耐烧蚀材料对无阻燃剂三元乙丙橡胶材料烧蚀性能的影响

为了提高固体火箭发动机绝热层材料耐烧蚀性能,采用三元乙丙橡胶、芳纶短纤纤维、硼酚醛树脂、过氧化二异丙苯为无阻燃剂绝热层材料的基本体系,研究了空心微珠、陶瓷微珠、玻璃鳞片、聚碳酸酯、苯并噁嗪树脂、甲基苯基硅树脂等耐烧蚀填料对三元乙丙橡胶烧蚀性能的影响。结果表明,无机填料(空心微珠、陶瓷微珠、玻璃鳞片各10份)、聚碳酸酯15份、苯并噁嗪树脂15份、甲基苯基硅树脂15份,线烧蚀率依次减少,分别为(0.203~0.222)mm/s、0.185mm/s、0.165mm/s、0.154mm/s,甲基苯基硅树脂是最理想的耐烧蚀填料,对无阻燃剂耐烧蚀三元乙丙橡胶研究具有一定的参考价值。     

不同阻燃填料对三元乙丙橡胶材料性能影响

采用三元乙丙橡胶为基体橡胶,芳纶短纤纤维和硼酚醛树脂为耐烧蚀材料,过氧化二异丙苯为硫化剂的绝热层体系,研究了不同阻燃填料对三元乙丙橡胶材料性能的影响,同时综述了影响机理,期望对耐烧蚀、抗冲刷的绝热层研究提供一定的参考。     

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。     

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

分别制备了预分散酚醛中空微球填充三元乙丙橡胶绝热层和梯度化三元乙丙橡胶绝热层,旨在开发低密度的新型高性能绝热材料。扫描电镜观察表明,预分散酚醛中空微球能完好、均匀地分散于三元乙丙橡胶基体中。由于酚醛中空微球具有很低的粒子密度和高的热阻性能,随预分散酚醛中空微球含量的增加,绝热层的密度、热导率和热扩散率显著降低,同时绝热层的比热容明显增大,表现出优异的绝热性能。与芳砜纶浆粕填充三元乙丙橡胶绝热层、酚醛中空微球填充三元乙丙橡胶绝热层相比,梯度化三元乙丙橡胶绝热层具有优异的绝热性能和耐烧蚀性能,同时又具有很低的密度,将在火箭发动机上具有广阔的应用前景。     

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。     

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。     

固体火箭发动机壳体内绝热层的概况与三元乙丙胶绝热层的现状

本文介绍了国外固体火箭发动机内绝热层的应用和研制概况。并着重介绍了低密度、耐烧蚀的三元乙丙胶(EPDM)绝热层的性能、应用情况,以及进一步的研制动向。     

三元乙丙橡胶的低温等离子体表面改性

运用低温等离子体处理三元乙丙橡胶(EPDM),进行表面改性。通过扫描电子显微镜(SEM)、接触角测量仪,对三元乙丙橡胶处理前后的表面形貌和润湿性进行表征;采用电子万能试验机,对三元乙丙橡胶改性前后的力学性能和粘结性能进行测试。实验结果表明,处理功率为4 kW,工作气体流量为0.8 L/min,处理时间为20 s,以此作为工艺参数,运用低温等离子体,处理三元乙丙橡胶后,接触角减小了86%,剪切强度提高了142.6%,扯离强度提高了98.2%,而且三元乙丙橡胶通过低温等离子体处理后的粘接强度为通过手工打磨处理后的粘接强度的2倍。     

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。     

高耐热型填料改性EPDM绝热层性能研究

以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,中空聚酰亚胺纤维为耐热型纤维,分别从低密度高成炭、高耐热以及分子链催化成炭三方面出发,通过机械共混法制备了酚醛空心微球(HPM)、聚酰亚胺树脂(PIR)以及含不饱和双键环磷腈衍生物(CPD)复合的EPDM绝热层,并对这三种绝热层进行了硫化性能、力学性能、与金属界面粘接性能以及耐烧蚀性能...     

填充纤维及阻燃剂对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响

研究了填充纤维、阻燃剂种类及用量对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响。结果：当芳纶纤维的最佳填充量为5－8份，含磷阻燃剂的最佳用量为15－25份情况下，它们可显著提高EPDM绝热层的耐烧蚀性能。     

POSS改性EPDM耐烧蚀复合材料的制备及性能

由于高性能推进剂的广泛应用,导致固体火箭发动机燃烧室内的燃烧温度与工作压强不断升高,因此研制出性能更加优异的隔热层迫在眉睫。以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,气相纳米Si O2为补强填料,首次引入八甲基丙烯酰氧基丙基POSS(MA-POSS),经由过氧化物引发双键之间的自由基聚合反应,制备了POSS改性EPDM耐烧蚀复合材料。研究了MA-POSS与气相纳米Si O2的添加量对隔热材料的交联度、力学性能、热稳定性、耐烧蚀性能的影响。在POSS与气相纳米Si O2协同作用下,改性后的材料各项性能均有所提升。结果表明,当气相纳米Si O2含量为40份、MA-POSS为5份时,凝胶含量高达92.61%,拉伸强度为12.02 MPa; MA-POSS含量为3份时,复合材料的线性烧蚀率和质量烧蚀率最低,分别为0.296 mm/s和0.100 g/s。     

试验条件对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响

通过烧蚀试验研究了烧蚀时间、燃气流量及烧蚀角度等因素对EPDM绝热层烧蚀性能的影响。结果表明，在不同烧蚀时间内，EPDM绝热层的烧蚀率表现出不同特征，EPDM绝热层烧蚀率与燃气流量成正比关系，燃气以一定角度侧向烧蚀绝热层时，炭化层极易脱落。     

相容剂改善硅橡胶/EPDM共混热防护材料性能的研究

对一种用相容剂改善硅橡胶/三元乙丙橡胶(EPDM)共混热防护材料的性能进行了研究。在硅橡胶/EPDM共混体系中加入自制的相容剂以提高两者的相容性,给出共混工艺。用扫描电镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、氧-乙炔烧蚀仪等方法研究了相容剂对热防护材料性能的影响。结果表明:该相容剂可改善硅橡胶与EPDM两相间的相容性,使混合体系更均匀,断裂处更平整,并显著提高了共混绝热复合材料的力学性能和热稳定性,其中:拉伸强度提高了20%以上;相容剂用量为10份时,硅橡胶/EPDM共混复合材料的初始降解质量分数10%的温度提到至437.5℃,发生最大质量损失速率时的温度提高至466.2℃;随着相容剂的增加,共混绝热复合材料的线烧蚀率逐渐下降,相容剂用量为10份时,线烧蚀率可下降至0.058mm/s。     

BDNPF/A含能增塑剂迁移对丁腈橡胶类绝热层性能的影响

为探索含能增塑剂2,2-二硝基丙醇缩甲醛/2,2-二硝基丙醇缩乙醛(BDNPF/A)迁移对丁腈橡胶基体绝热层性能的影响，采用浸渍法模拟BDNPF/A在丁腈橡胶基体绝热层内的迁移，获得了与自然条件下贮存12 a试验件内同配方绝热层BDNPF/A迁移含量基本一致的模拟试验件，并开展了热分解性能、抗烧蚀性能以及300℃恒温预处理后力学性能等测试。结果表明，浸渍30 d后，模拟试验件内BDNPF/A的重量占比达26.01%;与自然贮存12 a试验件绝热层内BDNPF/A含量相近；BDNPF/A迁移至丁腈橡胶基体绝热层后，导致丁腈橡胶基体绝热层提前分解，热防护作用下降，耐烧蚀性能明显降低且300℃恒温处理后绝热层抗拉强度降低98%以上，基本失去力学性能；同时，采用三元乙丙橡胶基体绝热层作为对比，在相同条件下开展BDNPF/A迁移实验，结果显示，BDNPF/A在三元乙丙橡胶基体绝热层内不发生迁移；分析认为，由于BDNPF/A和丁腈橡胶基体绝热层都属于极性材料，两者互溶导致迁移的产生，BDNPF/A分解产生大量的热和酸性气体，导致丁腈橡胶基体绝热层性能下降；在固体发动机设计时，应考虑增塑剂与绝热层的...     

三元乙丙橡胶绝热层老化性能试验研究

为了准确获得某固体火箭发动机燃烧室三元乙丙橡胶绝热层长期常温库房贮存的老化情况,分析总结绝热层的老化规律,准确预估出绝热层使用寿命,通过加速热老化试验方法,测定了不同试验温度和周期内绝热层的拉伸强度、延伸率、粘接强度、硬度等力学性能数据.研究发现拉伸强度、粘接强度、硬度随加速热老化时间、温度变化不大;而不同温度下的绝热层延伸率随着不同老化周期有不同的变化趋势.对加速热老化试验的延伸率进行多点外推(寿命方程)处理,结果表明在20℃下该绝热层回归值的95%置 信下限对应贮存期下限为17.69年.     

硫化剂种类对EPDM绝热层性能的影响研究

发动机壳体共固化过程是实现绝热层性能的关键工艺过程。为了优化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层配方性能,科学制定复合材料发动机壳体的共固化工艺制度,提高壳体绝热层成型质量,研究了常用硫化剂种类对EPDM绝热层硫化特性、力学性能、耐热性能和热失重率的影响。结果表明,EPDM/过氧化物体系的起始硫化反应温度较高,硫化速率快,EPDM/硫磺体系的起始硫化反应温度较低,硫化速率较慢; EPDM/过氧化物体系硫化较短时间即可获得较高的力学性能,而EPDM/硫磺体系随着硫化时间逐渐延长,其力学性能呈明显增加趋势; EPDM/过氧化物体系硫化胶片在80℃下的失重率明显高于EPDM/硫磺体系,而且过氧化物的分子结构决定了硫化产物的种类,从而导致不同种类的过氧化物硫化胶片的失重率亦存在较大差别。     

芳纶纤维和丁腈橡胶体系绝热层新配方的研制

采用含卤-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新配方(D210配方)。试验研究了芳纶纤维用量、卤-锑阻燃剂用量及纤维排布方向对绝热层烧蚀性能的影响;研究了增塑剂用量对绝热层玻璃化温度的影响。结果表明,芳纶纤维用量为4份时,绝热层烧蚀性能最佳,线烧蚀率为0.051 mm/s,质量烧蚀率为0.069 g/s;在选定的阻燃剂用量范围内,阻燃剂对绝热层烧蚀性能影响不大;所选增塑剂用量为20份时,玻璃化温度Tg可达-40℃。试验还对绝热层力学性能、硬度、粘接性能、比热容、导热等性能进行了测试,表明新研制的耐烧蚀橡胶有可能成为替代传统的石棉纤维和丁腈橡胶体系的固体火箭发动机燃烧室内绝热层。     

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。     

EPDM／石棉固体发动机内绝热材料的性能

本文介绍了石棉填充三元乙丙橡胶绝热材料J-90-1的性能,并和传统的NBR/石棉材料9621以及代表80年代初期国外水平的EPDM绝热材料进行了全面对比.J-90-1材料的突出优点是低密度、耐烧蚀、耐老化、耐低温,整体加工性能良好,达到了国际上80年代初期同类材料的水平.它已成功地应用于全尺寸复合材料固体发动机.