CN111534124B - 一种高温可发橡胶热防护材料及其制备方法 - Google Patents

一种高温可发橡胶热防护材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高温可发橡胶热防护材料及其制备方法，这种橡胶材料在高温环境中可以快速发泡成耐高温材料，这涉及的是新型橡胶材料技术领域，也是高温热防护材料技术领域。没有添加无机填料的氟橡胶也采用相同的工艺硫化后测试了各项性能，测量结果表明：没有添加无机填料的氟橡胶邵氏硬度是68，拉伸强度6.9MPa，耐温性是317℃，耐高温性能背面温升495℃；添加无机填料的氟橡胶邵氏硬度为89，添加无机填料的氟橡胶拉伸强度是23.6MPa，耐温性是355℃，耐高温性能背温只有27℃，并且能看到添加无机填料的氟橡胶的厚度明显增厚，这种在高温可发泡的橡胶具有非常好的耐瞬时高温的性能。

Description

一种高温可发橡胶热防护材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高温可发橡胶热防护材料及其制备方法，这种橡胶材料在高温环境中可以快速发泡成耐高温材料，这涉及的是新型橡胶材料技术领域，也是高温热防护材料技术领域。高温是指耐150℃。
背景技术
氟橡胶(fluororubber)是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的合成高分子弹性体。氟原子的引入，赋予橡胶优异的耐热性、抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和耐大气老化性，在航天、航空、汽车、石油和家用电器等领域得到了广泛应用，是国防尖端工业中无法替代的关键材料。自从1943年以来，先后开发出聚烯烃类氟橡胶、亚硝基氟橡胶、四丙氟橡胶、磷腈氟橡胶以及全氟醚橡胶等品种。氟橡胶的耐高温性能和硅橡胶一样，可以说是目前弹性体中最好的。26-41氟胶在250℃下可长期使用，300℃下短期使用；246氟胶耐热比26-41还好。在300℃×100小时空气热老化后的26-41的物性与300℃×100小时热空气老化后246型的性能相当，其扯断伸长率可保持在100％左右，硬度90～95度。246型在350℃热空气老化16小时之后保持良好弹性，在400℃热空气老化110分钟之后保持良好弹性，在400℃热空气老化110分钟之后，含有喷雾炭黑、热裂法炭黑或碳纤维的胶料伸长率上升约1/2～1/3，强度下降1/2左右，仍保持良好的弹性。23-11型氟胶可以在200℃下长期使用，250℃下短期使用。
在航空、航天很多领域需要瞬时耐高温橡胶材料，并且在受热之前要具有非常好的柔顺性，在工作时要能耐住瞬时高温，目前，氟橡胶在诸多方面满足要求，但是，瞬时耐高温性能仍无法满足实际需要，在当前发明中，采用向氟橡胶中添加少量的无机填料，在不影响室温力学性能的情况下，在高温受热过程中快速形成耐高温表层，使得氟橡胶具有更好的耐高温性能。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种高温可发橡胶热防护材料及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种高温可发橡胶热防护材料，该热防护材料的原料包括氟橡胶基体和无机填料；无机填料的质量为氟橡胶基体质量的10％-30％；
所述的氟橡胶基体为26型氟橡胶；
所述的无机填料包括硼砂、气相二氧化硅和碳酸钙。
一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，该方法的步骤包括：
第一步，将无机填料进行混合，混合时采用行星球磨机进行混合，以无水乙醇为溶剂，以氧化锆磨球为研磨介质，在200～300转/分钟转速下研磨一定30～60分钟后，然后自然晾干得到无机填料；
第二步，将第一步得到的无机填料添加到氟橡胶基体中，搅拌，搅拌速度为100～150转/分钟，搅拌时间为40～60分钟后得到混合物A；
第三步，将硫化剂添加到第二步得到的混合物A中，硫化剂为第二步得到的混合物A质量的1％-6％，搅拌，搅拌速度为60～90转/分钟，搅拌时间为10～20分钟，得到混合物B；硫化剂是N,N-双肉桂叉-1,6—己二胺；
第四步，将第三步得到的混合物B进行固化，得到热防护材料，固化温度为80～100℃，固化时间为10～20分钟。
将第三步得到的混合物B涂刷在模具中进行固化，得到2mm厚的橡胶片，固化温度为80～100℃，固化时间为10～20分钟；
对得到的2mm厚的橡胶片进行耐温性和力学性能(硬度、强度)测试，其中耐温性能以拉伸强度开始降低时的最高温度为温度使用上限，硬度测试采用GB/T6031-1998硫化橡胶或热塑性橡胶硬度的测定；强度测试采用GB/T528-1998硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；耐高温性能采用600kw/m2的热流辐照2mm氟橡胶片40s，然后测量橡胶片的背面温升。
有益效果
(1)为了使得在高温环境中氟橡胶表面能行程耐高温表层，在本发明中向氟橡胶中添加少量的无机填料，在高温过程中，无机填料转化成耐高温的无机表层，耐高温的无机表层，同时具备较低的热导率，使得热量缓慢向氟橡胶传递；
(2)在本发明中添加的无机填料，这些纳米级粉体能显著提高橡胶的综合性能，特别是气相二氧化硅；
(3)在本发明中添加的无机填料，受热分解过程能产生消耗热量的水蒸气，能形成稳定的无机表层，硼硅酸盐玻璃层，阻止热量向内传导。
(4)在当前发明中为了对比，没有添加无机填料的氟橡胶也采用相同的工艺硫化后测试了各项性能，测量结果表明：没有添加无机填料的氟橡胶邵氏硬度是68，拉伸强度6.9MPa，耐温性是317℃，耐高温性能背面温升495℃；添加无机填料的氟橡胶邵氏硬度为89，添加无机填料的氟橡胶拉伸强度是23.6MPa，耐温性是355℃，耐高温性能背温只有27℃，并且能看到添加无机填料的氟橡胶的厚度明显增厚，这种在高温可发泡的橡胶具有非常好的耐瞬时高温的性能。
具体实施方式
一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，该方法的步骤包括：
第一步：将无机填料按一定配比(硼砂a(0<a<10)：二氧化硅b(0<b<10)：碳酸钙10-a-b)，放进行星球磨机中，以无水乙醇为溶剂，以氧化锆磨球为研磨介质，在200～300转/分钟转速下研磨一定30～60分钟后，然后自然晾干得到无机填料混合物；
第二步：干燥的无机填料混合物按照一定比例(10～30％)添加到氟橡胶中，然后，采用机械搅拌中，采用100～150转/分钟搅拌40～60分钟后得到混合物；
第三步：将硫化剂(1～6％)添加到混合物中，然后采用60～90转/分钟搅拌10～20分钟后得到混合物；
第四步：把混合物涂刷在模具中，然后，放入烘箱中反应一定时间(80～100℃，10～20分钟)后得到2mm厚的橡胶片；
第五步：相同条件测试不同试样的耐温性和力学性能(硬度、强度)，对比分析本发明的有效性：其中耐温性能以拉伸强度开始降低时的最高温度为温度使用上限，硬度测试采用GB/T6031-1998硫化橡胶或热塑性橡胶硬度的测定；强度测试采用GB/T528-1998硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；耐高温性能采用600kw/m2的热流辐照2mm氟橡胶片40s，然后测量橡胶片的背面温升。在当前发明中，为了对比，在当前发明中为了对比，没有添加无机填料的氟橡胶也采用相同的工艺硫化后测试了各项性能。
下面通过实施例对本发明做进一步说明，本发明中所有的比例均为质量比，本发明的应用不局限于所举的实施例。
实施例
一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，该方法的步骤包括：
第一步：将无机填料按一定配比(硼砂1：二氧化硅1：碳酸钙8)，放进行星球磨机中，以无水乙醇为溶剂，以氧化锆磨球为研磨介质，在200转/分钟转速下研磨一定30分钟后，然后自然晾干得到无机填料混合物；
第二步：干燥的无机填料混合物按照一定比例(10％)添加到氟橡胶中，然后，采用机械搅拌中，采用100转/分钟搅拌40分钟后得到混合物；
第三步：将硫化剂(1％)添加到混合物中，然后采用60转/分钟搅拌10分钟后得到混合物；
第四步：把混合物涂刷在模具中，然后，放入烘箱中反应一定时间(80℃，10分钟)后得到2mm厚的橡胶片；
第五步：相同条件测试不同试样的耐温性和力学性能(硬度、强度)，对比分析本发明的有效性：其中耐温性能以拉伸强度开始降低时的最高温度为温度使用上限，硬度测试采用GB/T6031-1998硫化橡胶或热塑性橡胶硬度的测定；强度测试采用GB/T528-1998硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定；耐高温性能采用600kw/m2的热流辐照2mm氟橡胶片40s，然后测量橡胶片的背面温升。
在当前发明中为了对比，没有添加无机填料的氟橡胶也采用相同的工艺硫化后测试了各项性能，测量结果表明：没有添加无机填料的氟橡胶邵氏硬度是68，拉伸强度6.9MPa，耐温性是317℃，耐高温性能背面温升495℃；添加无机填料的氟橡胶邵氏硬度为89，添加无机填料的氟橡胶拉伸强度是23.6MPa，耐温性是355℃，耐高温性能背温只有27℃，并且能看到添加无机填料的氟橡胶的厚度明显增厚，这种在高温可发泡的橡胶具有非常好的耐瞬时高温的性能。

Claims (9)

1.一种高温可发橡胶热防护材料，其特征在于：该热防护材料的原料包括氟橡胶基体和无机填料；无机填料的质量为氟橡胶基体质量的10％-30％；
所述的无机填料包括硼砂、气相二氧化硅和碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的一种高温可发橡胶热防护材料，其特征在于：所述的氟橡胶基体为26型氟橡胶。
3.一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
第一步，将无机填料进行混合；
第二步，将第一步得到的无机填料添加到氟橡胶基体中，搅拌，得到混合物A；
第三步，将硫化剂添加到第二步得到的混合物A中，硫化剂为第二步得到的混合物A质量的1％-6％，搅拌，得到混合物B；
第四步，将第三步得到的混合物B进行固化，得到热防护材料；
所述的第一步中，将无机填料进行混合时采用行星球磨机进行混合。
4.根据权利要求3所述的一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于：行星球磨机进行混合时以无水乙醇为溶剂。
5.根据权利要求3所述的一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于：行星球磨机进行混合时以氧化锆磨球为研磨介质。
6.根据权利要求3所述的一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于：行星球磨机进行混合时200～300转/分钟转速下研磨30～60分钟。
7.根据权利要求3所述的一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于：所述的第二步中，搅拌速度为100～150转/分钟，搅拌时间为40～60分钟。
8.根据权利要求3所述的一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于：所述的第三步中，硫化剂是N,N-双肉桂叉-1,6—己二胺。
9.根据权利要求3所述的一种高温可发橡胶热防护材料的制备方法，其特征在于：所述的第四步中，固化温度为80～100℃，固化时间为10～20分钟。
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