CN106589493B - 一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层及其制备方法，由100份丁腈橡胶、20‑40份二氧化硅、6‑15份金属氧化物、5‑20份纳米碳填料、10‑20份聚苯硫醚树脂、10‑30份耐热纤维、1‑2份硬脂酸、2‑3份硫磺和1‑3份促进剂组成，通过双辊开炼和热压硫化成型技术制成，采用的原材料不含卤素且无石棉纤维，同时由于采用了纳米碳填料作为阻燃剂，聚苯硫醚树脂、二氧化硅等作为稳炭剂，并配合金属氧化物、耐热纤维等其它助剂体系，使其显著改善绝热材料的耐烧蚀性能，且原材料密度较低、种类较少，显著降低了NBR绝热层的密度。本发明综合性能优异，该材料适用于要求耐高温烧蚀的热防护领域，特别适用于瞬时高温的烧蚀热防护技术领域。

Description

一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐烧蚀材料技术领域，具体是一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层及其制备方法。
背景技术
固体火箭发动机内绝热层是发动机燃烧室的重要组成部分，主要由橡胶基材、补强填料、阻燃纤维和硫化剂等原材料混炼而成，其主要功能是通过自身的不断消融分解带走大部分热量，以抵抗固体推进剂燃烧所产生的高温、高压燃气对发动机壳体的烧蚀和冲刷，保证发动机壳体结构的完整性，最终保证发动机正常工作。
目前绝热层主要以丁腈橡胶(NBR)和三元乙丙橡胶(EPDM)为基材，且EPDM以其低密度、耐高温、耐老化、可填充性高等优点近年来得到越来越广泛的应用，但EPDM存在强度低、热撕裂性能差、自粘性和互粘性差，需加入增粘剂提高其粘接性能，且价格较贵。而NBR具有强度高、粘接性能优异、热撕裂性能优异和价格便宜等优势，因此NBR绝热材料在固体火箭发动机中仍广泛应用。
在NBR绝热层研制之初，由于受原材料制造和技术水平的限制，形成了以石棉纤维为耐烧蚀填料的丁腈绝热层技术平台，后续的丁腈绝热层材料均以该平台为基础，通过调整石棉含量以满足丁腈绝热层耐烧蚀性能、力学性能及工艺性能要求。但加入石棉后存在着密度大，且加工复杂，难于均匀分散等问题，同时石棉有致癌性质，工作环境较为恶劣的缺点。且NBR绝热层密度较大、氧乙炔烧蚀率较高和烟雾特征信号较高等缺点，其密度普遍大于1.25g/cm3，严重增加固体火箭发动机的消极质量，且氧乙炔线烧蚀率普遍大于0.15mm/s，难以满足固体火箭发动机的耐烧蚀性能，且普遍采用含卤阻燃剂提高其阻燃性能，严重降低固体火箭发动机的低特征型号。
因此需要开发一种无卤无石棉环保型低密度耐烧蚀的新型NBR绝热层，才能更加有效利用NBR绝热层粘接性能优异、价格便宜等优势，进一步满足目前固体火箭发动机对内绝热层的指标要求，扩大和延伸NBR绝热层的应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其组分构成以及质量份数为：丁腈橡胶100份、二氧化硅20-40份、金属氧化物6-15份、纳米碳填料5-20份、聚苯硫醚树脂10-20份、耐热纤维10-30份、硬脂酸1-2份、硫磺2-3份、促进剂1-3份。
优选地，所述的丁腈橡胶中的丙烯腈含量为36％～42％。
优选地，所述的二氧化硅为市售通用二氧化硅微粉，包括但不限定沉淀法及气相法制备二氧化硅。
优选地，所述的金属氧化物为氧化镁、氧化锌的混合体系，其中氧化锌质量比例大于50％。
优选地，所述的耐热纤维为PBO纤维、芳纶纤维中的一种或它们的混合体系。
优选地，所述的纳米碳填料为炭黑、碳纳米纤维、石墨烯和碳纳米管中的一种或它们的混合体系。
优选地，所述的促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆的混合体系。
一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层制备方法，其具体步骤为：
第一步，在25℃工况下，向双辊开炼机中按比例依次加入丁腈橡胶、二氧化硅、金属氧化物、纳米碳填料、聚苯硫醚树脂、耐热纤维、硬脂酸、开炼至均匀混合；
第二步，再向第一步中的双辊开炼机中按比例加入硫磺、促进剂，进行混炼，最后薄通均匀出片；
第三步，再将第二步中获得产物，通过在平板硫化机160℃下硫化40分钟成型。
本发明与现有填充石棉纤维或芳纶纤维丁腈绝热层相比具有的有益效果是：
1、本发明新型绝热层消除石棉纤维对操作者的致癌性；
2、本发明显著提高绝热层的耐烧蚀性能；
3、本发明新型绝热层密度较低，且不含有卤素，有效提高绝热层的烟雾低特征性能；
4、本发明新型绝热层烧蚀后炭层强度较高，且结构致密。
本发明公开了一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层及其制备方法，通过双辊开炼和热压硫化成型技术制成，采用的原材料不含卤素且无石棉纤维，同时由于采用了纳米碳填料作为阻燃剂，聚苯硫醚树脂、二氧化硅等作为稳炭剂，并配合金属氧化物、耐热纤维等其它助剂体系，使其显著改善绝热材料的耐烧蚀性能，且原材料密度较低、种类较少，显著降低了NBR绝热层的密度。
本发明综合性能优异，该材料适用于要求耐高温烧蚀的热防护领域，特别适用于瞬时高温的烧蚀热防护技术领域。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例中不做特别说明的均为质量份。
实施例1:在25℃双辊开炼机中依次加入丁腈橡胶100份、气相法Si02 30份、氧化锌6份、氧化镁4份、硬脂酸1份、PPS树脂15份、芳纶纤维15份、炭黑7份开炼至均匀混合，最后加入硫磺2份、2-硫醇基苯并噻唑0.5份、二硫化四甲基秋兰姆1.5份，混炼，薄通均匀，出片。于平板硫化机160℃下硫化40分钟成型，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶型绝热层。
实施例2:在25℃双辊开炼机中依次加入丁腈橡胶100份、沉淀法Si02 30份、氧化锌5份、氧化镁6份、硬脂酸1.5份、PPS纤维17份、芳纶纤维5份、碳纳米管10份开炼至均匀混合，最后加入硫磺2.5份、2-硫醇基苯并噻唑1份、二硫化四甲基秋兰姆1.5份，混炼，薄通均匀，出片。于平板硫化机160℃下硫化40分钟成型，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶型绝热层。
实施例3:在25℃双辊开炼机中依次加入丁腈橡胶100份、气相法Si02 40份、氧化锌4份、氧化镁7份、硬脂酸1.5份、PPS纤维10份、芳纶纤维15份开炼至均匀混合，最后加入碳纤维10份、硫磺2份、2-硫醇基苯并噻唑0.5份、二硫化四甲基秋兰姆2份，混炼，薄通均匀，出片。于平板硫化机160℃下硫化40分钟成型，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶型绝热层。
对比实例1：在25℃双辊开炼机中依次加入丁腈橡胶100份、气相法Si02 13份、氧化锌5份、硬脂酸2份、石棉35份、萜烯树脂5份开炼至均匀混合，最后加入硫磺1.5份、2-硫醇基苯并噻唑0.5份、二硫化四甲基秋兰姆2份，混炼，薄通均匀，出片。于平板硫化机160℃下硫化40分钟成型，得到对比实例绝热层。
对比实例2：在25℃双辊开炼机中依次加入丁腈橡胶100份、芳纶纤维8份、气相法Si02 25份、氧化锌5份、硬脂酸2份、酚醛树脂10份、十溴联苯醚20份、三氧化二锑13份开炼至均匀混合，最后加入硫磺2份、2-硫醇基苯并噻唑1份、二硫化四甲基秋兰姆2份，混炼，薄通均匀，出片。于平板硫化机160℃下硫化40分钟成型，得到对比实例绝热层。
表1实施例和对比实例性能数据
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于所述绝热层的制备方法包括如下步骤：
第一步，在25℃工况下，向双辊开炼机中按比例依次加入丁腈橡胶100份、二氧化硅20-40份、金属氧化物6-15份、纳米碳填料5-20份、聚苯硫醚树脂10-20份、耐热纤维10-30份、硬脂酸1-2份、开炼至均匀混合；
第二步，再向第一步中的双辊开炼机中按比例加入硫磺2-3份、促进剂1-3份，进行混炼，最后薄通均匀出片；
第三步，再将第二步中获得产物，通过在平板硫化机160℃下硫化成型。
2.根据权利要求1所述的一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于：所述的丁腈橡胶中的丙烯腈含量为36%~42%。
3.根据权利要求1所述的一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于：所述的二氧化硅为市售通用二氧化硅微粉。
4.根据权利要求1所述的一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于：所述的金属氧化物为氧化镁、氧化锌的混合体系，其中氧化锌质量比例大于50%。
5.根据权利要求1所述的一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于：所述的耐热纤维为PBO纤维、芳纶纤维中的一种或它们的混合体系。
6.根据权利要求1所述的一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于：所述的纳米碳填料为炭黑、碳纳米纤维、石墨烯和碳纳米管中的一种或它们的混合体系。
7.根据权利要求1所述的一种环保型低密度耐烧蚀的绝热层，其特征在于：所述的促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆的混合体系。
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