本發(fā)明屬于絕熱材料，具體涉及一種三元乙丙橡膠絕熱材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、固體火箭發(fā)動機(jī)作為一種大推力、便捷高效的推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。固體火箭發(fā)動機(jī)主要由殼體、絕熱系統(tǒng)、襯層和推進(jìn)劑藥柱組成，發(fā)動機(jī)工作時，藥柱在燃燒室會產(chǎn)生2500~3500℃高溫及106~107pa量級的高壓，為了防止固體火箭發(fā)動機(jī)燃燒室殼體與高溫燃?xì)饨佑|被燒穿，或為防止殼體材料過熱而降低殼體強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)完整性，必須采用適應(yīng)惡劣工況的絕熱系統(tǒng)進(jìn)行熱防護(hù)，其絕熱材料性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到航天任務(wù)的成敗。

2、隨著固體火箭推力、總沖等指標(biāo)的要求不斷提升，發(fā)動機(jī)裝藥需采用大裝填密度、高能、高燃速、高鋁粉含量的方案，發(fā)動機(jī)絕熱層在長時間的高溫燃?xì)鉀_刷下，容易出現(xiàn)燒蝕過快、隔熱性能下降等問題，從而影響發(fā)動機(jī)的安全性和可靠性。

3、固體火箭發(fā)動機(jī)的內(nèi)絕熱層材料除了具備耐燒蝕、耐沖刷的性能外，還需要經(jīng)受固體火箭存貯過程中的溫度循環(huán)和溫度沖擊考驗，防止因熱應(yīng)力產(chǎn)生脫粘開裂等發(fā)生，影響固體火箭安全性。目前提升材料耐燒蝕性能的重要填料是短切的有機(jī)纖維，但增加此類纖維填料用量會導(dǎo)致絕熱材料出現(xiàn)明顯的各向異性，尤其是平行于纖維方向的斷裂延伸率下降明顯，因此需要解決耐燒蝕和力學(xué)各項異性的矛盾，研制一種綜合性能優(yōu)異的新型絕熱材料。

4、固體火箭發(fā)動機(jī)熱防護(hù)成型包含兩個關(guān)鍵因素，一是材料性能，二是工藝成型可靠性和效率。良好的工藝過程能充分發(fā)揮材料優(yōu)異性能，同時能縮短成型周期。三元乙丙橡膠系內(nèi)絕熱材料通常由于其自粘性較差，在絕熱層厚度較大的發(fā)動機(jī)中粘貼成型時需要通過熱壓工藝將各層材料粘貼緊實(shí)，但是帶來了一個問題就是隨著熱壓次數(shù)增加先前貼入的材料經(jīng)歷的熱歷程較長，會造成材料本身提前開始硫化，損失材料性能，另外提前硫化的材料與后續(xù)粘貼的生料片界面也存在粘接較差的風(fēng)險，如果能通過冷壓的方式代替熱壓方式，則可解決此類問題風(fēng)險，但需要提升材料的自粘性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種三元乙丙橡膠絕熱材料及其制備方法和應(yīng)用，以解決現(xiàn)有絕熱材料強(qiáng)度、耐沖刷、自粘性較差的問題。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，提供一種三元乙丙橡膠絕熱材料，制備原料包括以下質(zhì)量份的組分：

3、三元乙丙橡膠100份，耐燒蝕纖維10~20份，補(bǔ)強(qiáng)劑15~35份，增塑劑8~18份，阻燃劑6~28份，氧化鋅0~7份，增粘樹脂6~10份，烷基酚醛樹脂8~20份，硫化劑1~5份，偶聯(lián)劑0.5~5份，防老劑0.5~6份和硬脂酸0~3份。

4、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

5、進(jìn)一步，三元乙丙橡膠為epdm?j-4045；耐燒蝕纖維為芳綸纖維和/或芳砜綸纖維，耐燒蝕纖維的長度為3~6mm。

6、進(jìn)一步，補(bǔ)強(qiáng)劑為氣相二氧化硅。

7、進(jìn)一步，增塑劑為長鏈烷烴油、環(huán)烷油和石蠟油中的至少一種。

8、進(jìn)一步，阻燃劑為硼酸鋅、鹵-銻阻燃劑和聚磷酸銨中的至少一種。

9、進(jìn)一步，增粘樹脂為萜烯樹脂和/或石油樹脂。

10、進(jìn)一步，硫化劑為過氧化二異丙苯、1,1-二叔丁基過氧基-3,3,5-三甲基環(huán)已烷和硫磺中的至少一種。

11、進(jìn)一步，偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、雙-[3-（三乙氧基硅烷基）-丙基]四硫化物、雙-[3-（三乙氧基硅烷基）-丙基]二硫化物和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一種；防老劑為n-異丙基-n'-苯基-對苯二胺或2,2,4-三甲基-1,2-二氫喹啉；促進(jìn)劑為二硫化四甲基秋蘭姆。

12、本發(fā)明還公開了上述三元乙丙橡膠絕熱材料的制備方法，包括以下步驟：

13、s1：將耐燒蝕纖維在濃度為1~2wt%的kh550硅烷偶聯(lián)劑的乙酸乙酯溶液中浸泡活化12~16h，然后用乙酸乙酯清洗，再在50℃下烘干，得預(yù)處理耐燒蝕纖維；

14、s2：將預(yù)處理耐燒蝕纖維與三元乙丙橡膠混合，再進(jìn)行混煉，得混煉物；

15、s3：將補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、氧化鋅、硬脂酸、偶聯(lián)劑、烷基酚醛樹脂、防老劑、增粘樹脂和阻燃劑加入混煉物中，混煉均勻后在開煉機(jī)上薄通20次；

16、s4：將硫化劑加入s3薄通后的物質(zhì)中，繼續(xù)薄通15次，得基料；

17、s5：將基料于155~170℃、10mpa的條件下硫化成型40min，即得。

18、本發(fā)明還公開了上述三元乙丙橡膠絕熱材料在制備固體火箭發(fā)動機(jī)的內(nèi)絕熱層中的應(yīng)用。

19、本發(fā)明的有益效果是：

20、1.本發(fā)明所制備的三元乙丙橡膠絕熱材料具有?優(yōu)異的耐候性與耐老化性能?：本發(fā)明所用三元乙丙橡膠是一種乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)45%~55%、第三單體5-乙叉降冰片烯（enb）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~9%的乙烯丙烯非共軛二烯烴的三元共聚物（中國石油吉林石化公司生產(chǎn)的三元乙丙橡膠，牌號為epdm?j-4045），由于乙烯和enb的特定比例，使得該三元乙丙橡膠具有出色的耐候性和耐老化性能，能夠在惡劣的環(huán)境下長期保持其物理和化學(xué)性質(zhì)的穩(wěn)定，從而延長了材料的使用壽命。并且，所用三元乙丙橡膠具有較高的彈性模量和良好的恢復(fù)性，能夠在受到外力作用后迅速恢復(fù)到原始形狀，從而保證了材料在使用過程中的穩(wěn)定性和可靠性。同時，乙烯和enb的共聚作用使得該材料在較寬的溫度范圍內(nèi)都能保持穩(wěn)定的性能，既能在高溫下保持其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又能在低溫下保持良好的柔韌性，從而適用于各種極端溫度環(huán)境下的應(yīng)用。再者，該三元乙丙橡膠具有較低的熔點(diǎn)和良好的流動性，使得其在加工過程中易于塑性和成型，從而提高了生產(chǎn)效率并降低了生產(chǎn)成本。本發(fā)明所采用的三元乙丙橡膠，由于其特定的化學(xué)組成，賦予了材料一系列優(yōu)異的有益效果，使得該材料在各個領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。

21、2.本發(fā)明通過向三元乙丙橡膠中添加補(bǔ)強(qiáng)劑，增強(qiáng)了材料的拉伸強(qiáng)度和機(jī)械性能。并且通過添加增塑劑，不僅提高了絕熱材料的斷裂延伸率，還提高了材料整體的耐高溫性能，減少了揮發(fā)分。而增粘劑的加入則有效提高了材料的粘結(jié)性能，使絕熱材料的自粘性顯著提升，具有了更優(yōu)越的工藝性能。本發(fā)明所用偶聯(lián)劑能夠使纖維等填料和三元乙丙基體產(chǎn)生良好化學(xué)鍵合的類型，顯著提高了材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，從而提升了材料整體性能。本發(fā)明在三元乙丙橡膠中還添加有阻燃劑和防老劑，阻燃劑的加入提高了材料的阻燃性能，保障了火箭發(fā)動機(jī)的安全運(yùn)行，而防老劑則能有效防止材料在使用過程中受熱老化。本發(fā)明通過原材料相互配合，有效解決了現(xiàn)有絕熱材料在密度（小于1.15g/cm3）、抗燒蝕性能(小于0.08mm/s)、拉伸強(qiáng)度(大于7mpa)、斷裂延伸率(大于430%)、自粘性（冷壓后大于0.1mpa）方面的不足，實(shí)現(xiàn)了綜合性能的顯著提升。

技術(shù)特征：

1.一種三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于，制備原料包括以下質(zhì)量份的組分：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述三元乙丙橡膠為epdm?j-4045；所述耐燒蝕纖維為芳綸纖維和/或芳砜綸纖維，所述耐燒蝕纖維的長度為3~6mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述補(bǔ)強(qiáng)劑為氣相二氧化硅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述增塑劑為長鏈烷烴油、環(huán)烷油和石蠟油中的至少一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述阻燃劑為硼酸鋅、鹵-銻阻燃劑和聚磷酸銨中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述增粘樹脂為萜烯樹脂和/或石油樹脂。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述硫化劑為過氧化二異丙苯、1,1-二叔丁基過氧基-3,3,5-三甲基環(huán)已烷和硫磺中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三元乙丙橡膠絕熱材料，其特征在于：所述偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、雙-[3-（三乙氧基硅烷基）-丙基]四硫化物、雙-[3-（三乙氧基硅烷基）-丙基]二硫化物和乙烯基三乙氧基硅烷中的至少一種；所述防老劑為n-異丙基-n'-苯基-對苯二胺或2,2,4-三甲基-1,2-二氫喹啉；所述促進(jìn)劑為二硫化四甲基秋蘭姆。

9.權(quán)利要求1~8任一項所述的三元乙丙橡膠絕熱材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

10.權(quán)利要求1~8任一項所述的三元乙丙橡膠絕熱材料在制備固體火箭發(fā)動機(jī)的內(nèi)絕熱層中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種三元乙丙橡膠絕熱材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于絕熱材料技術(shù)領(lǐng)域。三元乙丙橡膠絕熱材料的制備原料包括三元乙丙橡膠、耐燒蝕纖維、補(bǔ)強(qiáng)劑、增塑劑、阻燃劑、氧化鋅、增粘樹脂、烷基酚醛樹脂、硫化劑、偶聯(lián)劑、防老劑、硬脂酸和促進(jìn)劑。本發(fā)明中的三元乙丙橡膠絕熱材料具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的耐沖刷性能，其應(yīng)用領(lǐng)域主要在航天領(lǐng)域的固體火箭發(fā)動機(jī)制造，特別是惡劣工況條件下的發(fā)動機(jī)熱防護(hù)領(lǐng)域，本發(fā)明中的材料具有優(yōu)異的自粘性，在發(fā)動機(jī)絕熱層成型過程中彰顯出優(yōu)異的工藝性能，可增強(qiáng)冷貼片可靠性，顯著提升發(fā)動機(jī)熱防護(hù)成型效率，在不增加絕熱層厚度的情況下，能夠顯著提高火箭發(fā)動機(jī)熱防護(hù)可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：梁威,房立,陳東炎,張建明,王凱,鄒德祥
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南潼龍防務(wù)科技有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24