CN110922684A - 低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶制造技术领域，具体涉及一种低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶及其制备方法。该橡胶材料主要组分为：基材、补强材料、耐烧蚀功能材料、阻燃剂、其他助剂；各组分的质量百分比范围是：基材45％‑55％；阻燃剂材料25％‑35％；补强剂5％‑15％；耐烧蚀功能材料5％‑10％；其他助剂1％‑5％。本发明提供一种通过配方优化，配合耐候性功能材料、阻燃材料、补强材料及其他助剂而制备的具有优异耐烧蚀性能、低密度、环保型乙丙橡胶材料；本发明所制得的橡胶材料特别适用于适用于航空、航天兵器内绝热层防护及耐火焰冲刷部位。

Description

低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶制造技术领域，具体涉及一种低密度、环保型耐烧蚀乙丙 橡胶及其制备方法。

背景技术

随着国防技术的不断发展，一些飞行器的飞行速度、距离越来越高，所面 临的耐热环境也越来越严苛，低密度、环保型耐烧蚀材料在这类发动机内绝热 层的防热结构中具有十分重要的作用，一些特殊和关键部位的耐热防护必须满 足设计上功能性要求，部分产品要求绝热层材料起到环保、低密度和热防护的 作用，即该材料在满足正常功能前提下必须具备低密度，从而降低整体系统的 重量，增加系统的装药量，提高飞行距离。

现有丁腈橡胶绝热材料可满足耐烧蚀性能要求，但密度较高、耐低温性差、 天候老化不足，不适应新型飞行装备的功能要求。三元乙丙橡胶(EPDM)具备 低密度、低气味、使用温域较宽且综合性能好等优点，同时EPDM还具有一定的 防辐射功能，是良好的绝热层基体材料，以EPDM为基材的绝热层，密度低、延 伸率高，具有良好的抗烧蚀性能和隔热性能，与推进剂、钢(铝)、玻璃纤维或 有机纤维增强的复合材料有很好的化学相容性。如何在三元乙丙橡胶的基材基 础之上对橡胶配方和制备方法进行优化，从而达到更优秀的应用效果，是飞行 器领域橡胶产品亟待解决的问题。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明的目的是提供一种低密度、环保型耐 烧蚀乙丙橡胶及其制备方法，该橡胶产品具有优异的耐烧蚀性能、低密度、环 保性。

为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶，所述橡胶的组分和各组分的质量百分比 范围如下：

基材 45％-55％；

阻燃剂材料 25％-35％；

补强剂 5％-15％；

耐烧蚀功能材料 5％-10％；

其他助剂 1％-5％；

上述组分的百分比之和为 100％；

所述基材为三元乙丙橡胶；所述补强剂包括氧化锌、帖稀树脂；所述耐烧 蚀功能材料包括芳纶浆粕、芳纶短纤维；所述阻燃剂材料包括聚苯硫醚、氮磷 系环保阻燃剂；所述其他助剂包括硬脂酸、过氧化二异丙苯、促进剂、助剂。

进一步的，所述橡胶的组分和配比方案如下：

上述橡胶的混炼胶材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一、使用双辊开炼机，将辊距调到所需值，加入基材；

步骤二、双辊开炼机依次加入阻燃剂、补强剂、硫化剂及其他助剂，通过 冷却水来调整控制辊温在40～50℃，直到所有原材料容入生胶，混炼均匀待用；

步骤三、将步骤二的胶料包辊，加入芳纶浆粕、芳纶短切纤维、帖稀树脂， 待材料全加入后打卷5次下片；该过程中，帖稀树脂与芳纶交替加入，辊温控 制在30～40℃；

步骤四、将步骤三的胶片在三辊研磨机上研磨10～15次，辊距控制0.5～ 1mm，以确保芳纶短切纤维和芳纶浆粕在胶料中分散均匀；

步骤五、将研磨后的胶料在双辊开炼机上混炼均匀、下片；

步骤六、下片停放24小时后，用平板硫化机硫化制样测试性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明制得的橡胶材料具有气味低，密度低、成型率高，具备良好的抗 烧蚀性能和隔热性能，胶料可长期贮存(常温下放置1～1.5年不会变质)；硫 化后的产品在模拟工作状态下具有较好的防火性能，在3000K×20s火焰冲刷时， 芳纶浆粕和芳纶短切纤维会形成碳化保护层，试样表面碳化层致密完整，具备 足够抗耐性；橡胶层受到火焰冲刷、烧蚀过程中不会释放对大气层有毒、有害 的物质。

2.本发明制得的橡胶材料进一步扩大了三元乙丙橡胶(EPDM)应用范围， 橡胶材料同时满足不同发动机燃烧室内绝热层的低密度、环保、耐烧蚀要求， 在标准试验条件下线烧蚀率＜0.12mm/s。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中 类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描 述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的 认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材 料、方法所替代。

本发明提供一种低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶，该橡胶材料的组分和各 组分的质量百分比范围如下：

基材 45％-55％；

阻燃剂材料 25％-35％；

补强剂 5％-15％；

耐烧蚀功能材料 5％-10％；

其他助剂 1％-5％；

上述组分的百分比之和为 100％；

所述基材为三元乙丙橡胶；所述补强剂包括氧化锌、帖稀树脂；所述耐烧 蚀功能材料包括芳纶浆粕、芳纶短纤维；所述阻燃剂材料包括聚苯硫醚、氮磷 系环保阻燃剂；所述其他助剂包括硬脂酸、过氧化二异丙苯、促进剂、助剂； 本发明所制得的橡胶材料特别适用于适用于航空、航天兵器内绝热层防护及耐 火焰冲刷部位。

实施例1:

上述橡胶的组分和配比方案如下表1所示：

表1。

上述橡胶的混炼胶材料的制备方法包括以下步骤：

使用双辊开炼机进行材料混炼，将辊距调整到1～2mm，辊温0～50℃条件 下加入EPDM生胶；待生胶压至连续成片、半透明状后，调整开炼机辊距至3～ 4mm，依次加入氧化锌5克、氮磷系环保阻燃剂50克、硬脂酸1克、过氧化二 异丙苯2克、促进剂和助剂1.6克、聚苯硫醚15克，芳纶浆粕6克、帖稀树脂 10克、芳纶短纤维5克，加料结束后打卷5遍下片；将打卷结束的胶片使用三 辊研磨机研磨10～15遍，辊距控制0.5～1mm，以确保芳纶短切纤维和芳纶浆 粕在胶料中分散均匀；将研磨后的胶料在双辊开炼机上混炼均匀、下片；停放 24小时后，用平板硫化机硫化制样，设备温度160℃，压力10～15MPa，硫化时 间20分钟。

对本实施例制得的橡胶材料进行如下试验：

常规试验包括：邵氏A硬度，测试方法为GB/T 531；拉断强度、拉断伸长率， 测试方法为GB/T 528；硫化橡胶密度，测试方法为GB/T 1463，该系列试验所 用试样为厚度(2±0.2)mm标准试片。

耐烧蚀试验和环保试验为本发明的功能性试验，经上述方法制得的样品在以 下试验条件下进行耐烧蚀试验，(1)试验条件：3000K×20s；(2)试验方法： GJB 323A；(3)试验设备：氧乙炔烧蚀试验台；(4)试样规格：φ30×10。

其中环保试验为送专门检测机构进行试验，最终报告结果显示该橡胶材料满 足最新ROHS2.0要求。

本试验部分主要用于考虑橡胶材料在后续应用中的粘合问题，主要包括EPDM 与金属(钢/铝)粘合强度和EPDM与金属(钢/铝)拉伸剪切强度，其中90°粘 合强度的测试方法为GB/T 11211，拉伸剪切强度测试方法为GB/T 13936。

经上述方法制得的低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶性能指标及实测数据如下 表2所示。

表2。

上述制得的橡胶材料制样工艺及产品成型工艺包括如下步骤：

步骤一：半成品准备

将胶料在双辊开炼机上压成所需厚度的胶片(2～2.2mm)，然后按照型腔尺 寸裁剪半成品，用厚0.2mm聚四氟乙烯薄膜或喷涂氟系脱膜剂进行隔离保护、 待用。

步骤二：半成品预处理

将半成品放置到85～90℃烘箱内，烘烤、预热20分钟。

步骤三：硫化

a.将模具预热至(160±5)℃，在模具型腔内均匀喷涂两遍氟系脱模剂， 将脱模剂在160℃环境下分别固化15分钟后待用；

b.将预热准备好的半成品装入模腔内，合模打压进行硫化；

c.设定平板硫化机温度和压力，硫化条件如下：

硫化温度为(160±5)℃

硫化压力为(10～15)MPa

硫化时间为(20±1)min

d.硫化结束后，泄压，打开模具，取出样品。

实施例1为本发明的最佳实施例。

实施例2:

本实施例的橡胶的组分和配比方案如下表3所示：

表3。

本实施例中，其他制备步骤均与实施例1中一致。

实施例3:

本实施例的橡胶的组分和配比方案如下表4所示：

表4。

本实施例中，其他制备步骤均与实施例1中一致。

实施例4:

本实施例的橡胶的组分和配比方案如下表5所示：

表5。

本实施例中，其他制备步骤均与实施例1中一致。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所属原理的前提下， 还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶，其特征在于，所述橡胶的组分和各组分的质量百分比范围如下：

基材45％-55％；

阻燃剂材料25％-35％；

补强剂5％-15％；

耐烧蚀功能材料5％-10％；

其他助剂1％-5％；

上述组分的百分比之和为100％；

所述基材为三元乙丙橡胶；所述补强剂包括氧化锌、帖稀树脂；所述耐烧蚀功能材料包括芳纶浆粕、芳纶短纤维；所述阻燃剂材料包括聚苯硫醚、氮磷系环保阻燃剂；所述其他助剂包括硬脂酸、过氧化二异丙苯、促进剂、助剂。

2.根据权利要求1所述的低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶，其特征在于，所述橡胶的组分和配比方案如下：

3.根据权利要求1所述的低密度、环保型耐烧蚀乙丙橡胶，其特征在于，所述橡胶的混炼胶材料的制备方法包括以下步骤：

步骤一、使用双辊开炼机，将辊距调到所需值，加入基材；

步骤二、双辊开炼机依次加入阻燃剂、补强剂、硫化剂及其他助剂，通过冷却水来调整控制辊温在40～50℃，直到所有原材料容入生胶，混炼均匀待用；

步骤三、将步骤二的胶料包辊，加入芳纶浆粕、芳纶短切纤维、帖稀树脂，待材料全加入后打卷5次下片；该过程中，帖稀树脂与芳纶交替加入，辊温控制在30～40℃；

步骤四、将步骤三的胶片在三辊研磨机上研磨10～15次，辊距控制0.5～1mm，以确保芳纶短切纤维和芳纶浆粕在胶料中分散均匀；

步骤五、将研磨后的胶料在双辊开炼机上混炼均匀、下片；

步骤六、下片停放24小时后，用平板硫化机硫化制样测试性能。