[发明专利]一种环保耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种环保耐烧蚀橡胶型绝热层，是以丁腈橡胶为主料，引入新型耐热纤维及树脂，以一定的重量份配比混合，所有原料绿色环保。上述原料经工序混炼，制备混炼胶，得到环保耐烧蚀橡胶型绝热层。与现有技术相比，本发明的环保耐烧蚀绝热层具有优异的烧蚀性能，各界面粘接性能良好，拉伸强度和断裂伸长率高。该绝热层可应用于固体火箭发动机内绝热层材料领域。

技术领域

本发明属于热防护材料技术领域，特别涉及一种环保耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法。

背景技术

固体火箭发动机的绝热层是一层位于壳体内表面与推进剂之间的非金属隔热防护材料，在固体发动机工作时，绝热层通过自身的吸热分解带走一部分热量，同时形成炭化层抵抗高温燃气的冲刷烧蚀，以延缓高温燃气所产生的热量向壳体传递，避免壳体达到危及其结构完整性的温度，保证发动机的正常工作。目前国内、外内绝热材料主要有两大类，一种是以橡胶为基体的柔性材料，另一种是以树脂为基体的刚性材料，其中柔性材料较为常见的有丁腈橡胶绝热层、三元乙丙橡胶绝热层、硅橡胶绝热层和共混橡胶绝热层。

柔性材料以其良好的工艺性能、密度低、热导率低等性能在固体火箭发动机内绝热方面得到广泛应用。然而，单独的柔性材料在炭化后不能形成较高强度的炭化层，导致绝热材料不耐气流的冲刷，因此需要加入耐烧蚀纤维、阻燃剂和耐热树脂等，提高炭化层的完整性和牢固性，降低烧蚀率。耐烧蚀纤维主要有石棉纤维、玻璃纤维、碳纤维等无机纤维，以及芳纶纤维、酚醛纤维、芳飒纶纤维、聚酰亚胺纤维等有机纤维。目前芳纶纤维和聚酰亚胺纤维以其高强度、低密度、耐高温、化学稳定性好等优点广泛应用于绝热材料。阻燃剂主要分为有机和无机两大类，其中有机阻燃剂主要有有机卤系阻燃剂、有机磷阻燃剂、有机硅阻燃剂；无机阻燃剂主要有氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵等。硼酸锌是一种新型的环保型阻燃剂，高热稳定性、比重小、分散性好等特点，作为一种高效的阻燃剂应用广泛。耐烧蚀树脂因其具有优异的耐热性和高的成炭性,已经被用于固体火箭发动机喷管复合材料,在烧蚀材料中具有一定的应用价值,是提高绝热层炭层质量的重要材料之一。目前使用较为广泛的树脂主要有酚醛树脂、硼酚醛树脂、聚苯硫醚树脂、苯并恶嗪树脂和硅树脂。

现阶段，丁腈橡胶绝热层在国内发展时间较长，已经有许多完善的配方，但是大部分丁腈橡胶绝热层含有有毒有害物质，上世纪报道了较多的丁腈橡胶绝热层采用石棉纤维作为阻燃纤维剂，由于石棉纤维是致癌物，逐渐被其它纤维取代，张崇耿等人报道了用含卤-锑的阻燃剂，芳纶纤维代替石棉纤维，研制了耐烧蚀的丁腈橡胶绝热层配方；李颖妮等人报道了硼酚醛树脂/酚醛纤维可以取代石棉制备丁腈基绝热层材料。王明超等采用硅树脂、pps树脂提高丁腈橡胶绝热层的烧蚀性能，但绝热层断裂伸长率较低。同时随着固体推进技术的发展，对内绝热层的烧蚀性能提出了更高的要求，目前还未见到力学性能优异的环保耐烧蚀丁腈橡胶绝热层的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种环保耐烧蚀橡胶型绝热层及其制备方法，通过原料的配方设计，特别是引入新的耐热纤维和树脂，显著提高了丁腈橡胶型绝热层的耐烧蚀性能，且具使其有较高的断裂伸长率，可应用于固体火箭发动机内绝热层材料领域。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种环保耐烧蚀橡胶型绝热层，包括以下质量份数的原料：

上述耐热纤维为芳纶短切纤维或聚酰亚胺短切纤维中的一种或一种以上的组合，优选的为萜烯酚醛树脂。

上述树脂为萜烯酚醛树脂，歧化松香甘油树脂，松香甘油树脂或氢化松香甘油树脂中的一种或一种以上的组合。

进一步的，上述二氧化硅为市售通用二氧化硅微粉，包括沉淀法及气相制备二氧化硅。

进一步的，上述的金属氧化物为氧化锌粉末。