CN114437464A - 一种耐烧蚀低导热复合材料制备方法 - Google Patents

一种耐烧蚀低导热复合材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐烧蚀低导热复合材料制备方法。本发明将绝热层预制为耐烧蚀层和隔热层交替复合，其中，耐烧蚀层作为与推进剂直接接触的功能层，能够承受2000℃以上的高温，并能有效抵抗热氧侵蚀和高速固相粒子冲刷；采用隔热层与耐烧蚀层进行交替层叠，一方面通过增加交替层数降低单层厚度，使大长径比纤维在耐烧蚀层内取向产生纤维致密化效应，从而提高耐烧蚀胶料的抗冲刷性能，另一方面，将隔热层与耐烧蚀层交替排布可以截断高导热纤维沿着绝热层厚度方向形成的导热通路，同时，增加交替层数还可增加界面热阻，从而提高材料的隔热性能。

Description

一种耐烧蚀低导热复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及耐烧蚀低导热复合材料，具体涉及一种耐烧蚀低导热复合材料的制备方法及设备。
背景技术
随着战争模式的转变，新型武器装备对远程、高速打击提出了迫切需求，从而对发动机的比冲和工作时间提出了较高的要求。随着发动机性能的提高，其燃烧室的热环境极其恶劣，迫切需要发展高性能绝热材料，以保证发动机壳体的结构完整性。
目前，发动机燃烧室及补燃室热防护材料通常采用单一均质的橡胶基绝热层，其耐烧蚀性能和隔热性能存在此消彼长、相互制约的矛盾。耐烧蚀抗冲刷性能优异的绝热层，其导热率普遍较高；隔热性能良好的绝热层其抗热氧侵蚀和粒子冲刷性能不足。目前，常采用增加绝热层厚度方法解决耐烧蚀和隔热性能相互制约的问题，但是增加材料厚度意味着发动机的消极质量增加，装药空间减小，严重影响发动机的性能。
目前，实现材料耐烧蚀低导热功能一体化的常规途径包括：以涂覆热反射涂层的陶瓷箔/ 耐热纤维增强聚合物树脂为代表的有机/无机复合材料[Multilayered thermalinsulation material,United States Patent,Peter Jones,792378,Nov.9,1971,]；以硬质耐烧蚀材料和柔性低导热材料模压功能梯度复合材料[冲压火箭冲压发动机补燃室梯度热防护体系研究，弹箭与制导学报，2009,02,049]。常规层状绝热层制备方法普遍存在手工操作多、质量一致性差、界面粘接不可靠的问题，严重影响发动机工作的可靠性和安全性。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种耐烧蚀低导热复合材料制备方法。
为此，本发明所提供的方法包括：
耐烧蚀胶料和低导热胶料分别经挤出机挤出经在汇流器进行汇合形成具有双层结构的胶片，胶片再经过加压硫化后得到耐烧蚀低导热复合材料；
所述耐烧蚀胶料选用氧-乙炔线烧蚀率小于0.05mm/s的橡胶基复合材料，所述耐烧蚀胶料包括第一橡胶基体80-100份、纤维填充料3-20份、第一耐烧蚀填料10-60份、第一硫化助剂1-10份和第一硫化剂1-10份，所述第一橡胶基体选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶和聚磷腈中的一种或两种的混合物，所述纤维填充料选自有机纤维填充料或无机纤维填充料；所述第一耐烧蚀填料选自白炭黑和硼酚醛颗粒填充料中的一种或两种的混合物；所述第一硫化助剂选自氧化锌、硬脂酸和噻唑促进剂中的一种或两种以上的混合物，所述第一硫化剂选自硫磺或过氧化二异丙苯助剂；所述低导热胶料选用导热系数小于0.15W/m·k的橡胶基复合材料；
所述低导热胶料包括第二橡胶基体80-100份、轻质空心填料5-30份或发泡剂1-15份，第二耐烧蚀填料10-30份、第二硫化助剂1-10份和第二硫化剂1-10份，所述第二橡胶基体选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶和聚磷腈中的一种或两种的混合物，所述轻质空心填料选自空心玻璃微球、酚醛微球和氧化锆中空纤维中的一种；所述的发泡剂为4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)、偶氮二甲酰胺(AC)和二亚硝基五亚甲基四胺(发泡剂H)中一种或几种的复合物，所述第二耐烧蚀填料选自白炭黑和硼酚醛颗粒填充料中的一种或两种的混合物，所述第二硫化助剂选自氧化锌、硬脂酸和噻唑促进剂中的一种或两种以上的混合物；所述第二硫化剂选自硫磺或过氧化二异丙苯助剂。
一些方案中，还包括，所述胶片经过层倍增器一次叠合或多次叠合形成交替多层复合胶片，复合胶片再经过加压硫化得到耐烧蚀低导热复合材料；
所述层倍增器包括至少两条流道；每条流道设有入口和出口，所述入口和出口均为矩形，且出口的内部宽度大于进口的内部宽度、出口的内部高度小于进口的内部高度；每条流道从入口至出口，均由进口段、倾斜段、过渡段和挤压段构成，从入口至出口垂直方向为垂直流向，所述倾斜段相对于垂直流向倾斜，所述进口段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述倾斜段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述过渡段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述挤压段内的宽度逐渐变大、高度逐渐变小；且进口段、倾斜段、过渡段和挤压段中相邻段之间的连接处采用圆弧倒角连接；
各流道并列且交叠设置，各流道的入口在所述宽度方向上并列设置，同时各流道的出口在所述高度方向上由上至下依次设置；
所述层倍增器内的两个相邻入口相交部位设有分流挡块；所述的分流挡块为三棱柱，且所述板状的分流挡块薄边迎着流体的流动方向；所述多棱柱形的分流挡块的轴线与流体流动方向垂直，同时多棱柱的一侧棱迎着流体方向；所述三棱柱的横截面为等腰三角形，且等腰三角形顶角所在侧棱迎着流体方向。
一些方案中，所述倾斜段相对于所述流道垂直流向的倾斜角度为30°-60°。
一些方案中，所述挤压段长度占流道长度的50％-70％。
一些方案中，各流道入口宽高比范围为10:1到20:1，出口宽高比范围为20:1到40:1。
一些方案中，流道长度范围为400mm-1000mm。
一些方案中，包括2-5条流道。
一些方案中，以所述三棱柱的迎着流体方向的侧棱为顶角，三棱柱横截面三角顶角为 10-20°、高度为2-8mm。
一些方案中，所述两台挤出机的挤出温度相同，且两台挤出机的挤出温度范围分别为： 20-100℃。
一些方案中，所述加压硫化是采用平板硫化机将胶片在145-155℃、8-12MPa下加压硫化加压硫化，硫化剂选用氧化二异丙苯。
本发明将绝热层预制为耐烧蚀层和隔热层交替复合，其中，耐烧蚀层作为与推进剂直接接触的功能层，能够承受2000℃以上的高温，并能有效抵抗热氧侵蚀和高速固相粒子冲刷；采用隔热层与耐烧蚀层进行交替层叠，一方面通过增加交替层数降低单层厚度，使大长径比纤维在耐烧蚀层内取向产生纤维致密化效应，从而提高耐烧蚀胶料的抗冲刷性能，另一方面，将隔热层与耐烧蚀层交替排布可以截断高导热纤维沿着绝热层厚度方向形成的导热通路，同时，增加交替层数还可增加界面热阻，从而提高材料的隔热性能。
本发明提供的耐烧蚀/低导热交替多层复合结构绝热层是通过特殊层叠装置一次实现耐烧蚀层和隔热层的高效叠加，并通过共挤出连续成型，能够解决现有技术工艺路线繁琐、成型效率低、层间粘接质量可靠性差等问题。
本发明的制备方法可以实现材料多层复合结构的一次成型和连续化挤出，自动化程度高、产品质量一致性好、安全性高、无溶剂污染，可实现材料的连续批量化生产，具有良好的市场前景。
本发明借助层叠复合过程施加在胶料的剪切、拉伸力场作用，促进两种功能胶料在层界面处扩散和相互作用，同时促进硫化剂在两个功能层橡胶基体以及界面处扩散，有利于功能层之间发生充分接触形成完善的交联网络，从而有效避免界面缺陷，增强界面作用。
本发明利用交替层叠施加于胶料的应力和层受限空间能够对填料定向分布，并可以改善填料分散，有利于发挥填料之间的协同效应。特别是高导热纤维等大长径比填料在应力作用下发生取向，从而在耐烧蚀层产生纤维致密化效应，进而提高耐烧蚀层的性能；同时，将隔热层与耐烧蚀层交替排布可以截断耐烧蚀层内高导热纤维沿着绝热层厚度方向形成的导热通路，增加界面热阻，从而提高材料的隔热性能。
附图说明
图1为本发明实施例1所制材料的断面形貌图；
图2为实施例2所用层倍增器的结构示意图；
图3为实施例2所用层倍增器的单流道结构示意图；
图4为实施例2所制材料的断面形貌图；
图5为实施例2所制材料的上、下表面形貌图；
图6为对比例2所制材料的上、下表面形貌图；
图7为实施例3所制材料的断面形貌图；
图8为实施例4所制材料的断面形貌图。
具体实施
除非有特殊说明，本文中的术语或方法根据相关领域普通技术人员的认识理解或采用已知方法实现。本发明的所述的挤出机、汇流器和硫化机均可采用现有相关设备，如张家港联江机械公司生产的橡胶挤出机，ZL 200620046431.4公开的汇流器和平板硫化机。
下面通过实施例和附图对本发明进行具体描述。有必要指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的研究人员可以根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
以下实施例中，绝热层拉伸强度和断裂伸长率采用国家标准GB/T 528-1998《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》方法检测。所述线烧蚀率采用国家军用标准GJB323-87 氧乙炔烧蚀试验方法检测。所述的导热系数采用瞬态平面热源法(Hotdisk)进行测试。
实施例1：
(1)选用三元乙丙橡胶(按重量份计)100份为耐烧蚀层基体，加入白炭黑20份，硼酚醛树脂20份，芳纶纤维3份，碳纤维3份，过氧化二异丙苯5份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得耐烧蚀混炼胶；
(2)选用三元乙丙橡胶100份为隔热层基体，加入白炭黑15份，硼酚醛树脂10份，二氧化硅微球20份，过氧化二异丙苯5份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得低导热混炼胶；
(3)将上述混炼胶剪切成条，然后将耐烧蚀混炼胶和低导热胶料分别投入如图1所示的 M、N两台挤出机中，调节两台挤出机的转速比为1:1，挤出温度控制在80℃，在汇流器中汇合成两层胶料熔体，形成的两层复合胶料，采用平板硫化机将复合胶料在150℃，10MPa下加压硫化60分钟，硫化剂为过氧化二异丙苯，得到如图1所示的耐烧蚀低导热2层绝热层，该绝热层的拉伸强度为6.3MPa，断裂伸长率为570％，线烧蚀率为0.075mm/s，导热系数为0.15W/m·k。
对比例1：
该对比例的步骤(1)和(2)与实施例1相同，区别在于步骤(3)：将耐烧蚀混炼胶和低导热胶料在80℃双辊开炼机上混合5分钟，所得材料经过与实施例1中相同条件的加压硫化处理后得该对比例的绝热层，该绝热层拉伸强度为3.5MPa，断裂伸长率为310％，线烧蚀率为0.14mm/s，导热系数为0.24W/m·k。
实施例2：
(1)选用三元乙丙橡胶(按重量份计)100份为耐烧蚀层基体，加入白炭黑20份，硼酚醛树脂20份，芳纶纤维3份，碳纤维3份，过氧化二异丙苯5份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得耐烧蚀混炼胶；
(2)选用三元乙丙橡胶100份为隔热层基体，加入白炭黑15份，硼酚醛树脂10份，二氧化硅微球20份，过氧化二异丙苯5份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得低导热混炼胶；
(3)将上述混炼胶剪切成条，将耐烧蚀混炼胶(A)和低导热胶料(B)分别投入如图1所示的M、N两台挤出机中，调节两台挤出机的转速比为1:1，挤出温度控制在80℃，在汇流器中汇合成两层胶料熔体，然后在5个串联的层倍增器(每个层倍增器结构相同，均有两个分流入口)中切割-分层-叠合，形成A/B交替的64层复合胶料(A/B)64，之后将获得的交替层状复合胶料复合胶料在150℃，10MPa下加压硫化60分钟。
该实施例的层倍增器如图2和3所示，包括两条流道(1，2)，每条流道从入口至出口均由进口段11、倾斜段12、过渡段13和挤压段14构成，以入口至出口垂直方向为垂直流向，所述倾斜段相对于垂直流向倾斜，所述进口段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述倾斜段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述过渡段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，挤压段的内部宽度逐渐增大、高度逐渐变小，且相邻段之间的连接处通过圆弧倒角圆滑连接；多条流道并列且交叠设置，其中各流道的入口沿所述宽度方向并列设置，出口沿所述高度方向上下依次设置；
层倍增器内入口的连接处设有三棱柱形分流挡块3，该实施例的层倍增器入口胶料分流位置设计三角锥形分流挡板；
待挤压的材料同时从层倍增器的至少两个入口进入，在各流道内被均质、挤压后在出口处被同时挤出复合，发生层倍增。流道内不同段落之间光滑过渡避免发生堵塞。
对于不同的被加工材料，本领域技术人员可以通过优化流道长度、倾斜段相对于垂直流向的倾斜角度、圆弧倒角角度大小、挤压段长度、入口宽高比或/和出口宽高比来得到合适的流道。一般情况下，每条流道长度(即流道在所述垂直流向上的长度)根据层倍增器入口和出口的宽度和高度确定。对于目前已有的纤维橡胶材料，流道长度可选范围包括400mm-1000mm。为确保材料的均质和挤压，其中挤压段的垂直流向上的长度占流道长度的50％-70％。圆弧倒角的角度范围是60°≥Φ≥45°。各流道入口宽高比范围为10:1到20:1，出口宽高比范围为20:1到40:1。本发明层倍增器中流道的条数根据需要倍增的层数确定，常见的如2条流道、3条、4条或5条。在一些方案中，为方便控制材料尺寸与质量，各流道入口的内部宽度尺寸相同、内部高度尺寸相同；各流道出口的内部高度尺寸相同、内部宽度尺寸相同。
该实施例中每个层倍增器入口流道尺寸与上游装置的出口匹配，五个层倍增器依次层倍增，各层倍增器设计为模块化结构，其内凹出口与外凸入口通过高强度螺栓实现紧密的“凹凸嵌合式”连接；每个层倍增器入口宽厚比范围为10:1，出口宽厚比范围为20:1，流道长度范围为500mm，挤压段长度为250mm，圆弧倒角为120°，其中，三角锥为等腰三角形，顶角等分线平行于胶料流动方向，顶角角度为10°。
该实施例所的材料断面结构如图4所示的复合绝热层，该绝热层的拉伸强度为5.0MPa，断裂伸长率为310％，线烧蚀率为0.075mm/s，导热系数为0.15W/m·k。
经过共挤出成型的多层复合结构绝热层，其表面形貌如图5所示，由图可见，设置三角锥形分流挡板后，共挤出制备的多层绝热层表面光滑平整。
对比例2：
该对比例与实施例2不同的是，在各层倍增器入口胶料分流位置未设置分流挡板，经过共挤出形成的多层复合结构绝热层表面形貌如图6所示，由图可见，绝热层表面粗糙，呈现鲨鱼皮的形貌，表面功能层开裂。这是因为在分流点堆积的纤维对胶料流体进行刮擦，造成熔体破裂形成粗糙表面结构。
实施例3：
(1)选用三元乙丙橡胶100份为耐烧蚀层基体，加入白炭黑20份，硼酚醛树脂20份，芳纶纤维3份，碳纤维3份，氧化锌3份，硬脂酸1份，噻唑促进剂3份，硫磺1.5份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得耐烧蚀混炼胶；
(2)选用三元乙丙橡胶100份为隔热层基体，加入白炭黑15份，硼酚醛树脂10份，4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)发泡剂3份，偶氮二甲酰胺(AC)发泡剂3份，氧化锌3份，硬脂酸1份，噻唑促进剂3份，硫磺1.5份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得低导热混炼胶；
(3)将上述混炼胶剪切成条，将耐烧蚀混炼胶(A)和低导热胶料(B)分别投入两台挤出机中，调节两台挤出机的转速比为1:1.5，挤出温度控制在20℃，在汇流器中汇合成两层胶料熔体，然后在实施例2的两个串联的层倍增器中切割-分层-叠合，形成A/B交替的8层复合胶料(A/B)8，将获得的交替层状复合胶料经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，形成宽度为400mm，厚度为2mm的多层复合结构混炼胶，将混炼胶在175℃，10MPa下加压硫化60分钟，得到如图7所示的耐烧蚀层/发泡隔热层交替8层复合结构绝热层。绝热层的拉伸强度为4.3MPa，断裂伸长率为268％，线烧蚀率为0.08mm/s，导热系数为0.11W/m·k。
对比例3：
该对比例的步骤(1)和(2)与实施例3相同，区别在于步骤(3)：将耐烧蚀混炼胶和低导热胶料在20℃双辊开炼机上混合5分钟，所得材料经过与实施例1中相同条件的加压硫化处理后得该对比例的绝热层，该绝热层拉伸强度为3.5MPa，断裂伸长率为279％，线烧蚀率为0.15mm/s，导热系数为0.21W/m·k。通过实施例3与对比实施例3的性能发现，实施例 3获得的多层复合结构材料线烧蚀率更低，隔热性能更优。
实施例4：
(1)选用高温硫化硅橡胶100份为耐烧蚀层基体，加入氧化锆15份，硼酚醛树脂20份，芳纶纤维5份，碳纤维5份，高硅氧纤维1份，莫来石纤维3份，过氧化物硫化剂3份，在双辊开炼机上常温混炼20分钟获得耐烧蚀混炼胶A；
(2)选用三元乙丙橡胶100份为隔热层基体，加入白炭黑15份，硼酚醛树脂20份，硼硅酸盐微球10份，过氧化物硫化剂3份，在双辊开炼机上常温混炼10分钟，获得低导热混炼胶B；
(3)将上述混炼胶剪切成条，将耐烧蚀混炼胶(A)和低导热胶料(B)分别投入两台挤出机中，调节两台挤出机的转速比为1:2，挤出温度控制在100℃，在汇流器中汇合成两层胶料熔体，然后在1个4流道层倍增器和1个2流道层倍增器串联的组合层倍增单元中切割-分层-叠合，形成A/B交替的16层复合胶料(A/B)16，将获得的交替层状复合胶料经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，形成宽度为400mm，厚度为2mm的多层复合结构混炼胶，将混炼胶在150℃，10MPa下加压硫化加压硫化60分钟，得到如图8所示的耐烧蚀层/发泡隔热层交替16层复合结构绝热层。绝热层的拉伸强度为3.6MPa，断裂伸长率为120％，线烧蚀率为0.05mm/s，导热系数为0.13W/m·k。
对比例4：
该对比例的步骤(1)和(2)与实施例4相同，区别在于步骤(3)：将耐烧蚀混炼胶和低导热胶料在100℃双辊开炼机上混合5分钟，所得材料经过与实施例4中相同条件的加压硫化处理后得该对比例的绝热层，该绝热层拉伸强度为2.1MPa，断裂伸长率为152％，线烧蚀率为0.16mm/s，导热系数为0.3W/m·k。通过实施例4与对比实施例4的性能发现，实施例4获得的多层复合结构材料比对比例4线烧蚀率更低，隔热性能更优。

Claims (10)

1.一种耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，所述方法包括：
耐烧蚀胶料和低导热胶料分别经挤出机挤出经在汇流器进行汇合形成具有双层结构的胶片，胶片再经过加压硫化后得到耐烧蚀低导热复合材料；
所述耐烧蚀胶料选用氧-乙炔线烧蚀率小于0.05mm/s的橡胶基复合材料，所述耐烧蚀胶料包括第一橡胶基体80-100份、纤维填充料3-20份、第一耐烧蚀填料10-60份、第一硫化助剂1-10份和第一硫化剂1-10份，所述第一橡胶基体选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶和聚磷腈中的一种或两种的混合物，所述纤维填充料选自有机纤维填充料或无机纤维填充料；所述第一耐烧蚀填料选自白炭黑和硼酚醛颗粒填充料中的一种或两种的混合物；所述第一硫化助剂选自氧化锌、硬脂酸和噻唑促进剂中的一种或两种以上的混合物，所述第一硫化剂选自硫磺或过氧化二异丙苯助剂；所述低导热胶料选用导热系数小于0.15W/m·k的橡胶基复合材料；
所述低导热胶料包括第二橡胶基体80-100份、轻质空心填料5-30份或发泡剂1-15份，第二耐烧蚀填料10-30份、第二硫化助剂1-10份和第二硫化剂1-10份，所述第二橡胶基体选自三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶和聚磷腈中的一种或两种的混合物，所述轻质空心填料选自空心玻璃微球、酚醛微球和氧化锆中空纤维中的一种；所述的发泡剂为4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)、偶氮二甲酰胺(AC)和二亚硝基五亚甲基四胺(发泡剂H)中一种或几种的复合物，所述第二耐烧蚀填料选自白炭黑和硼酚醛颗粒填充料中的一种或两种的混合物，所述第二硫化助剂选自氧化锌、硬脂酸和噻唑促进剂中的一种或两种以上的混合物；所述第二硫化剂选自硫磺或过氧化二异丙苯助剂。
2.权利要求1所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，还包括，所述胶片经过层倍增器一次叠合或多次叠合形成交替多层复合胶片，复合胶片再经过加压硫化得到耐烧蚀低导热复合材料；
所述层倍增器包括至少两条流道；每条流道设有入口和出口，所述入口和出口均为矩形，且出口的内部宽度大于进口的内部宽度、出口的内部高度小于进口的内部高度；每条流道从入口至出口，均由进口段、倾斜段、过渡段和挤压段构成，从入口至出口垂直方向为垂直流向，所述倾斜段相对于垂直流向倾斜，所述进口段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述倾斜段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述过渡段内的宽度和高度分别与入口的内部宽度和内部高度相同，所述挤压段内的宽度逐渐变大、高度逐渐变小；且进口段、倾斜段、过渡段和挤压段中相邻段之间的连接处采用圆弧倒角连接；
各流道并列且交叠设置，各流道的入口在所述宽度方向上并列设置，同时各流道的出口在所述高度方向上由上至下依次设置；
所述层倍增器内的两个相邻入口相交部位设有分流挡块；所述的分流挡块为三棱柱，且所述板状的分流挡块薄边迎着流体的流动方向；所述多棱柱形的分流挡块的轴线与流体流动方向垂直，同时多棱柱的一侧棱迎着流体方向；所述三棱柱的横截面为等腰三角形，且等腰三角形顶角所在侧棱迎着流体方向。
3.如权利要求2所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，所述倾斜段相对于所述流道垂直流向的倾斜角度为30°-60°。
4.如权利要求2所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，所述挤压段长度占流道长度的50％-70％。
5.如权利要求2所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，各流道入口宽高比范围为10:1到20:1，出口宽高比范围为20:1到40:1。
6.如权利要求2所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，流道长度范围为400mm-1000mm。
7.如权利要求2所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，包括2-5条流道。
8.如权利要求2所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，以所述三棱柱的迎着流体方向的侧棱为顶角，三棱柱横截面三角顶角为10-20°、高度为2-8mm。
9.权利要求1所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，所述两台挤出机的挤出温度相同，且两台挤出机的挤出温度范围分别为：20-100℃。
10.权利要求1所述的耐烧蚀低导热复合材料制备方法，其特征在于，所述加压硫化是采用平板硫化机将胶片在145-155℃、8-12MPa下加压硫化加压硫化，硫化剂选用氧化二异丙苯。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115195254A (zh) * 2022-05-30 2022-10-18 航天特种材料及工艺技术研究所 一种隔热/抗烧蚀热防护结构及其制备方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4963304A (en) * 1988-09-26 1990-10-16 The Dow Chemical Company Process for preparing microporous membranes
CN2221479Y (zh) * 1995-03-01 1996-03-06 陈瑞全 带多重调节的多层塑胶制品模具
JP2006111750A (ja) * 2004-10-15 2006-04-27 Ihi Aerospace Co Ltd インシュレーション材及びその製造方法
CN1962235A (zh) * 2006-11-29 2007-05-16 四川大学 制备交替多层高分子复合材料的挤出口模
CN200970885Y (zh) * 2006-11-29 2007-11-07 四川大学 制备交替多层高分子复合材料的叠合装置
US20130011506A1 (en) * 2010-03-25 2013-01-10 Fay William T Feedblock for making multilayered films
KR20140015871A (ko) * 2012-07-26 2014-02-07 주식회사 한화 보강 충진제를 포함하는 내열재용 고무 조성물
CN110802848A (zh) * 2019-11-13 2020-02-18 西安近代化学研究所 一种耐烧蚀、低导热橡胶复合材料及其制备方法
CN111409208A (zh) * 2020-04-28 2020-07-14 西安近代化学研究所 一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层及其制备方法
CN111645346A (zh) * 2020-05-28 2020-09-11 西安近代化学研究所 一种橡胶绝热层连续成型出片方法
CN211616557U (zh) * 2019-12-08 2020-10-02 濮阳市东宝科技发展有限公司 一种木塑门板微发泡成型设备

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4963304A (en) * 1988-09-26 1990-10-16 The Dow Chemical Company Process for preparing microporous membranes
CN2221479Y (zh) * 1995-03-01 1996-03-06 陈瑞全 带多重调节的多层塑胶制品模具
JP2006111750A (ja) * 2004-10-15 2006-04-27 Ihi Aerospace Co Ltd インシュレーション材及びその製造方法
CN1962235A (zh) * 2006-11-29 2007-05-16 四川大学 制备交替多层高分子复合材料的挤出口模
CN200970885Y (zh) * 2006-11-29 2007-11-07 四川大学 制备交替多层高分子复合材料的叠合装置
US20130011506A1 (en) * 2010-03-25 2013-01-10 Fay William T Feedblock for making multilayered films
KR20140015871A (ko) * 2012-07-26 2014-02-07 주식회사 한화 보강 충진제를 포함하는 내열재용 고무 조성물
CN110802848A (zh) * 2019-11-13 2020-02-18 西安近代化学研究所 一种耐烧蚀、低导热橡胶复合材料及其制备方法
CN211616557U (zh) * 2019-12-08 2020-10-02 濮阳市东宝科技发展有限公司 一种木塑门板微发泡成型设备
CN111409208A (zh) * 2020-04-28 2020-07-14 西安近代化学研究所 一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层及其制备方法
CN111645346A (zh) * 2020-05-28 2020-09-11 西安近代化学研究所 一种橡胶绝热层连续成型出片方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B L ZHA等: "《Study on ablation behavior of silicone rubber based insulation material under the condition of boron oxide particles erosion》", 《IOP CONFERENCE SERIES: MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING》, pages 303 *
张春蕾 等: "《耐烧蚀分层织物芯输送带覆盖胶的研制》》", 《橡塑技术与装备》, vol. 43, no. 09, pages 25 - 27 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115195254A (zh) * 2022-05-30 2022-10-18 航天特种材料及工艺技术研究所 一种隔热/抗烧蚀热防护结构及其制备方法
CN115195254B (zh) * 2022-05-30 2024-04-02 航天特种材料及工艺技术研究所 一种隔热/抗烧蚀热防护结构及其制备方法

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