CN110724349A - 一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，步骤为：S1：采用三元乙丙橡胶材料作为基体材料，向基体材料内添加耐烧蚀辅料及纤维、软化剂、补强剂及硫化体系等防腐剂；S2：进行塑炼和混炼工序，制定满足力学和烧蚀性能的基础配方；S3：制作小样及力学和烧蚀试件，并检测力学和烧蚀性能；S4：在检测基础上，对性能检测数据进行分析，并调整辅料比例；S5：调整后配方进行小样制作；S6：进行力学试件、烧蚀试件、导热试件、密度试件制作和检测，得出检测数据，确定最终配方；S7：根据最终配方进行新材料制作，得到绝热材料。本发明的优点是，密度低、抗冲刷、抗烧蚀性能佳、粘接性能优异、综合性能优。

Description

一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法

技术领域

本发明属于绝热材料技术领域，具体涉及一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法。

背景技术

绝热层的主要作用是对固体火箭发动机燃烧室壳体起隔热作用，以防止火箭发动机壳体达到危及其结构完整性的温度。此外，绝热层还起到控制固体推进剂药柱燃面，缓冲壳体应变向固体推进剂的传递，阻止流动化学组分在火箭发动机内迁移，防止燃烧产物对壳体的冲刷，密封壳体、接缝和附件，以防止压力损失及热燃烧产物对其损伤；引导燃烧产物在最大可能的程度上以层流方式进入喷管等重要的辅助作用。

绝热层制造质量影响着固体火箭发动机能否按照设计进行正常工作，达到作战目的，绝热工序是发动机装药的首要环节、关键工序，质量的好坏直接影响发动机的质量和可靠性。就典型的固体火箭发动机来说，美国对其研究过程得出的数据是：绝热层生产成本占固体火箭发动机总成本的8％，而在批生产发动机事故中，绝热层事故却占32％。国内的相关文献也有相当比例的因绝热层时效而导致相关事故的报道。由此可见，绝热层在固体火箭发动机制造中的重要地位与关键作用。

火箭弹一般都是采用助推发动机负责点火发射和主发动机负责加速的布局方式。远程火箭弹速度优先，弹道固定，体积庞大，并且数量众多，从价格成本上比较，一枚拦截导弹价格在100万美元左右，而一枚火箭弹价格在10万美元左右，相比较而言，火箭弹的拦截难度还是比较低的，至少远低于拦截空地或者地地导弹，我军系列远程火箭弹可以算是一种“准弹道导弹”，这种火箭弹的末端弹道速度极高(3～4马赫左右)，因此一般的防空武器根本无法拦截，而即使是具备拦截能力的“爱国者”等区域防空导弹单发成本、价格不菲，面对我军铺天盖地一般的低成本远程火箭弹弹雨，即使能够以极为不经济的战场交换代价成功拦截一小部分，其发射阵地和所要保护的目标也会瞬间被弹雨淹没，因为一个火箭弹发射车的齐射就将使拦截方处于应接不暇的状态，因此也可以说火箭弹没有拦截的，非常多，拦不过来。中国远程火箭弹是子母式的，一枚火箭弹发射过去，其末端还分成很多小弹，进行面杀伤，而且可以装上末端制导设备，提高精度，威力强大，所以称中国远程火箭弹为“钢雨如注”。

我国军工企业为适应未来作战攻击的需求，在原远程火箭弹的基础上，将最大射程加倍，而研制的超远程，多用途多管火箭武器，它具有射程远，反应快、精度高、费用比低的特点，对固体火箭发动机的绝热材料、以及与之相匹配的各个界面的性能突出了更高的要求，即要求绝热材料具有更高的耐燃气冲刷、更稳定的界面性能等综合性能。

经过几十年的不断发展，我国的固体火箭发动机内绝热层也取得了显著的进展，但是，在绝热材料的配方研制和实施工艺方面，我们与美俄还有一定的占据。例如，前期，我国不同类型的战略导弹用的大型固体火箭发动机和战术导弹的小型固体火箭发动机，有时会采用相同的绝热材料配方(现役的一些型号中)，对战略与战术固体火箭发动机的不同特点考虑的并不周到，在绝热层的人工脱粘层设计方面也相对落后。在认识到这一重要性后，近期，我国开始针对不同固体火箭发动机的特点，正逐步开展针对的绝热层配方设计与工艺研究。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题，提供一种密度低、抗冲刷、抗烧蚀性能佳、粘接性能优异、综合性能优的三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：采用三元乙丙橡胶材料作为绝热材料的基体材料，通过调节向基体材料内添加耐烧蚀辅料、耐烧蚀纤维、软化剂、补强剂以及硫化体系类的防腐剂；

S2：进行塑炼和混炼工序，制定满足力学性能和烧蚀性能要求的基础配方；

S3：根据S2中的基础配方制作小样及力学和烧蚀试件，并检测力学性能和烧蚀性能；

S4：在S3检测结果基础上，对某具体的性能检测数据进行分析，并对辅料在配方中所占比例进行调整；

S5：根据S4中调整后的配方进行材料的小样制作；

S6：进行力学试件、烧蚀试件、导热试件、密度试件的制作和检测，得出相关检测数据，确定最终配方；

S7：根据S6中的配方进行新材料制作，得到符合要求的绝热材料。

进一步的，所述S1中采用的辅料为硬脂酸、防老剂、硫磺、硫化促进剂，耐烧蚀纤维为芳纶纤维，软化剂为邻苯二甲酸二丁酯，补强剂为氧化锌、二氧化硅。

进一步的，所述S2中具体配方为：硬脂酸2％、防老剂1％、硫磺3％、硫化促进剂2％，芳纶纤维6％，软化剂邻苯二甲酸二丁酯40％，补强剂氧化锌6％、二氧化硅40％。

进一步的，所述S5中调整后的配方具体为：硬脂酸3％、防老剂1％、硫磺 3％、硫化促进剂3％，芳纶纤维6％、软化剂邻苯二甲酸二丁酯35％，补强剂氧化锌7％、二氧化硅42％。

进一步的，所述S6中的检测数据标准为：力学：抗拉强度＞7MPa，延伸率＞400％；烧蚀试件：烧蚀率＜0.1mm/s，导热试件：导热率＜0.23w/m.k，密度试件：密度＜1.1gcm3。

进一步的，所述S4中检测数据分析过程为：根据各个组分在材料中所起的作用，结合试验数据，尤其是力学性能和烧蚀性能这两个在绝热层材料性能中起决定作用的数据，来调整各个组分的用量；在上述组分中，耐烧蚀纤维对烧蚀率的大小有直接影响，围绕耐烧蚀纤维来调节其它组分用量的大小，达到综合性能最佳状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)密度低。所选原材料均属于材质轻性能佳的类型，产品密度达到1.08g/cm3 以下，可以减轻发动机的消极质量，提高发动机的有效载荷，增大射程。

2)抗冲刷、抗烧蚀性能佳。烧蚀率可以达到0.06mm/s以下，弯管发动机和标准发动机静试结果优异，可以保证稳定有效的热防护效果。

3)粘接性能优异。在产品中添加有利于各种填料在三元乙丙橡胶基体中均匀分散的物质，确保本产品与钢、铝等金属的粘接性能优于国内同类产品。

4)综合性能优异。国内同类产品一般为保证材料的耐烧蚀性能，往往会牺牲其密度以及力学性能，本产品采用独特的处理工艺，力学性能不降反升，各项综合性能均达到国际先进水平。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例只作为对本发明的说明，不作为对本发明的限定。

火箭发动机对绝热层材料的要求为密度要小、抗拉强度和延伸率要大、烧蚀率要低、密度低，代表在相同体积情况下，绝热层的质量会轻，则发动机的消极质量会变小，则火箭发动机的飞行距离增加；抗拉强度和延伸率越大，则绝热层在发动机装药应力变化的情况下不容易产生改变，越能保证火箭发动机的正常工作；烧蚀率越低，则意味着在装药量一致的情况下，所需要的绝热层越少，即消极质量越少，火箭发动机的射程越大，同时火箭发动机的工作越安全；与发动机壳体和推进剂界面粘贴性能越好，则火箭发动机工作时越安全，越不容易出现意外情况。

上述内容即为绝热层材料性能的技术关键所在。

针对绝热层的特性及国内外目前技术现状，本发明将在公司现有绝热层技术基础上自主研发新型三元乙丙橡胶绝热层材料，经过橡胶通用加工技术制备而成的一套专门解决固体火箭发动机热防护问题的产品。本产品应具有优异的力学性能、耐烧蚀性能和优良的粘接性能，综合性能高于国内同类产品，达到国际先进水平。

本发明在目前公司现有绝热层材料性能的基础上，通过分析其它绝热层材料的性能和配方，确定合理的配方，并提出性能的改进方向和具体办法，在经过小样制备后进行试件制作和检测，得出性能数据以验证提升，期间结合各科研院所和科研单位所研发的新材料进行配方小样研究调试，最终得到符合项目要求的绝热层材料。具体制备方法如下：

一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：

S1：采用三元乙丙橡胶材料作为绝热材料的基体材料，通过调节向基体材料内添加耐烧蚀辅料硬脂酸、防老剂、硫磺、硫化促进剂，耐烧蚀的纤维芳纶纤维、软化剂邻苯二甲酸二丁酯，补强剂氧化锌、二氧化硅以及硫化体系等防腐剂；

S2：进行塑炼和混炼工序，制定满足力学性能和烧蚀性能要求的基础配方：硬脂酸2％、防老剂1％、硫磺3％、硫化促进剂2％，芳纶纤维6％，邻苯二甲酸二丁酯40％，氧化锌6％、二氧化硅40％；

S3：根据S2中的基础配方制作小样及力学和烧蚀试件，并检测力学性能和烧蚀性能；

S4：在S3检测结果基础上，对某具体的性能检测数据进行理论分析，分析过程为：根据各个组分在材料中所起的作用，结合试验数据，尤其是力学性能和烧蚀性能这两个在绝热层材料性能中起决定作用的数据，来调整各个组分的用量；在上述组分中，耐烧蚀纤维对烧蚀率的大小有直接影响，围绕耐烧蚀纤维来调节其它组分用量的大小，达到综合性能最佳状态；并对辅料在配方中所占比例进行调整；

S5：根据S4中调整后的配方：硬脂酸3％、防老剂1％、硫磺3％、硫化促进剂3％，芳纶纤维6％、邻苯二甲酸二丁酯35％，氧化锌7％、二氧化硅42％，然后进行材料的小样制作；

S6：进行力学试件、烧蚀试件、导热试件、密度试件的制作和检测，检测数据标准为：力学：抗拉强度＞7MPa，延伸率＞400％；烧蚀试件：烧蚀率＜ 0.1mm/s，导热试件：导热率＜0.23w/m.k，密度试件：密度＜1.1gcm3；得出相关检测数据，确定最终配方；

S7：根据S6中的配方进行新材料制作，得到符合要求的绝热材料。

本发明的关键点和保护点：

火箭发动机对绝热层材料的要求为密度要小、抗拉强度和延伸率要大、烧蚀率要低。密度低，代表在相同体积情况下，绝热层的质量会轻，则发动机的消极质量会变小，则火箭发动机的飞行距离增加；抗拉强度和延伸率越大，则绝热层在发动机装药应力变化的情况下不容易产生改变，越能保证火箭发动机的正常工作；烧蚀率越低，则意味着在装药量一致的情况下，所需要的绝热层越少，即消极质量越少，火箭发动机的射程越大，同时火箭发动机的工作越安全；与发动机壳体和推进剂界面粘贴性能越好，则火箭发动机工作时越安全，越不容易出现意外情况。

本发明中未做详细描述的内容均为现有技术。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采用三元乙丙橡胶材料作为绝热材料的基体材料，通过调节向基体材料内添加耐烧蚀辅料、耐烧蚀纤维、软化剂、补强剂以及硫化体系类的防腐剂；

S2：进行塑炼和混炼工序，制定满足力学性能和烧蚀性能要求的基础配方；

S3：根据S2中的基础配方制作小样及力学和烧蚀试件，并检测力学性能和烧蚀性能；

S4：在S3检测结果基础上，对某具体的性能检测数据进行分析，并对辅料在配方中所占比例进行调整；

S5：根据S4中调整后的配方进行材料的小样制作；

S6：进行力学试件、烧蚀试件、导热试件、密度试件的制作和检测，得出相关检测数据，确定最终配方；

S7：根据S6中的配方进行新材料制作，得到符合要求的绝热材料。

2.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于，所述S1中采用的辅料为硬脂酸、防老剂、硫磺、硫化促进剂，耐烧蚀纤维为芳纶纤维，软化剂为邻苯二甲酸二丁酯，补强剂为氧化锌、二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于，所述S2中具体配方为：硬脂酸2％、防老剂1％、硫磺3％、硫化促进剂2％，芳纶纤维6％，软化剂邻苯二甲酸二丁酯40％，补强剂氧化锌6％、二氧化硅40％。

4.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于，所述S5中调整后的配方具体为：硬脂酸3％、防老剂1％、硫磺3％、硫化促进剂3％，芳纶纤维6％、软化剂邻苯二甲酸二丁酯35％，补强剂氧化锌7％、二氧化硅42％。

5.根据权利要求1所述的一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于，所述S6中的检测数据标准为：力学：抗拉强度＞7MPa，延伸率＞400％；烧蚀试件：烧蚀率＜0.1mm/s，导热试件：导热率＜0.23w/m.k，密度试件：密度＜1.1gcm³。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种耐烧蚀抗冲刷三元乙丙橡胶绝热材料的制备方法，其特征在于，所述S4中检测数据分析过程为：根据各个组分在材料中所起的作用，结合试验数据，尤其是力学性能和烧蚀性能这两个在绝热层材料性能中起决定作用的数据，来调整各个组分的用量；在上述组分中，耐烧蚀纤维对烧蚀率的大小有直接影响，围绕耐烧蚀纤维来调节其它组分用量的大小，达到综合性能最佳状态。