CN106977823A - 一种陶瓷增强三元乙丙橡胶材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为20~30份，白炭黑为20~40份、硬脂酸为0.5~1份、促进剂TMTD 为1~2份、KH550为1份、DCP为1~2份。本发明在三元乙丙橡胶性橡胶体中添加了陶瓷纤维，有效降低了材料中的含碳量，增加了其他非金属材料的比例，因此，在富氧环境下，可以大幅度地提高其耐烧蚀性能，有利于火箭发动机的正常工作。KH‑550的加入，有利于陶瓷纤维与白炭黑、三元乙丙橡胶之间的相容性。采用陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶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。

Description

一种陶瓷增强三元乙丙橡胶材料及制备方法
技术领域
本发明属于固体火箭发动机绝热材料技术领域，具体涉及一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料及制备方法。
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，但随着发动机性能的提高，尤其在富氧环境的工作，碳纤维容易氧化和燃烧，降低了其耐烧蚀性能。
发明内容
本发明的目的提供一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料及制备方法，以解决其在富氧环境下容易氧化和燃烧的难题、达到提高其耐烧蚀性能的目的。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为20～30份，白炭黑为20～40份、硬脂酸为0.5～1份、促进剂TMTD为1～2份、KH550为1份、DCP为1～2份。
优选的方案中，三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为25-28份，白炭黑为25-35份、硬脂酸为0.5～1份、促进剂TMTD为1～2份、KH550为1份、DCP为1～2份。
进一步地，所述陶瓷纤维为硅酸铝纤维，且含富氧化锆。
进一步地，所述陶瓷纤维的直径控制在20～30um。
本发明还涉及所述材料的制备方法，具体步骤为：
1)采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20～25min；
2)混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；最后得到该材料。
进一步地，步骤1)中生胶的炼制温度为50～70℃。
进一步地，步骤1)中加入白炭黑、硬脂酸后的炼制温度为50～60℃。
进一步地，步骤1)中陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP后的炼制温度为40～50℃。
进一步地，步骤2)中的真空混炼时，控制密炼机内真空度≤2.67KPa。
在炼制过程中，通过控制温度，可以防止由于过热产生焦烧，同时有利于在加热状态下混合均匀。另外，发明人通过分析，在制备过程中增加真空炼制的过程，可以进一步提高炼制效率与质量，提高组份的均匀度和组分之间的结合度。通过存放24h-48h，可以促进组份之间的融合，尤其是确保小分子组份的迁移，提高其均匀性。通过该方法制备出的胶料性能稳定。
本发明的有益效果：在三元乙丙橡胶性橡胶体中添加了陶瓷纤维，有效降低了材料中的含碳量，增加了其他非金属材料的比例，因此，在富氧环境下，可以大幅度地提高其耐烧蚀性能，有利于火箭发动机的正常工作。KH-550的加入，有利于陶瓷纤维与白炭黑、三元乙丙橡胶之间的相容性。采用陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶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。
传统三元乙丙橡胶炼制时通过双辊炼胶机完成的，双辊间的剪切力非常大，容易导致纤维的断裂，降低其长度，从而影响其耐烧蚀性能，本发明中通过采用密炼机和挤出机的制造工艺，确保陶瓷纤维保持一定的长度，提高其耐烧蚀性能。为了确保其密炼效果，还进行了多次炼制。
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。
实施例1：
一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为20份，白炭黑为20份、硬脂酸为0.5份、促进剂TMTD为1份、KH550为1份、DCP为1份制成。
具体步骤为：
1)采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20～25min；
2)混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；然后，得到该材料。
材料在150℃，2MPa压强下，硫化1h后的性能数据见表1。
实施例2：
一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为30份，白炭黑为40份、硬脂酸为1份、促进剂TMTD为2份、KH550为1份、DCP为2份制成；
具体步骤为：
1)采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20～25min；
2)混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；然后，得到该材料。
材料在150℃，2MPa压强下，硫化1h后的性能数据见表1。
实施例3：
一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、硅酸铝纤维为30份，白炭黑为40份、硬脂酸为1份、促进剂TMTD为2份、KH550为1份、DCP为2份制成；
具体步骤为：
1)采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20～25min；
2)混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；然后，得到该材料。
材料在150℃，2MPa压强下，硫化1h后的性能数据见表1。
实施例4：
一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、硅酸铝纤维为30份，白炭黑为40份、硬脂酸为1份、促进剂TMTD为2份、KH550为1份、DCP为2份制成；纤维的直径控制在30um。
具体步骤为：
1)采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20～25min；
2)混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；然后，得到该材料。
材料在150℃，2MPa压强下，硫化1h后的性能数据见表1。
实施例5：
一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、硅酸铝纤维为30份，白炭黑为40份、硬脂酸为1份、促进剂TMTD为2份、KH550为1份、DCP为2份制成；纤维的直径控制在20um。
具体步骤为：
1)采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20～25min；
2)混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；然后，得到该材料。
材料在150℃，2MPa压强下，硫化1h后的性能数据见表1。
表1中的常规材料为碳纤维增强三元乙丙橡胶材料。
表1
抗拉强度 断裂伸长率 线烧蚀率(富氧状态)
单位 MPa ％ mm/s
常规材料 8 300 1.2
实施例1 7 200 0.2
实施例2 8 340 0.1
实施例3 8 380 0.1
实施例4 8.5 400 0.07
实施例5 8.5 400 0.06

Claims (9)

1.一种陶瓷纤维增强三元乙丙橡胶材料，其特征在于，采用按重量份计的以下材料制成：三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为20~30份，白炭黑为20~40份、硬脂酸为0.5~1份、促进剂TMTD 为1~2份、KH550为1份、DCP为1~2份。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：三元乙丙橡胶为100份、陶瓷纤维为25-28份，白炭黑为25-35份、硬脂酸为0.5~1份、促进剂TMTD 为1~2份、KH550为1份、DCP为1~2份。
3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述陶瓷纤维为硅酸铝纤维，且含富氧化锆。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述陶瓷纤维的直径控制在20~30um。
5.权利要求1-4任意一项所述材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
1）采用开练机对三元乙丙橡胶进行混炼，先加入生胶，炼制1-3min，然后加入白炭黑、硬脂酸，炼制40-60min，最后加入陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP，炼制20~25min；
2）混炼结束后，将胶料在密炼机内存放24h-48h，然后进行真空混炼，炼制时间20-30min，温度≤40℃；最后得到该材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1）中生胶的炼制温度为50~70℃。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1）中加入白炭黑、硬脂酸后的炼制温度为50~60℃。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤1）中陶瓷纤维、促进剂、KH550、DCP后的炼制温度为40~50℃。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2）中的真空混炼时，控制密炼机内真空度≤2.67KPa。
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