中温硫化三元乙丙橡胶绝热层配方研究

介绍了中温(80℃)硫化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的各项性能,考察了促进剂种类对EPDM硫化特性的影响。结果表明,二硫代氨基甲酸盐类促进剂对中温硫化EPDM的硫化促进作用最好,该中温硫化EPDM绝热层的本体性能与高温硫化胶相当,且综合性能优良;发动机壳体修补工艺试验结果表明,配方性能和工艺性能均满足发动机修补要求。     

EPDM绝热层组分对硫化胶中残留硬脂酸含量的影响

为降低EPDM绝热层中残留硬脂酸含量,分析了EPDM绝热层中硬脂酸与氧化锌的原材料性能和反应活性,当绝热层中无其他组分存在时,两者在橡胶高温硫化过程中可反应完全生成硬脂酸锌,此时硫化胶中硬脂酸基本不发生残留。通过液相色谱等手段测定绝热层硫化胶片中残留硬脂酸含量,研究了EPDM绝热层组分对硬脂酸与氧化锌反应的影响程度和影响机理,发现在一些常用的工艺助剂,如补强剂、阻燃剂和树脂等影响下,氧化锌与硬脂酸会发生可逆化学反应,导致绝热层硫化胶片中游离硬脂酸的含量增加,影响程度与工艺助剂本身特性和用量有关。     

芳砜纶浆粕/EPDM绝热层热性能及界面特性研究

芳砜纶浆粕/EPDM绝热层是固体火箭发动机的一种高性能新型绝热材料。在分析芳砜纶浆粕和芳纶浆粕热稳定性的基础上,对比研究了芳砜纶浆粕/EPDM绝热层与芳纶浆粕/EPDM绝热层的耐烧蚀性能、热性能及界面结合,并采用热失重、动态热机械与扫描电镜等手段分析了造成性能差异的原因。实验结果表明,芳砜纶浆粕的热降解峰值温度比芳纶浆粕高100℃。与芳纶浆粕/EPDM绝热层相比,芳砜纶浆粕/EPDM绝热层的线烧蚀率、热导率和热扩散系数较低,热稳定性较高,芳砜纶浆粕与基体的界面结合较好,这有利于提高绝热层的耐烧蚀性能。芳砜纶浆粕/EPDM绝热层可作为高性能绝热材料而广泛应用。     

航天发动机用的低密度绝热层的研制

业已公认,减轻航天发动机的消极重量是十分必要的。其中的一项措施是研制和应用先进的复合材料发动机壳体,如计划于八十年代初期发射的MAGE欧洲远地点发动机所做的那样。但是,通过降低壳体内绝热层材料密度,还可以进一步降低发动机消极重量。由于认识到了这样做的必要性,从而开展了本文所述的新型低密度橡胶复合材料的研制工作。这些橡胶材料,大体上都以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,以石棉为填料,以过氧化物为固化剂,适用于装丁羧推进剂和丁羟推进剂的发动机。所述的研制计划除研究了配方技术,调整热性能、烧蚀性能和力学性能以满足发动机要求外,还研究了加工工艺的最佳化,包括易于固化以及和壳体推进剂的粘接性能。     

环氧树脂／苯并噁唑二胺体系的固化动力学及热性能研究

采用DSC法研究了不同升温速率下E51环氧树脂与ABO芳香胺固化体系的固化工艺、固化交联反应动力学参数及树脂体系的热性能。通过分析确定了树脂的基本固化工艺,采用Kissinger、Ozawa方法计算出树脂的表观活化能,其平均值为52.94 kJ/mol,结合Crane公式求出反应级数为1.1,固化反应动力学符合n级反应模型;测得玻璃化转变温度Tg=217℃,热失重曲线表明体系的起始分解温度为361℃。     

JH103胶粘剂后硫化粘接EPDM/石棉绝热材料与金属的试验研究

本文介绍了使用JH103胶粘剂后硫化粘接三元乙丙橡胶绝热材料与金属的试验研究结果.研究表明,橡胶组成及其力学性能、表面特性和胶粘剂性能及粘接工艺等因素,对EPDM-金属后硫化粘接性能有明显影响.适宜的表面制备技术和工艺条件,可使JH103胶粘剂粘接的EPDM/石棉-金属接头显示理想的胶裂破坏,获得比硫化粘接更稳定、耐久的接头,应用于固体发动机内绝热层制造,可望提高发动机寿命和可靠性.     

小型固体发动机燃烧室绝热层气囊自动膨胀加压粘贴成型工艺

提出了一种新型的固体火箭发动机燃烧室绝热层粘贴成型工艺。该方法使用成型模具先将绝热层模压硫化成预制件,然后在真空烘箱中,利用封口密闭气囊在真空环境下的自动膨胀加压作用,将硫化预制件粘贴到壳体上。该工艺方法显著特点是封闭气囊内的空气因热效应产生的压力增量抵消绝热套弹性变形的压力消耗。以TI116绝热层的使用为例,利用弹性变形模型计算出了该工艺方法所能适用的绝热层橡胶套的最大厚度,最低固化成型温度。通过拉伸试验确定了所用胶粘剂的固化参数,并对粘接数据曲线的原理进行了初步分析。整个粘贴成型过程中,真空烘箱还同时为绝热层/壳体界面提供了合适的真空度,避免粘贴界面的裹气、脱粘。相比于传统的气囊充气加压成型工艺方法,该工艺方法步骤简化,操作简便,单批次绝热成型壳体数量多,效率高,能很好地保证绝热层尺寸,适合于小型发动机的快速绝热成型。     

固体火箭发动机壳体固化过程温度场影响因素分析

考虑固化反应热的影响和固化过程中复合材料物性参数的发展变化,以某Φ1400 mm固体火箭发动机壳体模型为基础,对复合材料固化过程中温度场进行了热化学耦合有限元分析,并与实验测量结果进行了对比;为了优化固化工艺,提高壳体制造水平,针对固化制度中的最高温度保温时间、固化温度偏差、对流传热系数等影响壳体固化过程温度场的因素进行了分析。结果表明,所建立的热化学耦合数值模型的计算结果与试验测量数据绝对误差率在6%以内,验证了该数值模型的可靠性;固化工艺偏差和对流传热系数波动都会对绝热层内壁温度产生非常大的影响;为保障绝热层的完全硫化,应适当延长固化制度的最高温度保温时间,使工艺安全系数提高到2倍左右。     

纳米氧化锌对EPDM绝热层中残留硬脂酸含量的影响

研究了(200±10)、(90±10)、(50±10)、(30±10) nm四种纳米氧化锌和普通氧化锌对三元乙丙(EPDM)绝热层硫化后胶片中残留硬脂酸含量的影响。结果表明,随着纳米氧化锌比表面积增大,绝热层硫化后胶片中残留硬脂酸含量明显下降,且只有比表面积大于普通氧化锌的纳米氧化锌,才对绝热层中残留硬脂酸含量具有改善效果。此外,含有较大比表面积的(30±10) nm氧化锌的绝热层硫化后残留硬脂酸含量仅为其他胶片的43.48%～50.84%。因此,采用比表面积较大的纳米氧化锌材料有利于促进氧化锌与硬脂酸的反应完全,降低EPDM绝热层中残留硬脂酸含量,改善绝热层界面粘接性能。     

一种新型环氧树脂体系的固化动力学及耐热性研究

通过不同升温速率下DSC研究了E51环氧树脂与DIA芳香胺固化体系的固化工艺、固化交联反应动力学参数及树脂体系的耐热性,利用FTIR方法计算了体系的固化度。通过分析确定了树脂的固化工艺,采用Kissinger、Ozawa法计算出树脂表观活化能,其均值为87.02kJ/mol,结合Crane公式求出反应级数为0.93。采用扭辫法测得玻璃化转变温度Tg=178℃。热失重曲线表明,体系的起始分解温度为364℃。     

ENB-EPDM绝热层硫化机理研究进展

对ENB-EPDM橡胶用硫磺与过氧化二异丙苯2种常用硫化体系的硫化机理进行了综述。普遍认为,在硫磺硫化体系中,硫桥的交联点仅在第3单体ENB的C-3和C-9;在过氧化二异丙苯硫化体系中,交联位置主要在主链的叔位碳和第3单体ENB的C-3、C-9。ENB-EPDM硫化机理是研制高性能固体火箭发动机绝热层的基础,但由于ENB-EPDM绝热层的硫化受助剂及环境等因素的影响,其实际硫化过程中会存在一系列竞争性反应。因此,ENB-EPDM绝热层中影响其硫化的主要因素、影响程度及影响机理是未来研究的重点。     

柔性无卤含磷体系EPDM绝热层在固体火箭发动机中的应用

介绍了所研制的柔性无卤含磷体系EPDM绝热层在某固体火箭发动机中的应用,包括绝热层的主要性能指标,绝热层与推进剂的化学相容性,绝热层界面粘接性能;绝热层模压制件工艺实验结果及绝热层在地面静止试验发动机上的试验情况,实验结果表明,该绝热层密度低、烧蚀性能和成型工艺性良好,并且环保、特征信号低完全满足某固体火箭发动机的绝热问题。     

EPDM绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学研究

通过液相色谱法测定EPDM绝热层胶片在不同硫化温度和硫化时间下的残留硬脂酸含量,采用Excel软件和积分法并用的手段研究了(200±10)、(90±10)、(50±10)、(30±10) nm四种纳米氧化锌和对三元乙丙绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学的影响。结果表明,随着纳米氧化锌粒径增大,反应级数n逐渐增大,最终增幅趋缓,反应级数n趋于一定值;随着纳米氧化锌粒径减小,比表面积增大,粒子的摩尔表面能Esm增大,速率常数k增大,反应的表观活化能Ea下降,反应速率加快;随着纳米氧化锌粒径减小,粒子的摩尔表面熵降低,反应的摩尔活化熵也随着降低,最终指前因子A也降低。     

成型压力,冷却速率和固化温度对火箭绝热层性能的影响

在我们较早的论文中,已经报导了以乙烯一丙烯二烯烃橡胶(EPDM)为基的一种新的固体推进剂火箭绝热层的配方和降解.此化合物满足绝热所需的所有技术性能.但是,绝热层的工艺尚未详细研究.为了对此化合物作现场实验,研究了成型压力、冷却速率及固化温度对技术性能和溶胀特性的影响.     

某小型固体火箭发动机燃烧室绝热层特性

介绍了一种中温固化的强度高、力学性能好、隔热性能优良的环氧型固体火箭发动机燃烧室绝热层,讨论了树脂及固化剂类型的选择以及改性环氧树脂体系的反应机理,满足了小型固体火箭发动机燃烧室绝热层的粘接和耐烧蚀性能的要求。     

两相环境下EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估

为保证发动机能在恶劣的环境中运行,在绝热层的设计中,绝热层的厚度将直接影响着发动机结构的稳定性,而绝热层的烧蚀预估对于绝热层厚度的合理设计非常重要。为解决固体火箭发动机三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层烧蚀性能工程预估问题,结合固体火箭发动机内两相流动的环境特点,以热化学烧蚀三方程模型和扩散化学动力学双控制机制为基本数学模型,以炭化层表面孔隙率为耦合参数,并综合考虑气流和粒子的侵蚀效应,建立了绝热层多因素耦合烧蚀模型的控制方程。通过对控制方程的隐式求解和对绝热层温度分布以及烧蚀线、炭化线、热解线位置的综合分析,获得了两相环境下EPDM绝热层的理论炭化烧蚀率。所得烧蚀率与实验结果对比,误差小于10%,表明给出的烧蚀预估方法可用于固体火箭发动机两相环境下EPDM绝热层烧蚀工程分析。     

马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM-g-MAH)对三元乙丙橡胶内绝热层材料性能的影响

为提高三元乙丙橡胶(EPDM)内绝热层材料的耐烧蚀性能,将马来酸酐接枝三元乙丙橡胶(EPDM-gMAH)作为基体与无机填料之间的相容剂。采用拉力试验机、多工位-氧乙炔烧蚀测试仪、热失重分析仪和扫描电镜等分析手段研究了材料的机械性能与耐烧蚀性能。测试结果表明:添加EPDM-g-MAH后,EPDM内绝热层材料的线烧蚀率和质量烧蚀率均有所降低,并且随着EPDM-g-MAH含量的增大,烧蚀后形成的碳层也越来越致密均匀。另一方面,当EPDM-g-MAH质量分数为9.5%和14.3%时,EPDM内绝热层材料的力学性能大幅度提升。其中,当EPDM-g-MAH质量分数为14.3%时,EPDM内绝热层材料综合性能最为优异,断裂伸长7.8倍,提高了1.191倍;拉伸强度为6.7MPa,提高了71.8%;线烧蚀率为0.079 9mm·s-1,下降了17.2%。该结果将为更多新型填料在EPDM材料中应用提供支持。     

耐烧蚀溴-锑体系三元乙丙橡胶绝热层的初步研制

在绝热层配方组分筛选的基础上,采用过氧化物硫化体系,芳纶纤维和耐烧蚀硼树脂作为耐烧蚀填料,阻燃剂为含溴的阻燃剂和三氧化二锑以及少量的硼酸锌,并通过L9(33)正交实验确定了含溴的阻燃剂、三氧化二锑、硼酸锌的最佳用量分别为20份、15份、3份。确定的最佳配方和工艺生产出的三元乙丙橡胶绝热层的密度为1.188g/cm3,线烧蚀率为0.118mm/s,质量烧蚀率为0.063g/s,表明该体系初步满足了某小型固体火箭发动机燃烧室内壁绝热层的基本技术要求。     

DCP交联体系EPDM绝热层可挥发逸出物分析

采用恒温失重法、试片预烘法和顶空气相色谱-质谱联用技术,系统研究了三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层原材料和过氧化二异丙苯(DCP)硫化体系可挥发逸出物的含量及种类的影响规律,并采用气体扩散理论,对逸出物逸出过程进行解释。结果表明,原材料中对可挥发逸出物影响较大的组分是DCP、硅烷偶联剂和石蜡油(LPO)。DCP硫化体系中影响较大的组分是DCP和LPO,80℃预烘50 h、160℃预烘10 h时,DCP简单体系失重率分别为2.21%、2.22%;与DCP简单体系相比,添加LPO后80℃预烘50 h失重率增加43%,160℃预烘10 h失重率增加122%;此外,DCP简单体系逸出物主要是苯丙烯、苯乙酮和2-苯基异丙醇,添加LPO有大量的直链烷烃,添加其他填料逸出物种类没有变化。同时,可挥发逸出物在分子热运动和气体浓度差共同作用下,从绝热层内部不断扩散至外界大气中。     

某碳纤维复合材料发动机壳体设计研制

介绍了某直径400 mm碳纤维缠绕复合材料发动机壳体的设计研制。根据该发动机的结构,以石棉/丁腈橡胶为壳体绝热层材料,用网格法建立了封头和筒段等结构层的模型,并给出了发动机的纤维缠绕壳体壁厚和层数设计结果,以及芯模制作、壳体绝热层成型和壳体裙装配等主要成型工艺。工作压力、气密和爆破等水压试验结果表明,所设计的碳复合材料发动机壳体满足性能要求。