅                            0~20份；

其中，炉法炭黑为高耐磨炉黑或快压出炉黑中的一种或他们的混合体系；耐热纤维为PBO纤维、芳纶纤维中的一种或他们的混合体系；阻燃剂为磷酸硼或三聚氰胺中的一种或者二者的混合体系。

2.根据权利要求1所述的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计：

HNBR                                   100份

炉法炭黑                               10~30份

阻燃剂                                 10~30份

耐热纤维                                4~10份

纳米蒙脱土                              5~25份

纳米碳化硅                              5~15份。

3.根据权利要求1所述的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计： 

HNBR                                   100份

炉法炭黑                               10~25份

阻燃剂                                  0~20份

耐热纤维                                2~14份

纳米蒙脱土                             10~25份

纳米碳化硅                              0~15份。

4.根据权利要求1、2或3所述的任一纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，PBO纤维与芳纶纤维混合体系中PBO纤维的质量百分数为16.7%~75%。