[发明专利]一种高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料及其制备方法，包括以下质量份的原料：三元乙丙橡胶100份；补强剂15‑30份；有机纤维10‑30份；增粘树脂5‑15份；阻燃剂10‑30份；耐烧蚀填料10‑30份；增塑剂5‑15份；金属氧化物3‑5份；硬脂酸1‑2份；硫化剂2‑5份；防老剂1‑2份；增粘剂1‑5份，其中有机纤维选自多种纤维。本发明中绝热材料及其制备方法能够在纤维填充过多的情况下，仍然保持较好的力学性能，即各个方向上的力学性能基本一致，并不影响绝热层的其他性能，该绝热材料同时能够满足发动机对内绝热材料力学性能、粘接性能、耐烧蚀、以及抗冲刷性能等综合性能的要求。

技术领域

本发明属于耐烧蚀材料技术领域，特别涉及一种高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料及其制备方法。

背景技术

固体火箭发动机内绝热层应当具有良好的力学性能，应能承受发动机在推进剂浇注与硫化、贮存、运输及飞行过程中所引起的各种应力的作用，如药柱在硫化后降温时因收缩产生变形产生的拉应力，发动机工作时的内压对绝热层的压应力，飞行过程中的短时大加速度和竖立储存中长时重力作用所引起的壳体-绝热层-药柱界面间的剪切应力等。

内绝热层应具有足够的伸长率以适应发动机增压及热循环应变的需要，发动机在点火的瞬间，内压由常压猛增至3～10MPa的工作压强，而为了提高发动机的质量比，燃烧室的壳体通常比较薄，刚性较差，所以，这种增压引起的应变是很可观的，复合材料壳体较钢壳体更为显著，如直径和长度均为800mm左右的中小型玻璃纤维/环氧壳体，在内压为4MPa时，前后接头间的轴向增量可达20～30mm，海神二级发动机在点火时，端盖处的轴向位移也超过20mm。假如绝热层没有足够的延伸率来适应这种冲击式的应变，则必将产生裂纹，导致发动机工作时发生穿火而使壳体受到热损伤。发动机在运输和储存过程中将遇到各种温度交变的环境而导致热应变的产生，由于内绝热层与壳体及推进剂的线膨胀系数差异较大，所以，必将出现壳体、绝热层与推进剂的线膨胀不协调的情况，这也要求内绝热层具有足够大的伸长率。

三元乙丙橡胶(EPDM)在固体火箭发动机上应用时，为了满足耐烧蚀、抗冲刷等性能，达到保护壳体的作用，除了要求与壳体粘接性能较好以外，还要求EPDM绝热层有较好的耐烧蚀性能和力学性能。EPDM作为一种橡胶材料，其本身的耐烧蚀性能有限，无法满足固体发动机中高温、高压、高速气流对它的冲刷作用，为了达到使用要求，必须加入耐烧蚀填料、纤维材料、阻燃剂、补强剂及其它工艺助剂等以提高其耐烧蚀性能。纤维材料具有高强度、高模量、耐高温等优点；但是，未经处理的纤维表面呈现惰性，与橡胶的界面结合较差，增强效果有限，甚至能引起复合材料的自身缺陷。增加绝热层中纤维材料的用量能够提高耐烧蚀性能，但使用过多会使纤维填充橡胶材料存在明显的各向异性，影响绝热层力学性能的发挥，特别是使绝热层平行方向的断裂伸长率显著下降。

因此，为了提高绝热层的耐烧蚀性能，同时保证绝热层具有优良的力学性能以满足发动机实际生产过程的需要，研制一种耐烧蚀性能优良，并且具有较好的综合性能和成型工艺的绝热材料具有十分重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料及其制备方法，能够在纤维填充过多的情况下，仍然保持较好的力学性能，即各个方向上的力学性能基本一致，并不影响绝热层的其他性能，该绝热材料同时能够满足发动机对内绝热材料力学性能、粘接性能、耐烧蚀、以及抗冲刷性能等综合性能的要求，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：

第一方面，一种高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料，包括以下质量份的原料：

第二方面，一种高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料的制备方法，用于制备上述第一方面所述的高能推进剂用耐烧蚀且力学性能优异的绝热材料，包括以下步骤：