CN106589622B - 一种耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法 - Google Patents

一种耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法，采用了聚苯硫醚纤维，并配合二氧化硅、耐热碳填料、金属氧化物、芳纶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，使用70‑100份三元乙丙橡胶、0‑30份氯丁橡胶、20‑40份二氧化硅、6‑15份金属氧化物、10‑30份耐热填料、10‑30份耐热纤维、3‑6份交联剂，通过双辊开炼和热压硫化成型获得本发明，本发明含有聚苯硫醚纤维填充的耐烧蚀橡胶型绝热层耐烧蚀性能优异。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

一种耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法
技术领域
本发明涉及耐热材料技术领域，具体是一种耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法。
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。绝热层作为一种位于固体推进剂和壳体之间的特殊耐烧蚀材料，是很多飞行器和导弹武器中高性能固体火箭发动机的重要组成部分。在发动机工作过程中，绝热层直接暴露在高温火焰(3000～4000℃)和高速气流及推进剂燃烧产生的高速粒子中。目前常用绝热层根据基体材料可以分为三种：橡胶型绝热材料，是以橡胶类弹性体为基体添加耐烧蚀填料制得；树脂型绝热材料，以树脂为基体添加耐烧蚀填料制得；同时近年来开始出现两者并用的耐烧蚀绝热材料。
一般情况下，柔性弹性体，如丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)和硅橡胶等，由于工艺性能好、密度低、热导率低，常用作橡胶型绝热层的基体材料。然而，单独的弹性体材料在炭化后并不能形成较高强度的炭层，需要加入耐烧蚀纤维等，从而保护基体炭化层在高温气流冲刷下的完整性和牢固性，降低烧蚀率。同时随着固体推进剂能量的不断提高，对绝热层的耐烧蚀性能和抗冲刷性能提出更高的要求。
近年来，国内外对耐烧蚀纤维在橡胶型绝热材料中的应用开展了广泛的研究，并且取得了很多成果。耐烧蚀纤维主要包括石棉纤维、碳纤维、玻璃纤维、高硅氧纤维等无机纤维和芳纶纤维、酚醛纤维、聚对亚苯基苯并双恶唑(PBO)纤维等有机纤维。目前芳纶纤维以其高强度、高模量、低密度、耐高温、化学稳定性好等优点广泛应用于绝热材料。聚苯硫醚(PPS)纤维以其优异耐热性、耐腐蚀性和阻燃性，广泛应用于环境保护、化学工业过滤和军事等领域，其中日本大和纺织公司已将PPS纤维开发为工业滤布，用于烟道和化学品过滤领域。但是目前聚苯硫醚纤维单独或与芳纶纤维复合应用于耐烧蚀橡胶型绝热材料的报道尚无。
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，提供一种耐烧蚀橡胶型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：一种耐烧蚀橡胶型绝热层，由下述质量份的组分构成：
优选的，所述的三元乙丙橡胶的第三单体为乙叉降冰片烯ENB，乙烯含量为53.0％～59.0％，碘值为每百克ENB中有19～25g。
优选的，所述的氯丁橡胶为非硫调型氯丁橡胶。
优选的，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制备二氧化硅。
优选的，所述的金属氧化物为氧化镁、氧化锌的混合体系。
优选的，所述的耐热纤维为PPS纤维、芳纶纤维中的一种或它们的混合体系，且其中PPS纤维的质量百分数为50％～100％。
优选的，所述得耐热碳填料为炭黑、碳纤维中的一种或它们的混合体系。
优选的，所述的交联剂为过氧化二异丙苯DCP、2，5-二甲基-2，5-二过氧化苯甲酯己烷、二叔丁基过氧化物、2，5-二甲基-2，5-双叔丁基过氧基己烷、2，5-二甲基-2，5-双叔丁基过氧基-3-己炔、过氧化苯甲酰、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯、1，1-双叔丁基过氧基环己烷、1，1-二叔丁基过氧基-3，3，5-三甲基环己烷及其它有机过氧化物硫化剂中的一种或它们的混合体系。
一种耐烧蚀橡胶型绝热层的制备方法，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三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、二氧化硅、金属氧化物、耐热碳填料、耐热纤维，开炼至均匀混合；
第二步，再向第一步中的双辊开炼机中加入交联剂，进行混炼，至薄通均匀，最后出片；
第三步，将第二步得到产物在平板硫化机下硫化成型，得到本发明涉及的耐烧蚀橡胶型绝热层。
优选的，所述的第三步的平板硫化机的工作温度为140℃-200℃。
优选的，所述的第三步的硫化成型时间为40-70min。
本发明与现有目前普遍填充芳纶纤维橡胶型绝热层相比，具有的有益效果是：
1、显著提高橡胶型绝热层的耐烧蚀性能；
2、该橡胶型绝热层烧蚀后炭层强度较高，且结构致密。
本发明公开了一种耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法，采用了聚苯硫醚纤维，并配合二氧化硅、耐热碳填料、金属氧化物、芳纶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，本发明含有聚苯硫醚纤维填充的耐烧蚀橡胶型绝热层耐烧蚀性能优异。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。
附图说明
图1是对比实施例样品经过氧乙炔烧蚀后的形貌照片及碳化层的扫描电镜照片；
图2是实施例4样品经过氧乙炔烧蚀后的形貌照片及碳化层的扫描电镜照片。
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三元乙丙橡胶85份、氯丁橡胶15份、气相法Si02 35份、氧化锌6份、氧化镁4份、PPS纤维15份、芳纶纤维10份、炭黑20份开炼至均匀混合，最后加入过氧化二异丙苯3.5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。
氧乙炔线烧蚀率：0.075mm/s
实施例2:在25℃双辊开炼机中依次加入三元乙丙橡胶80份、氯丁橡胶20份、沉淀法Si02 40份、氧化锌5份、氧化镁2份、PPS纤维20份、芳纶纤维10份、炭黑30份开炼至均匀混合，最后加入过氧化二异丙苯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。
氧乙炔线烧蚀率：0.067mm/s
实施例3:在25℃双辊开炼机中依次加入三元乙丙橡胶90份、氯丁橡胶10份、气相法Si02 30份、氧化锌5份、氧化镁3份、PPS纤维25份、芳纶纤维5份开炼至均匀混合，最后加入碳纤维25份、过氧化二异丙苯4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。
氧乙炔线烧蚀率：0.072mm/s
实施例4:在25℃双辊开炼机中依次加入三元乙丙橡胶80份、氯丁橡胶20份、气相法Si02 40份、氧化锌5份、氧化镁4份、PPS纤维20份、炭黑20份开炼至均匀混合，最后加入过氧化二异丙苯3.5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。
氧乙炔线烧蚀率：0.067mm/s
对比实施例：在25℃双辊开炼机中依次加入三元乙丙橡胶80份、氯丁橡胶20份、气相法Si02 40份、氧化锌5份、氧化镁4份、芳纶纤维20份、炭黑20份开炼至均匀混合，最后加入过氧化二异丙苯3.5份，混炼，薄通均匀，出片。于平板硫化机160℃下硫化40分钟成型，得到对比样品。
氧乙炔线烧蚀率：0.091mm/s
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)

1.一种耐烧蚀橡胶型绝热层，其特征在于：由下述质量份的组分构成：
所述的耐热纤维为PPS纤维、芳纶纤维中的一种或它们的混合体系，且其中PPS纤维的质量百分数为50％～100％。
2.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀橡胶型绝热层，其特征在于：所述的三元乙丙橡胶的第三单体为乙叉降冰片烯ENB，乙烯含量为53.0％～59.0％，碘值为每百克ENB中有19～25g。
3.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀橡胶型绝热层，其特征在于：所述的氯丁橡胶为非硫调型氯丁橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀橡胶型绝热层，其特征在于：所述的二氧化硅为市售通用二氧化硅微粉，包括沉淀法及气相制备二氧化硅。
5.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀橡胶型绝热层，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。
6.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀橡胶型绝热层，其特征在于：所述的耐热碳填料为炭黑、碳纤维中的一种或它们的混合体系。
7.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀橡胶型绝热层，其特征在于：所述的交联剂为过氧化二异丙苯DCP、2，5-二甲基-2，5-二过氧化苯甲酯己烷、二叔丁基过氧化物、2，5-二甲基-2，5-双叔丁基过氧基己烷、2，5-二甲基-2，5-双叔丁基过氧基-3-己炔、过氧化苯甲酰、1，4-双叔丁基过氧异丙基苯、1，1-双叔丁基过氧基环己烷、1，1-二叔丁基过氧基-3，3，5-三甲基环己烷及其它有机过氧化物硫化剂中的一种或它们的混合体系。
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