CN102702589B

CN102702589B - 丁苯石棉防热复合橡胶及其制备方法

Info

Publication number: CN102702589B
Application number: CN 201210162165
Authority: CN
Inventors: 朱兴涛; 晏述亮; 汪力凤; 万德芬
Original assignee: Hubei Sanjiang Space Jiangbei Mechanical Engineering Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science and engineering Rocket Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-05-23
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: CN102702589A

Abstract

本发明公开了一种丁苯石棉防热复合橡胶及其制备方法。该丁苯石棉防热复合橡胶由丁苯橡胶、温石棉纤维和配合剂作为原材料制备而成，其中，所述丁苯橡胶按质量为m计时，所述温石棉纤维质量为25~32%m，所述配合剂包括：质量为4~6%m的氧化锌、质量为1.8~2.2%m的硬脂酸、质量为16~20%m的邻苯二甲酸二丁脂、质量为1.8~2.2%m的N-苯基-α-萘胺、质量为15~20%m的气相白炭黑、质量为0.6~0.8%m的2-硫醇基苯并噻唑、质量为2.5~3.5%m的二硫化二苯并噻唑和质量为1.9~2.1%m的硫磺。上述原材料经过塑炼和混炼等操作之后即可得丁苯石棉放热复合橡胶。该橡胶耐老化、抗烧蚀、力学性能优良，同时，其制备方法操作简单，可适用于大规模生产。

Description

丁苯石棉防热复合橡胶及其制备方法

技术领域

本发明属于火箭发动机用热防护材料技术领域，具体是指一种丁苯石棉防热复合橡胶及其制备方法。

背景技术

柔性喷管是一种借助柔性接头实施火箭发动机喷管摆动以达到推力方向控制目的的摆动喷管。柔性接头由若干同心环状球体的弹性件和增强件相互交替地粘接在一起。柔性接头的弹性件采用橡胶类材料制作，柔性接头的增强件采用导热性能较好的金属材料制作。一般橡胶类材料只能在10~30℃温度范围内工作，而固体火箭发动机工作时，燃气温度超过3000℃，会使金属增强件的温度升高，从而导致与橡胶制作的弹性件粘接面脱粘，使柔性接头失效。因此需要使用防热套将柔性接头包裹起来，使其与高温燃气隔开。防热套设计时要考虑在最大摆角下的延伸量，并且在防热套上开有若干小孔，使防热套内、外达到压强平衡，在防热套与柔性接头之间的空隙中充填硅脂，以起到隔热作用。现有的防热套所采用的普通复合橡胶材料制备，其抗拉强度、扯断伸长率指标不高，不能满足日益提高的产品性能要求。

发明内容

本发明的目的是要提供一种丁苯石棉防热复合橡胶及其制备方法，该橡胶耐老化、抗烧蚀、力学性能优良，同时，其制备方法操作简单，可适用于大规模生产。

为实现上述发明目的，丁苯石棉防热复合橡胶，其特殊之处在于，它由丁苯橡胶、温石棉纤维和配合剂作为原材料制备而成，其中，所述丁苯橡胶按质量为m计时，所述温石棉纤维质量为25~32%m，所述配合剂包括：质量为4~6%m的氧化锌、质量为1.8~2.2%m的硬脂酸、质量为16~20%m的邻苯二甲酸二丁脂、质量为1.8~2.2%m的N-苯基-α-萘胺、质量为15~20%m的气相白炭黑、质量为0.6~0.8%m的2-硫醇基苯并噻唑、质量为2.5~3.5%m的二硫化二苯并噻唑和质量为1.9~2.1%m的硫磺。

进一步地，所述丁苯橡胶按质量为m计时，所述温石棉纤维质量为28~30%m，所述配合剂包括：质量为5~6%m的氧化锌、质量为2~2.1%m的硬脂酸、质量为17~19%m的邻苯二甲酸二丁脂、质量为2~2.1%m的N-苯基-α-萘胺、质量为17~19%m的气相白炭黑、质量为0.7~0.8%m的2-硫醇基苯并噻唑、质量为3~3.5%m的二硫化二苯并噻唑和质量为2~2.1%m的硫磺。

所述的丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法，其特殊之处在于，它依次包括以下步骤：

1）向丁苯橡胶中依次加入2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑进行塑炼；

2）向塑炼胶中依次加入氧化锌、硬脂酸（C 18H 36O 2）、N-苯基-α-萘胺、邻苯二甲酸二丁脂、温石棉纤维、气相白碳黑、硫磺进行混炼，压延出片即可获得丁苯石棉放热复合橡胶；

进一步地，所述步骤2）中，在加入温石棉纤维与邻苯二甲酸二丁脂之前，先将两者混合均匀，使邻苯二甲酸二丁脂充分浸透温石棉纤维，制成温石棉纤维预混合物后再加入。

再进一步地，所述步骤1）中，塑炼时控制开炼机辊温在30~40℃；

还进一步地，所述步骤2）中，混炼时控制开炼机辊温在50~60℃。

本发明的丁苯石棉防热复合橡胶，采用丁苯橡胶为主体材料，丁苯橡胶的耐热性、耐老化性能比天然橡胶好，硫化速度慢，硫化曲线平坦；温石棉纤维是为橡胶中的骨架材料，能有效提高橡胶制品的强度和提高橡胶防热性能的作用。温石棉纤维拉伸强度高达29.4MPa，高于钢丝的强度22MPa，不燃烧，可耐500~550℃的高温，而且其导热系数小，具有优良的保温隔热性能。

配合剂中的2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑作为促进剂，硫化特性好，抗焦烧性能较好，对橡胶有塑解功效，加入丁苯橡胶生胶塑炼制成塑炼胶，在炼胶初期加入，而且需同硫化剂分开投料。

配合剂中的活性剂氧化锌同2-硫醇基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑配合使用增加促进剂的活性，减少促进剂用量和缩短橡胶硫化时间，在混炼中首先加入。

N-苯基-α-苯胺为防老剂，有防止胶凝的作用，一般分散快，常在混炼初期较前顺序中加入。

邻苯二甲酸二丁脂（DEP）为增塑剂，它们能使橡胶料软化便于加工，能将橡胶分子分开，从而降低其玻璃化转变温度、未硫化胶熔融粘度和硫化胶硬度，可于混炼时直接加入胶料中使用。优选地，在加入之前，先将温石棉纤维和邻苯二甲酸二丁脂混合均匀，使邻苯二甲酸二丁脂充分浸透温石棉纤维，制成温石棉纤维预混合物后再加入，有利于温石棉纤维同橡胶的混炼。

气相白碳黑（SiO 2）为补强填充剂，用量较大，能改善橡胶的力学性能，如提高拉伸强度、撕裂强度等。

硫磺为硫化剂，硫磺融点较低，100℃以上即发生液化结团，难以分散。硫磺一般在混炼最后阶段加入，并要求操作迅速完成。

在制备时，先对丁苯橡胶进行塑炼的目的是使其满足混炼胶工艺性能和制品性能对橡胶可塑度的要求，然后再进行混炼，混炼时优选将温石棉纤维先与增塑剂邻苯二甲酸二丁脂（DEP）混合浸透制成混合物后再加入进行混炼，这样可以有效地使增塑剂在温石棉纤维中均匀分散，并提高温石棉纤维和橡胶分子的粘合性，显著提高复合橡胶的抗拉强度和扯断永久变形。

实践证明，利用本发明的丁苯石棉防热复合橡胶制作的防热套可以实现柔性接头的热防护，其材料力学性能满足设计要求的在最大摆角下的延伸量，且耐老化、在储存期七年内性能和结构保持稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的丁苯石棉防热复合橡胶及其制备方法做进一步地说明。

实施例1

一种丁苯石棉防热复合橡胶，所含主要材料丁苯橡胶质量为5kg，其他原料配比质量计算如下：

将上述材料制备成丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法依次包括以下步骤：

1）对丁苯橡胶进行塑炼：将破胶后的丁苯橡胶在开炼机上先以0.5~1.0mm的小辊距通过4~6次后，依次加入2-硫醇基苯并噻唑和二硫化二苯并噻唑，每段加料后打三角包通过，控制辊温在30~40℃；

2）将邻苯二甲酸二丁脂（DEP）与温石棉纤维混合均匀，使其充分浸透温石棉纤维，制成温石棉纤维预混合物；再次将开炼机辊距调至0.5~1.0mm，在塑炼胶中依次加入活性剂氧化锌、增塑剂硬脂酸（C18H 36O 2）、防老剂A（N-苯基-α-萘胺）、温石棉纤维预混合物、补强填充剂4号气相白碳黑（SiO 2）、硫化剂硫磺，每段加料后打三角包通过，压延试样用胶片，待试样各检测数据合格后，根据防热套胶片厚度要求压延出片，控制辊温在50~60℃。

实施例2

将上述材料制备成丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法同实施例1。

实施例3

一种丁苯石棉防热复合橡胶，所含主要材料丁苯橡胶质量为5kg，其他原料配比质量除以下项外，其他与实施例1的相同：

实施例4

实施例5

对上述实施例所制备得到的产品进行力学测试，各项检测结果详见下表：

上述检测数据表明，本发明的丁苯石棉防热复合橡胶的抗拉强度≥4Mpa、扯断伸长率≥400％、扯断永久变形＜15％、邵氏硬度＜62、氧乙炔线烧蚀率≤0.10 mm/s，表现出优良的力学性能。

Claims

1.一种丁苯石棉防热复合橡胶，其特征在于：它由丁苯橡胶、温石棉纤维和配合剂作为原材料制备而成，其中，所述丁苯橡胶按质量为m计时，所述温石棉纤维质量为25~32%m，所述配合剂包括：质量为4~6%m的氧化锌、质量为1.8~2.2%m的硬脂酸、质量为16~20%m的邻苯二甲酸二丁酯、质量为1.8~2.2%m的N-苯基-α-萘胺、质量为15~20%m的气相白炭黑、质量为0.6~0.8%m的2-硫醇基苯并噻唑、质量为2.5~3.5%m的二硫化二苯并噻唑和质量为1.9~2.1%m的硫磺。

2.根据权利要求1所述的丁苯石棉防热复合橡胶，其特征在于：所述丁苯橡胶按质量为m计时，所述温石棉纤维质量为28~30%m，所述配合剂包括：质量为5~6%m的氧化锌、质量为2~2.1%m的硬脂酸、质量为17~19%m的邻苯二甲酸二丁酯、质量为2~2.1%m的N-苯基-α-萘胺、质量为17~19%m的气相白炭黑、质量为0.7~0.8%m的2-硫醇基苯并噻唑、质量为3~3.5%m的二硫化二苯并噻唑和质量为2~2.1%m的硫磺。

3.一种权利要求1所述的丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法，其特征在于：它依次包括以下步骤：

2）向塑炼胶中依次加入氧化锌、硬脂酸、N-苯基-α-萘胺、温石棉纤维、邻苯二甲酸二丁酯、气相白炭黑、硫磺进行混炼，压延出片即可获得丁苯石棉防热复合橡胶。

4.根据权利要求3所述的丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，在加入温石棉纤维与邻苯二甲酸二丁酯之前，先将两者混合均匀，使邻苯二甲酸二丁酯充分浸透温石棉纤维，制成温石棉纤维预混合物后再加入。

5.根据权利要求3或4所述的丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中，塑炼时控制开炼机辊温在30~40℃。

6.根据权利要求3或4所述的丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，混炼时控制开炼机辊温在50~60℃。

7.根据权利要求5所述的丁苯石棉防热复合橡胶的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，混炼时控制开炼机辊温在50~60℃。