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。     

ZnO纳米棒/碳布多尺度增强酚醛树脂复合材料的制备与性能研究

采用新颖的水热电泳法在碳布表面生长ZnO纳米棒,制备出ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体,与传统水热法相比,有效地缩短了ZnO纳米棒的生长时间。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体的结构特征、微观形貌进行表征。探索了不同电泳时间(15、30、45、60min)对碳布增强复合材料的湿式摩擦性能和拉伸性能的影响规律。结果表明,ZnO纳米棒/碳布多尺度增强体有效提高了复合材料的摩擦磨损性能和拉伸性能,归因于多尺度增强体与树脂基体之间形成良好的界面结合。当电泳30min时,复合材料表现出最高且稳定的摩擦系数,与原始碳布复合材料相比磨损率降低了55.40%。复合材料的拉伸强度为133.74MPa,与原始复合材料相比提高了30.10%。因此,水热电泳法在制备碳布多尺度增强的复合材料方面具有广阔的应用前景。     

高分子增塑剂对EPDM绝热层性能影响研究

为有效降低三元乙丙(EPDM)绝热材料中小分子挥发物含量,研究了液体EPDM(LEPDM)、液体低分子聚丁二烯(LPB)、液体低分子聚异戊二烯(LIR)、液体丁腈橡胶(LNBR)和液体端羟基聚丁二烯(LHTPB)等高分子增塑剂对EPDM绝热层门尼粘度、力学性能、烧蚀性能、老化性能、可挥发分含量和界面粘接性能的影响规律,并与传统橡胶增塑剂液体石蜡进行对比。结果表明,相比传统增塑剂LPO,高分子增塑剂制备EPDM绝热材料挥发分含量显著降低,其中LIR、LEPDM和HTPB三种高分子增塑剂制备绝热材料挥发分含量最低;同时,其玻璃化转变温度升高,断裂伸长率降低,线烧蚀率降低,门尼粘度和抗拉强度基本相当;除LEPDM外其他高分子增塑剂制备绝热材料的EPDM_生/EPDM_熟界面粘接强度明显下降; EPDM/铝和EPDM_生/EPDM_生界面粘接强度及70℃热老化性能基本相当。     

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。     

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。     

纳米材料在树脂基复合材料中的应用

对纳米材料及纳米复合材料的基本特性进行了简要地概述，并对纳米粒子的表面处理及分散技术，纳米复合材料的制备方法及纳米粒子在复合材料树脂改性中的应用进行了详细地描述。     

(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数的实验测试及反演分析

为确定T700/环氧复合材料与三元乙丙橡胶(EPDM)的粘接界面参数(包括断裂韧性和法向初始强度),通过双悬臂夹层梁(DCSB) I型分层扩展实验与有限元(FEM)仿真分析,确定了(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数的初始值;以(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数初始值为基准,经过完全交叉分组的析因设计,以及对应的有限元分析(FEA)结果,构造了FEA输出-界面参数的数据样本,采用广义回归神经网络(GRNN)反演获得的(T700/环氧)/EPDM粘接界面断裂韧性G_(Ic)=0.575 N/mm,法向初始强度σ_(max,0)=1.25 MPa。结果表明,采用GRNN反演参数计算的载荷-位移曲线和实验曲线之间峰值点的平均差值只有2.72 N,结合DCSB I型分层扩展实验、有限元仿真分析和广义回归神经网络,可确定(T700/环氧)/EPDM粘接界面参数的准确值。     

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。     

纳米碳/铝复合材料的制备、界面改性与增强机制研究进展

以石墨烯和碳纳米管为代表的纳米碳是发展结构功能一体化铝基复合材料的理想增强材料，但纳米碳分散难、与铝润湿差及不良的界面结合等限制了增强效果。针对此问题，介绍了纳米碳/铝复合材料熔融铸造和粉末冶金制备方法的改进及新发展的制备技术，从表面化学改性、涂层及纳米粒子修饰方面总结了纳米碳表面处理与增强铝基复合材料的研究现状。基于纳米碳/铝的界面结合机制，综述了表面改性前后反应和扩散型界面的形成过程及它们与机械锚结型界面对载荷传递的影响、改善途径；分析了纳米碳/铝复合材料研究中涉及的主要增强机制、影响因素和增强效果，并展望了提升该复合材料结构与功能性能的研究重点。     

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...     

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。     

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。     

三元乙丙橡胶粘接工艺研究

通过粘接面处理、粘接压力、胶层厚度、胶层涂刷方式等方面对三元乙丙橡胶粘接性能进行了研究。结果表明,铝合金应喷砂后阳极化、三元乙丙橡胶生胶用乙酸乙脂擦拭、熟胶进行表面打磨;采用三次刷涂,胶层厚度控制在0.1～0.15mm;硫化压力5～10MPa是较好的粘接工艺方法。     

EPDM绝热材料耦合烧蚀模型

以EPDM类绝热材料烧蚀特性为研究对象,借鉴多孔介质领域的相关理论和方法,以炭化层的孔隙结构特征和参数为纽带,建立了考虑热化学烧蚀、颗粒侵蚀和气流剥蚀的EPDM类绝热材料耦合烧蚀模型,并进行了模型的初步实验验证。结果表明,所建立的模型不仅在EPDM类绝热材料烧蚀率预示方面具有较高的计算精度,而且在细管上能够基本反映绝热材料的烧蚀特性。     

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。     

丁羟推进剂粘接体系中的组分迁移

用浸泡增重法研究了衬层、绝热层对DOS和T27的吸收能力,用气相色谱仪研究了HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系中DOS、T27和GFP的迁移。结果表明,HTPB衬层和EPDM绝热层对DOS和T27的吸收能力很强;粘合剂的极性增大或交联密度升高,衬层对DOS、T27的吸收能力下降,但粘合剂的极性增大,对衬层与HTPB推进剂的界面粘接性能不利;在HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系中,DOS、T27或GFP的迁移平衡浓度为粘合剂相的平衡浓度。     

EPDM绝热材料炭化层结构特征及其对烧蚀的影响

以烧蚀发动机为主要试验手段,结合全自动密度仪、扫描电镜、微米CT等多种测试手段,对不同烧蚀环境下EP-DM绝热材料炭化层的结构特征及其对烧蚀的影响规律进行了深入研究.研究发现,炭化层呈多孔疏松结构,其孔隙大部分为开孔;EPDM绝热材料的炭化层存在致密/疏松结构,而这种结构与烧蚀环境有很大关系;在炭化层表面形成一定厚度的...     

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。     

高温热环境下EPDM绝热材料炭层表面相态试验

为了解EPDM绝热材料烧蚀过程中炭化层表面相态,以及在热态环境下炭化层的抗冲击结构特点,设计了一种表面碰撞试验装置.利用设计的试验装置,在含铝5％的复合推进剂燃气环境中,对一种EPDM绝热材料进行了炭化层表面相态探测试验,清晰地获得了撞击后的炭化层表面形貌.试验结果分析表明:在本研究条件下,EPDM绝热材料炭层表面基本...     

EPDM绝热材料炭化层的三维孔隙结构特征

为了获得绝热材料炭化层的微观结构信息,建立了炭化层三维孔隙结构的微米CT无损测试方法.采用微米CT对EPDM绝热材料炭化层进行了无损扫描,运用三维图像处理软件对炭化层的系列无损扫描图片进行了三维重建.针对发动机热试车后EPDM绝热材料炭化层试样,结合二维图像分析软件,研究了烧蚀方向上炭化层的孔隙结构特征.结果表明,过载...