CN106433148B - 一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106433148B
CN106433148B CN201610841012.6A CN201610841012A CN106433148B CN 106433148 B CN106433148 B CN 106433148B CN 201610841012 A CN201610841012 A CN 201610841012A CN 106433148 B CN106433148 B CN 106433148B
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon cloth
mass parts
carbon
resistance
ablation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201610841012.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106433148A (zh
Inventor
刘艳辉
马超
高景龙
苏靖宇
李勇
尹正帅
智业
张宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Ligong University
Original Assignee
Shenyang Ligong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Ligong University filed Critical Shenyang Ligong University
Priority to CN201610841012.6A priority Critical patent/CN106433148B/zh
Publication of CN106433148A publication Critical patent/CN106433148A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106433148B publication Critical patent/CN106433148B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04—Polysiloxanes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B13/00—Conditioning or physical treatment of the material to be shaped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C35/00—Heating, cooling or curing, e.g. crosslinking or vulcanising; Apparatus therefor
    • B29C35/02—Heating or curing, e.g. crosslinking or vulcanizing during moulding, e.g. in a mould
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L49/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more carbon-to-carbon triple bonds; Compositions of derivatives of such polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/002—Physical properties
    • C08K2201/004—Additives being defined by their length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00—Properties
    • C08L2201/08—Stabilised against heat, light or radiation or oxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
    • C08L2205/035—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend containing four or more polymers in a blend

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法，其中该复合材料主要是由硅橡胶100质量份、白炭黑10~40质量份、聚芳基乙炔0~50质量份、碳纤维布1~30质量份、短切碳纤维0~40质量份、无机耐烧蚀填料5~40质量份、结构化控制剂0.5~10质量份、偶联剂1~10质量份和硫化剂1~10质量份配制成，该复合材料不易分层，具有优异的抗拉伸、抗冲击及耐烧蚀性能。

Description

一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料，特别是涉及一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及制备方法，能满足航空航天领域对高载荷、耐蚀性能的要求。
背景技术
随着国际形势的不断发展，各个国家在航天器技术方面的竞争日益激烈，例如：长时间长距离飞行武器越来越成为世界各国研究的重要内容。这样就对材料提出两方面的要求，一为质轻：对于航天、航空飞行器减轻结构重量而言，发动机结构重量每减少1千克，飞机结构可减重4千克，升限可提高10米；一枚小型洲际导弹第三级结构重量每减少1千克，可增加射程15~20千米；航天飞机的重量每减少1千克，其发射成本可减少1.5万美元。另一要求为耐烧蚀。如航天飞机、火箭、导弹以超音速在大气层中飞行时，由于气动热环境极为恶劣，会使其表面处于高温高压的环境，表面温度高达4000~10000℃，压力可达10MPa。固冲发动机燃烧室工作时推进剂燃烧产生近4000℃高温，压力高达1200个大气压、气流速度达1马赫。
在这样恶劣的环境中，使用碳纤维制备的复合材料起到了不可替代的作用。例如：导弹再入大气层的温度高达6000℃，任何金属材料都会化为灰烬，只有碳纤维/耐烧蚀基体复合材料仅发生烧蚀减薄，不会熔融。碳纤维/耐烧蚀基体复合材料兼具多种性能：密度低、高温下不熔不燃仅发生烧蚀、热膨胀系数小、抗热冲击能力强、热导率高、耐磨抗磨等。所以，在宇航工业中，其可以用作导弹、航天器的防热及结构材料。在众多碳纤维复合材料中，高聚物基碳纤维复合材料具有质轻的特点，并且硅橡胶作为绝热材料应用于固体火箭发动机或冲压发动机，具有较高的信号透过率、优良的耐烧蚀性能以及抗高温燃气冲刷等优点，将成为固体火箭发动机下一代绝热材料。但研究发现，硅橡胶材料和碳纤维界面结合力较差，材料力学性能相对较低，且材料经高温烧蚀后成碳率低，形成的碳烧蚀层易于脱落。
聚芳基乙炔由于在固化过程中无小分子逸出；固化树脂交联密度高，耐高温性能优异；预聚物为液态或可熔的固体，易于浸渍纤维；热解成碳率极高，通常高于80%，且碳化收缩率低。美国N.Bilow等人提出以芳基乙炔预聚体作为碳/碳复合材料的浸渍剂，引起了许多学者的关注。总之，聚芳基乙炔由于其杰出的耐热性能和结构的稳定性，受到了国内外航空、航天领域专业人士的高度重视，成为聚合物基复合材料未来发展的重要部分，是极具潜力的一种防热材料。
然而，目前的研究多集中在短切碳纤维/聚芳基乙炔，短切碳纤维/热硫化硅橡胶复合材料的制备及应用方面，对碳纤维布-热硫化硅橡胶-聚芳基乙炔的制备及其增强、耐烧蚀性的考察还未见报道。
发明内容
本发明的目的，是提供一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，该复合材料质轻、耐高温、耐烧蚀，并具有优异的压缩强度、抗剪切和抗拉伸等性能。
本发明的另一目的，是提供一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料的制备方法。
采用的技术方案是：
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，其特征在于该复合材料主要是由硅橡胶、耐烧蚀纤维、白炭黑、结构化控制剂、陶瓷化粉、炭化物、偶联剂和硫化剂制备，具体的质量份数配比为：
硅橡胶：100质量份；
白炭黑：10~40质量份；
聚芳基乙炔：0~50质量份；
碳纤维布：1~30质量份；
短切碳纤维：0~40质量份；
无机耐烧蚀填料：5~40质量份；
结构化控制剂：0.5~10质量份；
偶联剂：1~10质量份；
硫化剂：1~10质量份。
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基乙烯基硅橡胶中的一种或两种。
所述的白炭黑为气相法白炭黑。
所述的碳纤维布可为平纹、斜纹或缎纹编织，碳纤维布的型号为1K、3K、6K或12K，密度为200、240或300g/m3。碳纤维布厚度可为0.22mm或0.25mm。
所述的短切碳纤维单丝直径为5~10μm，长度为3~9mm。
所述的无机耐烧蚀填料可为氧化锆、硼化锆、碳化锆、碳化硅中的一种或两种以上。
所述的结构化控制剂为羟基硅油和苯基硅油中的一种或两种。
所述的偶联剂为KH550、KH-560、KH-570中的一种或两种以上。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和双二五中的一种或两种以上。
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）碳纤维布及短切碳纤维的预处理：将碳纤维布裁剪成所需要的尺寸后和短切碳纤维分别在无水乙醇中，用超声波清洗器浸洗3~5分钟，过滤烘干后放入马弗炉中450℃煅烧45-65分钟，备用；
（2）无机耐烧蚀填料的预处理：将1-10质量份偶联剂溶入无水乙醇中配制成浓度为1~5%的溶液，将1-10质量份无机耐烧蚀填料放入高速混合机中，喷入制备好的偶联剂溶液，混合5分钟后，放入烘箱中烘干，备用；
（3）预制复合体制备
在开炼机上依次加入100质量份热硫化橡胶、0-50质量份聚芳基乙炔、10-40质量份白炭黑、羟基硅油5-40质量份、步骤（1）制备的短切碳纤、步骤（2）预处理后的无机耐蚀填料、0.5-10质量份结构化控制剂、1-10质量份硫化剂，混炼均匀制得预制复合体，备用；
（4）预制体的制备：将经步骤（1）制得的碳纤维布铺在模具上，在碳纤维布上涂刷经步骤（3）制得到的预制复合体，然后再在第一层预制复合体上铺上第二层经步骤（1）处理的碳纤维布，然后再在第二层该碳纤维布上涂刷经步骤（3）制得的预制复合体，以此类推，形成碳纤维布和预制复合体相间结构。每铺排一层碳纤维布，均对碳纤维布层进行针刺处理，直至所得材料达到预先设计的厚度，制得预制体。
（5）硫化成型：用平板硫化机在压力为5~9MPa和温度为160~200℃的条件下进行一次硫化处理40~60min后取出后，放在高温烘箱中1.5~3h，温度为200~220℃，取出冷却至室温，即得到碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料。
所述的层间预制复合体平铺的厚度≥1mm。
所述的复合层为至少一层。
所述的制备预制体时采用针刺法对碳纤维布层进行处理，预制复合体针刺入碳纤维布中的深度至少为0.22mm，针刺密度为30~60针/cm2。
所述的硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶和甲基苯基乙烯基硅橡胶中的一种或两种。
所述的白炭黑为气相法制得的白炭黑。
所述的碳纤维布可为平纹、斜纹或缎纹编织，碳纤维布的型号为1K、3K、6K或12K，密度为200、240或300g/m3。碳纤维布厚度可为0.22mm或0.25mm。
所述的短切碳纤维单丝直径5~10μm，长度为3~9mm。
所述的无机耐烧蚀填料为氧化锆、硼化锆、碳化硼、碳化锆、碳化硅中的一种或两种以上。
所述的结构化控制剂为羟基硅油和苯基硅油中的一种或两种。
所述的偶联剂为KH550、KH-560、KH-570中的一种或两种以上。
所述的硫化剂为过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰和双二五中的一种或两种以上。
本发明的优点为：本发明所提供的一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法，利用聚芳基乙炔和碳纤维布的良好亲和力，采用针刺技术，将基体共聚物带入碳纤维布的经纬缝隙间，制备的碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料不分层，使制备的材料具有优异的压缩强度、抗剪切、抗拉伸等力学性能。同时，由于材料既含有多层碳纤维布，又含有聚芳基乙炔，致使材料在烧蚀过程中碳层致密、坚韧不易脱落，极大的提高了材料的耐冲蚀性，降低了材料的线烧蚀率、质量烧蚀率，使材料在航空航天尤其是在固冲式发动机的隔热层方面具有良好的应用前景，其成型后所得制品拉伸强度为24～36MPa，质量烧蚀率为0.01～0.1g/s，线烧蚀率0.05～0.1mm/s。
附图说明
图1和图2为本发明实施例1制备出的碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料经氧-乙炔火焰烧蚀后电镜扫描照片，其中图1为烧蚀后的表面照片，图2为烧蚀后截面的照片。
从图1可以看出，橡胶基复合材料紧密地和碳纤维布结合，碳纤维布上下及编织的缝隙中均遍布橡胶基材料，并和橡胶材料交织成网状结构，烧蚀后，烧蚀层碳化。从图2和XRD图谱可以看出，烧蚀后的灰白色颗粒主要是熔融的二氧化硅、耐烧蚀填料反应陶瓷化后形成的碳化硅及硅橡胶和芳基乙炔热解碳化后生成的碳，这些物质附在纤维布上，起到了盾牌的作用，阻碍了氧气-乙炔火焰对内层材料的氧化及热量的传递，从而起到了耐烧蚀的作用。
图3为实施例1制备出的碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料经氧-乙炔火焰烧蚀后的XRD谱图。
具体实施方式
实施例一
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，主要是由以质量份数计：硅橡胶100份、白炭黑10份、聚芳基乙炔20份、碳纤维布15份、短切碳纤维20份、无机耐烧蚀填料5份、结构化控制剂0.5份、偶联剂1份和硫化剂1份制备成。
实施例二
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，主要是由以质量份数计橡胶100份、白炭黑40份、聚芳基乙炔50份、碳纤维布30份、短切碳纤维40份、无机耐烧蚀填料40份、结构化控制剂10份和硫化剂10份制备成。
实施例三
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，主要是由以质量份数计硅橡胶100份、白炭黑25份、碳纤维15份、短切纤维20份、无机耐烧蚀填料20份、结构化控制剂8份、偶联剂5份和硫化剂10份制备成。
实施例四
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，主要是由以质量份数计硅橡胶100份、白炭黑20份、聚芳基乙炔25份、碳纤维布30份、无机耐烧蚀填料40份、结构化控制剂10份、偶联剂10份和硫化剂10份制备成。
实施例五
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料，主要是由以质量份数计硅橡胶100份、白炭黑30份、聚芳基乙炔50份、短切纤维5份、无机耐烧蚀填料5份、硫化剂2份、结构化控制剂1份、碳纤维5份和偶联剂1份制备成。
实施例六
一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料的制备方法，包括下述步骤：
1）碳纤维布及短切碳纤维的预处理：将3K平纹编织，密度为200g/m3的碳纤维布裁剪成所需要的尺寸，将碳纤维布和直径为5μm，长度为6mm的短切碳纤维分别用无水乙醇溶液超声波浸洗3分钟，过滤烘干后放入马弗炉中450℃煅烧1小时。
2）无机耐烧蚀填料的预处理：将偶联剂KH-570溶入无水乙醇中配制成浓度为2%的溶液，将无机耐烧蚀填料粒度为1μm的碳化硼放入高速混合机中，喷入偶联剂溶液，喷入量占无机耐烧蚀填料的1%。混合5分钟后，放入烘箱中烘干。
3）预制复合体的制备：在开炼机机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶50质量份，甲基苯基乙烯基硅橡胶50质量份、聚芳基乙炔50质量份、白炭黑30质量份、经步骤1）处理的6mm短切碳纤维5质量份、经步骤2）处理的碳化硼5质量份过氧化二异丙苯2质量份和羟基硅油1质量份混合塑炼，得预制复合体；
4）预制体的制备：将经1）得的碳纤维布铺在模具上，在碳纤维布上涂刷经3）得到的预制复合体，两层碳纤维布间热硫化橡胶的厚度约为0.3mm，边铺排碳纤维布，边涂刷预制复合体，形成碳纤维布和预制复合体相间结构。每铺排一层碳纤维布，均对碳纤维布层进行针刺处理，直至所得材料达到10mm厚度，制备得预制体。
5）硫化成型：用平板硫化机在压力为5MPa和温度为180℃的条件下进行一次硫化处理50min后取出，放在高温烘箱中1h，温度为200℃，取出冷却至室温，制得碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料。
经测试得拉伸强度为36MPa，质量烧蚀率为0.017g/s，线烧蚀率为0.06mm/s，绝热指数为3.3s/mm。
实施例七
1）碳纤维布及短切碳纤维的预处理：将6K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成所需要的尺寸，将碳纤维布和直径为10μm，长度为3mm的短切碳纤维分别用无水乙醇溶液在超声波条件下浸洗4分钟，过滤烘干后放入马弗炉中450℃煅烧1小时。
2）无机耐烧蚀填料的预处理：将偶联剂KH-550溶入无水乙醇中配制成浓度为3%的溶液，将粒度为500nm碳化锆放入高速混合机中，喷入偶联剂溶液，喷入量占碳化锆的2%。混合4分钟后，放入烘箱中烘干。
3）预制复合体的制备：在开炼机机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶40质量份，甲基苯基乙烯基硅橡胶60质量份、聚芳基乙炔20质量份、白炭黑30质量份、经步骤1）处理的短切碳纤维8质量份、碳化锆10质量份、过氧化二异丙苯2质量份和羟基硅油1质量份混合塑炼，得预制复合体；
4）预制体的制备：将经1）得的碳纤维布铺在模具上，在碳纤维布上涂刷经3）得到的预制复合体，两层碳纤维布间热硫化橡胶的厚度约为0.4mm，边铺排碳纤维布，边涂刷预制复合体，形成碳纤维布和预制复合体相间结构，最外面一层为碳纤维布。每铺排一层碳纤维布，均对碳纤维布层进行针刺处理，直至所得材料达到11mm厚度，制备得预制体。
5）硫化成型：用平板硫化机在压力为4MPa和温度为185℃的条件下进行一次硫化处理50min后取出，放在高温烘箱中1h，温度为200℃，取出冷却至室温，制得碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料。
经测试得拉伸强度为28MPa，质量烧蚀率为0.021 g/s，线烧蚀率为0.15mm/s，绝热指数为4.9s/mm。
实施例八
1）碳纤维布及短切碳纤维的预处理：将3K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成所需要的尺寸，将碳纤维布和直径为10μm，长度为3mm的短切碳纤维分别用无水乙醇溶液在超声波条件下浸洗5分钟，过滤烘干后放入马弗炉中450℃煅烧1小时。
2）无机耐烧蚀填料的预处理：将偶联剂KH-570溶入无水乙醇中配制成浓度为2%的溶液，将无机耐烧蚀填料粒度为200nm放入高速混合机中，喷入偶联剂溶液，喷入量占无机耐烧蚀填料的1%。混合5分钟后，放入烘箱中烘干。
3）预制复合体的制备：在开炼机机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶50质量份，甲基苯基乙烯基硅橡胶50质量份、聚芳基乙炔20质量份、白炭黑30质量份、经步骤1）处理的短切碳纤维10质量份、碳化硅10质量份、过氧化二异丙苯2质量份和羟基硅油1质量份混合塑炼，得预制复合体；
4）预制体的制备：将经1）得的碳纤维布铺在模具上，在碳纤维布上涂刷经3）得到的预制复合体，两层碳纤维布间热硫化橡胶的厚度约为0.5mm，边铺排碳纤维布，边涂刷预制复合体，形成碳纤维布和预制复合体相间结构。每铺排一层碳纤维布，均对碳纤维布层进行针刺处理，直至所得材料达到10mm厚度，制备得预制体。
5）硫化成型：用平板硫化机在压力为6MPa和温度为180℃的条件下进行一次硫化处理50min后取出，放在高温烘箱中1h，温度为200℃，取出冷却至室温，制得碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料。
经测试得拉伸强度为32MPa，质量烧蚀率为0.034g/s，线烧蚀率为0.27mm/s，绝热指数为5.6s/mm。
实施例九
1）碳纤维布及短切碳纤维的预处理：将12K平纹编织，密度为240g/m3的碳纤维布裁剪成所需要的尺寸，将碳纤维布和直径为5μm，长度为9mm的短切碳纤维分别用无水乙醇溶液在超声波条件下浸洗5分钟，过滤烘干后放入马弗炉中450℃煅烧1小时。
2）无机耐烧蚀填料的预处理：将偶联剂KH-560溶入无水乙醇中配制成浓度为3%的溶液，将无机耐烧蚀填料粒度为500nm氧化锆放入高速混合机中，喷入偶联剂溶液，喷入量占无机耐烧蚀填料的2%。混合5分钟后，放入烘箱中烘干。
3）预制复合体的制备：在开炼机机上依次加入甲基乙烯基硅橡胶30质量份，甲基苯基乙烯基硅橡胶70质量份、聚芳基乙炔40质量份、白炭黑30质量份、经步骤1）处理的短切碳纤维8质量份、氧化锆10质量份、过氧化二异丙苯2质量份、硅烷偶联剂KH750为0.06质量份和羟基硅油1质量份混合塑炼，得预制复合体；
4）预制体的制备：将经1）得的碳纤维布铺在模具上，在碳纤维布上涂刷经3）得到的预制复合体，两层碳纤维布间热硫化橡胶的厚度约为0.5mm，边铺排碳纤维布，边涂刷预制复合体，形成碳纤维布和预制复合体相间结构。每铺排一层碳纤维布，均对碳纤维布层进行针刺处理，直至所得材料达到12mm厚度，制备得预制体。
5）硫化成型：用平板硫化机在压力为7MPa和温度为185℃的条件下进行一次硫化处理50min后取出，放在高温烘箱中1h，温度为200℃，取出冷却至室温，制得碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料。
经测试得拉伸强度为35MPa，质量烧蚀率为0.013g/s，线烧蚀率为0.059mm/s，绝热指数为6.1s/mm。

Claims (3)

1.一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）碳纤维布及短切碳纤维的预处理：将碳纤维布裁剪成所需要的尺寸后和短切碳纤维分别在无水乙醇中，用超声波清洗器浸洗3~5分钟，过滤烘干后放入马弗炉中450℃煅烧45-65分钟，备用；
（2）无机耐烧蚀填料的预处理：将1-10质量份偶联剂溶入无水乙醇中配制成浓度为1~5%的溶液，将1-10质量份无机耐烧蚀填料放入高速混合机中，喷入制备好的偶联剂溶液，混合5分钟后，放入烘箱中烘干，备用；
（3）预制复合体制备
在开炼机上依次加入100质量份热硫化橡胶、20-50质量份聚芳基乙炔、10-40质量份白炭黑、羟基硅油5-40质量份、步骤（1）制备的短切碳纤维、步骤（2）预处理后的无机耐蚀填料、0.5-10质量份结构化控制剂、1-10质量份硫化剂，混炼均匀制得预制复合体，备用；
（4）预制体的制备：将经步骤（1）制得的碳纤维布铺在模具上，在碳纤维布上涂刷经步骤（3）制得到的预制复合体，然后再在第一层预制复合体上铺上第二层经步骤（1）处理的碳纤维布，然后再在第二层该碳纤维布上涂刷经步骤（3）制得的预制复合体，以此类推，形成碳纤维布和预制复合体相间结构，每铺排一层碳纤维布，均对碳纤维布层进行针刺处理，直至所得材料达到预先设计的厚度，制得预制体；
（5）硫化成型：用平板硫化机在压力为5~9MPa和温度为160~200℃的条件下进行一次硫化处理40~60min后取出后，放在高温烘箱中1.5~3h，温度为200~220℃，取出冷却至室温，即得到碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料的制备方法，其特征在于：
所述的层间预制复合体平铺的厚度≥1mm；
所述的复合层为至少一层。
3.根据权利要求1或2所述的一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料的制备方法，其特征在于：
所述的制备预制体时采用针刺法对碳纤维布层进行处理，预制复合体针刺入碳纤维布中的深度至少为0.22mm，针刺密度为30~60针/cm2。
CN201610841012.6A 2016-09-22 2016-09-22 一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN106433148B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610841012.6A CN106433148B (zh) 2016-09-22 2016-09-22 一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610841012.6A CN106433148B (zh) 2016-09-22 2016-09-22 一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106433148A CN106433148A (zh) 2017-02-22
CN106433148B true CN106433148B (zh) 2019-06-04

Family

ID=58166162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610841012.6A Expired - Fee Related CN106433148B (zh) 2016-09-22 2016-09-22 一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106433148B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109401320B (zh) * 2018-09-13 2021-04-06 沈阳理工大学 电子束固化聚芳基乙炔/热硫化硅橡胶复合材料的方法
CN109486201B (zh) * 2018-09-13 2021-03-23 沈阳理工大学 自交联型含硅硼高聚物基耐烧蚀绝热材料及制备方法
CN111808349B (zh) * 2020-07-13 2022-07-12 万华化学集团股份有限公司 一种耐化学品高密度聚乙烯树脂及其制备方法
CN112175335B (zh) * 2020-10-29 2021-04-20 吉林化工学院 一种耐烧蚀航空航天材料及其制备方法
CN114055818A (zh) * 2021-11-16 2022-02-18 内蒙古工业大学 一种橡胶基柔性复合材料及其制备方法
CN114410019B (zh) * 2022-03-08 2023-12-26 内蒙古工业大学 一种碳纤维/树脂/橡胶三元复合材料及其制备方法和应用
CN115141489A (zh) * 2022-06-08 2022-10-04 浙江金凤凰电力科技有限公司 一种用于绝缘防护套的热硅橡胶

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105566919A (zh) * 2015-07-31 2016-05-11 沈阳理工大学 一种碳布复合热硫化硅橡胶基耐烧蚀材料及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105566919A (zh) * 2015-07-31 2016-05-11 沈阳理工大学 一种碳布复合热硫化硅橡胶基耐烧蚀材料及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"碳布增强聚芳基乙炔新型防热材料";闫联生，等;《玻璃钢/复合材料》;19991231;第20-23页

Also Published As

Publication number Publication date
CN106433148A (zh) 2017-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106433148B (zh) 一种碳纤维布增强/热硫化橡胶耐烧蚀复合材料及其制备方法
CN106977217B (zh) 一种高强高韧性碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的制备方法
CN108911760A (zh) 碳纤维增强树脂梯度碳化非烧蚀型热防护材料及制备方法
CA2960342C (en) Ceramic matrix composites having monomodal pore size distribution and low fiber volume fraction
Hong et al. Novel phenolic impregnated 3-D Fine-woven pierced carbon fabric composites: Microstructure and ablation behavior
US7223465B2 (en) SiC/SiC composites incorporating uncoated fibers to improve interlaminar strength
EP3689840B1 (en) A method for forming a ceramic matrix composite
CN101708999A (zh) C/ZrC陶瓷基复合材料及其制备方法
Li et al. Ablative and mechanical properties of C/C–ZrC composites prepared by precursor infiltration and pyrolysis process
CN102492260B (zh) 耐烧蚀复合材料树脂组合物及耐烧蚀复合材料的制备方法
Koo et al. Silicone polymer composites for thermal protection system: fiber reinforcements and microstructures
JP2019059661A (ja) セラミックマトリックス複合材物品
Li et al. Mechanical properties and microstructures of 2D Cf/ZrC–SiC composites using ZrC precursor and polycarbosilane
Bian et al. Microstructural interpretation of the ablative properties of phenolic–quartz hybrid fabric reinforced phenolic resin composites
JP2001192275A (ja) セラミックマトリックスを含む繊維強化複合材料からなる要素
Misra et al. Fabrication and characterization of epoxy/silica functionally graded composite material
Panakarajupally et al. Fatigue characterization of SiC/SiC ceramic matrix composites in combustion environment
CN103009717A (zh) 一种轻质耐高温碳纤维金属混杂层板
Natali et al. Thermoset Nanocomposites as ablative materials for rocket and military applications
Koo et al. Nanocomposite rocket ablative materials: processing, microstructure, and performance
CN109437942B (zh) 一种轻质热解自适应维形高效防热材料
CN105481412B (zh) 基于液相熔融浸渍的C/ZrC复合材料及其制备方法
CN104649701A (zh) 一种高强度轻质碳/碳复合材料的制备方法
Sakthi Balan et al. Tailoring polymer composites for critical thermal applications: a review on fibers, additives, coatings, aerogels, test methodologies
Khan An investigation of the ablation behavior of advanced ultrahigh-temperature EPDM/epoxy insulation composites

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20190604

Termination date: 20190922

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee