CN105837956A - 一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料及制备方法，该抗烧蚀材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶基体材料15~30份，碳纤维为45~50份，酚醛树脂为20~32份。制备时，先将基体材料破碎成小块，采用溶剂溶解，制成胶液；然后在胶液中按配比加入酚醛树脂，充分搅拌待用；最后将得到的胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位，晾干即可。该碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料能够解决相容性与迁移难题、达到提高质量与使用寿命的目的。

Description

一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料及制备方法
技术领域
本发明属于固体火箭发动机绝热材料技术领域，具体涉及一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料。
背景技术
固体火箭发动机通常多采用传统的橡胶基绝热材料，为了解决材料边分解边剥落、无法形成材料碳化层的问题，开发了定长碳纤维(平铺)增强酚醛改性丁腈橡胶绝热材料以及编织碳纤维增强酚醛改性丁腈橡胶绝热材料。该类材料性能优越，但其基体材料为极性体系，虽采用过渡型树脂等可实现与碳纤维与之间的粘接，但始终存在不相容的化学界面，其内部游离物质易迁移至界面，形成富聚现象，对界面造成破坏。从而影响了产品的质量和使用寿命。
发明内容
本发明的目的提供一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料及制备方法，以解决相容性与迁移难题、达到提高其质量与使用寿命的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶基体材料15～30份，碳纤维为45～50份，酚醛树脂为20～32份。
其中三元乙丙橡胶基体材料25份，碳纤维为47份，酚醛树脂为28份。
所述三元乙丙橡胶基体材料按重量份计，采用三元乙丙橡胶100份、白炭黑5～8份、硬脂酸0.5～1份、三乙醇胺1份、促进剂M 1～3份、促进剂TMTD 1～2份、热塑性酚醛树脂1～10份、沉降硫磺1～2份制成。
所述三元乙丙橡胶基体材料按重量份计，采用三元乙丙橡胶100份、白炭黑5～8份、硬脂酸0.5～1份、三乙醇胺1份、促进剂M 1～3份、促进剂TMTD 1～2份、热塑性酚醛树脂1～10份、DCP1～4份；
三元乙丙橡胶基体材料通过炼胶工艺完成制备，然后取样硫化，测试其性能，需符合表1中的相关要求，再作为基体材料用于后续制备过程。
抗拉强度 断裂伸长率 密度 线烧蚀率
单位 MPa ％ g/cm3 mm/s
指标 ≥3.5 ≥300 ≤1.05 ≤0.13
表1
所述的碳纤维为碳纤维编织布或碳纤维针织布，可形成网络结构，起到补强作用和骨架效果。
所述的酚醛树脂为热塑性酚醛树脂、钡酚醛树脂或硼酚醛树脂中的一种或多种；其中钡酚醛树脂和硼酚醛树脂具有更好地耐烧蚀性能，可形成致密碳化结构层。
制备所述的材料的方法，具体步骤为：
1)基体材料制备：按配比称取制备基体材料的原料，经塑炼和混炼制成基体材料，然后测试其性能，满足相关要求后备用；
2)基体材料溶解：将基体材料破碎成小块，采用溶剂溶解，制成胶液；
3)酚醛树脂溶解：在胶液中按配比加入酚醛树脂，充分搅拌后密闭贮存待用；
4)增强材料浸胶：将步骤3)得到的胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位，晾干即可得到碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料。
步骤2)中的溶剂为混合溶剂，采用甲苯、乙酸乙酯和溶剂油配成的混合物，混合溶剂可加快溶解，而且胶液的稳定性好。
步骤2)中，胶液的固体重量含量控制在18％～22％；步骤3)中胶液的固体重量含量控制在35％～40％。逐步溶解基体材料与酚醛树脂，控制一定的浓度，可以确保溶液的均匀、稳定，有利于浸胶所用。
步骤4)中，采用真空浸胶或辊压浸胶使胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位，浸胶效果好。
本发明的有益效果：
1、三元乙丙橡胶为非极性橡胶体系，采用碳纤维增强，具有相容性，在保持优良耐烧蚀性能的基础上，能够显著提升了质量和使用寿命。
2、可采用热塑性和热固性两种酚醛树脂进行改性，拓展了其应用领域，提升了应用过程中的工艺匹配性。
3、碳纤维编织布或碳纤维针织布的应用，确保在不同使用条件下，能够最大程度发挥其性能优势。
4、三元乙丙橡胶的极性较差，不容易溶解在溶剂中，采用混合溶剂法，可有效溶解，形成稳定的橡胶溶液，确保了浸胶的完成。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料，其配方组分规格见表2，单位为重量份。
表2
本发明中所述的三元乙丙橡胶基体材料采用三元乙丙橡胶、白炭黑、硬脂酸、三乙醇胺、促进剂M、促进剂TMTD、热塑性酚醛树脂、沉降硫磺或DCP制成，制得的三元乙丙橡胶基体材料硫化后的常规性能指标需符合相关要求。其中硫化温度为150℃，时间1h，压强1MPa。
一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料的制备方法，具体步骤为：
1)基体材料制备：按配比称取制备基体材料的原料，经塑炼和混炼制成基体材料，然后硫化测试其性能，满足相关要求后备用；
2)基体材料溶解：将基体材料破碎成小块，采用溶剂溶解，制成胶液；
3)酚醛树脂溶解：在胶液中按配比加入酚醛树脂，充分搅拌后密闭贮存待用；
4)增强材料浸胶：将步骤3)得到的胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位，晾干即可得到碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料。
进一步的，步骤2)中的溶剂为混合溶剂，采用甲苯、乙酸乙酯和溶剂油配成的混合物。
进一步的，步骤2)中，胶液的固体重量含量控制在18％～22％；步骤3)中胶液的固体重量含量控制在35％～40％。
进一步的，步骤4)中，采用真空浸胶或辊压浸胶使胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位。
制得的一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料的常规性能指标见表3。
表3
采用混合溶剂法与浸胶法，可以很好解决了相容性与制备难题，采用碳纤维增强三元乙丙橡胶为基体材料抗烧蚀材料具有良好的力学性能和较低的线烧蚀率，具有良好的使用性能以及质量稳定，可以满足实际研发与生产要求。

Claims (10)

1.一种碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料，其特征在于，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶基体材料15～30份，碳纤维为45～50份，酚醛树脂为20～32份。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：其中三元乙丙橡胶基体材料25份，碳纤维为47份，酚醛树脂为28份。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶基体材料在硫化后的常规性能指标满足：抗拉强度≥3.5MPa，断裂伸长率≥300％，密度≤1.05g/cm3，线烧蚀率≤0.13mm/s。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶基体材料按重量份计，采用三元乙丙橡胶100份、白炭黑5～8份、硬脂酸0.5～1份、三乙醇胺1份、促进剂M 1～3份、促进剂TMTD1～2份、热塑性酚醛树脂1～10份、沉降硫磺1～2份制成。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的材料，其特征在于：所述三元乙丙橡胶基体材料按重量份计，采用三元乙丙橡胶100份、白炭黑5～8份、硬脂酸0.5～1份、三乙醇胺1份、促进剂M 1～3份、促进剂TMTD 1～2份、热塑性酚醛树脂1～10份、DCP1～4份。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的材料，其特征在于：所述的碳纤维为碳纤维编织布或碳纤维针织布。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的材料，其特征在于：所述的酚醛树脂为热塑性酚醛树脂、钡酚醛树脂或硼酚醛树脂中的一种或多种。
8.制备权利要求1-7任意一项所述材料的方法，其特征在于，具体步骤为：
1)基体材料制备：按配比称取制备基体材料的原料，经塑炼和混炼制成基体材料，然后硫化测试其性能，满足相关要求后备用；
2)基体材料溶解：将基体材料破碎成小块，采用溶剂溶解，制成胶液；
3)酚醛树脂溶解：在胶液中按配比加入酚醛树脂，充分搅拌后密闭贮存待用；
4)增强材料浸胶：将步骤3)得到的胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位，晾干即可得到碳纤维增强三元乙丙橡胶抗烧蚀材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤2)中的溶剂为混合溶剂，采用甲苯、乙酸乙酯和溶剂油配成的混合物；胶液的固体重量含量控制在18％～22％；步骤3)中胶液的固体重量含量控制在35％～40％。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤4)中，采用真空浸胶或辊压浸胶使胶液均匀分布于碳纤维材料的各部位。
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