[发明专利]一种抗小分子迁移、低发烟阻燃型耐烧蚀绝热材料及其制备方法

说明书

一种抗小分子迁移、低发烟阻燃型耐烧蚀绝热材料及其制备方法，属于耐烧蚀材料技术领域。针对目前传统的柔性绝热材料的小分子易迁移、不环保等缺点；本发明提供了一种新型弹性体为基体的绝热材料配方及其制备方法，配方组份按重量计包括新型聚磷腈弹性体100份；活化剂3～5份；无机纤维0～15份；有机纤维0～20份；补强剂15～35份；耐热填料0～30份；耐烧蚀填料0～40份；硫化剂0.2～3份。本发明中的绝热材料相对于传统的三元乙丙、丁腈以及硅橡胶绝热材料具有更优异的阻燃性、耐烧蚀性、界面粘接性以及抗小分子迁移性。

技术领域

本发明属于耐烧蚀材料技术领域，具体涉及一种抗小分子迁移、低发烟阻燃型耐烧蚀绝热材料及其制备方法。

背景技术

绝热层是位于固体火箭发动机燃烧室壳体内表面与推进剂之间的一类热防护材料，起着保护壳体免受推进剂燃烧室产生的高温高压环境对壳体的烧蚀和冲刷作用。随着当代航天及导弹火箭等向超高速运载的方向发展，对发动机的总体性能尤其是热防护材料提出了更严苛的要求。

目前的柔性绝热材料主要以丁腈橡胶(NBR)、三元乙丙橡胶(EPDM)以及硅橡胶绝热层为主。NBR绝热层具有强度高，粘接性能优异的特点，但存在耐烧蚀性能和工艺性能较差等问题；EPDM绝热层以其低密度，可填充性高、耐老化性能优异等优点在近年来得到了越来越广泛的应用，但存在自粘性和互粘性差的缺点；硅橡胶具有热稳定性好、使用温度范围宽等优点，但存在界面性能差，力学和加工性能不佳等问题。且传统的柔性绝热材料均存在阻燃性能差，发烟量高，抗小分子迁移能力较差等问题；针对于传统的绝热材料的高性能化主要通过在材料配方中添加大量的纤维、树脂、阻燃剂以及耐烧蚀填料等以满足绝热层耐烧蚀性能、力学性能以及工艺性能的要求。

聚磷腈是磷、氮原子以单双键交替结构为主链，每个磷原子上连接两个有机基团的有机-无机聚合物。因其独特的主链结构，使得大部分聚磷腈材料具有优异的热稳定性和阻燃性能。通过对聚磷腈侧基结构的调控，可以获得抗小分子迁移、低发烟量、耐烧蚀等级高等诸多优点的绝热材料。国外针对于聚磷腈在固体火箭发动机绝热层方面的应用进行了研究，如专利号为5024860的美国专利介绍了一种低发烟性的聚磷腈绝热材料；专利号为3970533和4116785的美国专利公布了Ethyl公司的一种高交联密度的含不饱和双键的具有优异的抗增塑剂迁移性的芳氧基聚磷腈绝热材料；专利号为5762746的美国专利介绍了法国Thiokol公司的一种具有优异耐烧蚀性的芳氧基聚磷腈绝热材料。国内北京化工大学在聚磷腈在绝热材料上的应用做了相应的研究，如2016年《High Performance Polymers》第225卷536-543页报道了聚磷腈基体本身的耐烧蚀性能便以达到常规三元乙丙和硅橡胶绝热层的水平。2021年《Journal of Applied Polymer Science》低138卷51222页报道了聚磷腈/芳纶纤维绝热材料具有优异的耐烧蚀性能。这充分表明聚磷腈材料在耐烧蚀热防护材料领域具有巨大的应用潜力，为高性能绝热层的开发提供了一种新思路。

发明内容

针对传统的柔性绝热材料基体存在抗小分子迁移性差，耐烧蚀性能调控工艺复杂、阻燃性能差以及发烟量高等问题，本发明以新型聚磷腈弹性体材料为基体，提供了一种抗小分子迁移，低烟阻燃型耐烧蚀绝热材料及其制备方法。

本发明所采用的技术方案：

本发明的绝热材料配方如下：一种抗小分子迁移、低发烟阻燃型耐烧蚀绝热材料，以重量份计，包括以下组份：聚磷腈弹性体100份；活化剂3～5份；无机纤维0～15份；有机纤维0～20份；补强剂15～35份；耐热填料0～30份；耐烧蚀填料0～40份；硫化剂0.2～3份。

进一步优选：聚磷腈弹性体100份；活化剂3～5份；无机纤维3～10份；有机纤维3～12份；补强剂20～30份；耐热填料5～14份；耐烧蚀填料5～15份；硫化剂0.5～1.5份。

优选地，所述的聚磷腈弹性体，其取代基基团为芳氧基、芳氨基、萘基、烷氧基或氟代烷氧基中的一种或几种。