[发明专利]一种多层绝热材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种多层绝热材料的制备方法，包括双辊开炼制备含量不同的三种橡胶复合材料、再将其分别经微纳层状共挤出和压延贴合，热压硫化制得多层绝热材料的步骤。本发明方法能够快速制得绝热性能优异且成型性好的多层绝热材料，制备的材料层数、层厚和层结构均可控，原料配方可调，制备方法简单，可连续批量生产，生产效率高且质量稳定。

技术领域

本发明属于材料加工领域，具体涉及一种多层绝热材料的制备方法。

背景技术

高比冲发动机的设计和高能推进剂的使用推动了火箭、导弹等航空航天和国防装备的升级和发展，然而这也同时使得固体火箭发动机燃烧室内的工作环境越来越恶劣，热流密度和压力急剧增大。因此，为了实现对高温燃气长时间冲刷的抵挡和防护，安置于发动机壳体与推进剂药柱之间的绝热层需要具备更优异的耐烧蚀性能和隔热效果。三元乙丙橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶等具有耐热氧老化性能优异、高低温力学性能优良、可填充性大和密度低等优点，已广泛用作固体火箭发动机绝热层的基体材料。

作为一种烧蚀型绝热材料，橡胶基体通常需要填充大量的耐热纤维、陶瓷粒子、成炭树脂等组分来提高其成炭的强度和致密性，从而使得所形成的炭化层能够有效抵御热流冲刷和侵蚀，提高耐烧蚀性能。然而，增加耐烧蚀填料的填充含量虽然可以提高橡胶绝热材料的耐烧蚀性能，但填料对耐烧蚀性能提升的贡献效率随着含量的增加而逐渐降低，同时大量填料的填充使得橡胶绝热材料的力学、加工等性能变差，密度显著提高，这会降低发动机的装填系数，在实际应用中受到限制。在绝热材料中引入中空玻璃微球、硼硅酸盐微球、中空酚醛微球等轻质隔热填料可以在一定程度上降低材料的密度和导热系数，提高隔热性能。但是，轻质隔热填料会使得烧蚀过程中形成的炭化层结构疏松、较易脱落，导致耐烧蚀性能变差(贾晓龙，李鹏，于运花，隋刚，黄智斌，李刚，杨小平，预分散酚醛中空微球对三元乙丙橡胶绝热层性能的影响及梯度化绝热层的研究，固体火箭技术，2010，33(1):99-103)。因此，很难获得兼具低密度、高隔热和耐烧蚀性能优异的橡胶绝热材料。

在实际应用中，绝热层靠药柱侧表面首先承受热流的侵蚀，随着温度向绝热层内部传递以及材料的炭化，炭化层逐渐形成并变厚，热流对绝热层的侵蚀速率也随之减缓。所以沿厚度方向上绝热层所受到的热流侵蚀作用不一样，表层部分较为严重，内层部分相较缓和。

尽管过去几十年来，国内外研究人员通过配方设计和传统共混工艺在绝热层性能优化和制备效率上取得了长足发展，但是绝热层的研究仍集中在材料配方设计的水平，缺乏绝热层复合结构设计和一体化成型工艺的研究。同时，传统共混工艺的绝热层制备方法仅能实现填料的均相分散，无法调控耐烧蚀填料、轻质隔热填料等功能组分在绝热层中的分散及分布状态。为了充分发挥不同功能填料在绝热层中的作用，需要针对实际应用中的特点，调控绝热层中不同功能填料的分散和分布状况，实现对功能填料的高效协同利用。因此，开展对绝热层复合结构设计和一体化成型制备新工艺、新技术的研究具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐烧蚀低密度多层绝热材料及其制备方法，使用该方法制备的多层绝热材料兼具耐烧蚀性能优异、隔热性能优良和密度低的特点。

本发明面临的主要技术难题是传统共混工艺无法针对实际应用场景来调控耐烧蚀填料和轻质隔热填料等功能组分在绝热层中的分散及分布状态，实现对不同功能填料的高效协同利用，因此目前仍然缺少绝热层复合结构设计和一体化成型的技术方法。