一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層及其制備方法，由100份丁腈橡膠、20?40份二氧化硅、6?15份金屬氧化物、5?20份納米碳填料、10?20份聚苯硫醚樹脂、10?30份耐熱纖維、1?2份硬脂酸、2?3份硫磺和1?3份促進劑組成，通過雙輥開煉和熱壓硫化成型技術制成，采用的原材料不含鹵素且無石棉纖維，同時由于采用了納米碳填料作為阻燃劑，聚苯硫醚樹脂、二氧化硅等作為穩炭劑，并配合金屬氧化物、耐熱纖維等其它助劑體系，使其顯著改善絕熱材料的耐燒蝕性能，且原材料密度較低、種類較少，顯著降低了NBR絕熱層的密度。本發明專利技術綜合性能優異，該材料適用于要求耐高溫燒蝕的熱防護領域，特別適用于瞬時高溫的燒蝕熱防護技術領域。

Environmental protection type low density ablative insulation layer and preparation method thereof

The invention discloses an environment-friendly low density ablative heat insulating layer and its preparation method, consisting of 100 copies of 40 copies of 20 nitrile rubber, silica, metal oxide, 6 15 copies of 20 copies of 5 carbonfillers, 10 20 PPS, 10 30, heat resistant fiber 1 2 stearic acid, 2 3 and 1 3 phr sulfur, produced by twin roll mixing and hot pressing vulcanization molding technology, raw materials used in non halogen and non asbestos fiber, due to the use of carbon nano filler used as flame retardant polyphenylene sulfide resin, such as silica stability carbon agent, and metal oxide, heat-resistant fiber and other additives, the system significantly improved insulation ablation properties of raw materials and lower density, less species, significantly reduced the density of NBR insulation. The invention has excellent comprehensive performance, and the material is suitable for the field of high temperature resistance and thermal protection.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及耐燒蝕材料
，具體是一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層及其制備方法。
技術介紹
固體火箭發動機內絕熱層是發動機燃燒室的重要組成部分，主要由橡膠基材、補強填料、阻燃纖維和硫化劑等原材料混煉而成，其主要功能是通過自身的不斷消融分解帶走大部分熱量，以抵抗固體推進劑燃燒所產生的高溫、高壓燃氣對發動機殼體的燒蝕和沖刷，保證發動機殼體結構的完整性，最終保證發動機正常工作。目前絕熱層主要以丁腈橡膠(NBR)和三元乙丙橡膠(EPDM)為基材，且EPDM以其低密度、耐高溫、耐老化、可填充性高等優點近年來得到越來越廣泛的應用，但EPDM存在強度低、熱撕裂性能差、自粘性和互粘性差，需加入增粘劑提高其粘接性能，且價格較貴。而NBR具有強度高、粘接性能優異、熱撕裂性能優異和價格便宜等優勢，因此NBR絕熱材料在固體火箭發動機中仍廣泛應用。在NBR絕熱層研制之初，由于受原材料制造和技術水平的限制，形成了以石棉纖維為耐燒蝕填料的丁腈絕熱層技術平臺，后續的丁腈絕熱層材料均以該平臺為基礎，通過調整石棉含量以滿足丁腈絕熱層耐燒蝕性能、力學性能及工藝性能要求。但加入石棉后存在著密度大，且加工復雜，難于均勻分散等問題，同時石棉有致癌性質，工作環境較為惡劣的缺點。且NBR絕熱層密度較大、氧乙炔燒蝕率較高和煙霧特征信號較高等缺點，其密度普遍大于1.25g/cm3，嚴重增加固體火箭發動機的消極質量，且氧乙炔線燒蝕率普遍大于0.15mm/s，難以滿足固體火箭發動機的耐燒蝕性能，且普遍采用含鹵阻燃劑提高其阻燃性能，嚴重降低固體火箭發動機的低特征型號。因此需要開發一種無鹵無石棉環保型低密度耐燒蝕的新型NBR絕熱層，才能更加有效利用NBR絕熱層粘接性能優異、價格便宜等優勢，進一步滿足目前固體火箭發動機對內絕熱層的指標要求，擴大和延伸NBR絕熱層的應用范圍。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層及其制備方法。為解決上述技術問題，本專利技術提供以下技術方案：一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其組分構成以及質量份數為：丁腈橡膠100份、二氧化硅20-40份、金屬氧化物6-15份、納米碳填料5-20份、聚苯硫醚樹脂10-20份、耐熱纖維10-30份、硬脂酸1-2份、硫磺2-3份、促進劑1-3份。優選地，所述的丁腈橡膠中的丙烯腈含量為36％～42％。優選地，所述的二氧化硅為市售通用二氧化硅微粉，包括但不限定沉淀法及氣相法制備二氧化硅。優選地，所述的金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅的混合體系，其中氧化鋅質量比例大于50％。優選地，所述的耐熱纖維為PBO纖維、芳綸纖維中的一種或它們的混合體系。優選地，所述的納米碳填料為炭黑、碳納米纖維、石墨烯和碳納米管中的一種或它們的混合體系。優選地，所述的促進劑為2-硫醇基苯并噻唑、二硫化四甲基秋蘭姆的混合體系。一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層制備方法，其具體步驟為：第一步，在25℃工況下，向雙輥開煉機中按比例依次加入丁腈橡膠、二氧化硅、金屬氧化物、納米碳填料、聚苯硫醚樹脂、耐熱纖維、硬脂酸、開煉至均勻混合；第二步，再向第一步中的雙輥開煉機中按比例加入硫磺、促進劑，進行混煉，最后薄通均勻出片；第三步，再將第二步中獲得產物，通過在平板硫化機160℃下硫化40分鐘成型。本專利技術與現有填充石棉纖維或芳綸纖維丁腈絕熱層相比具有的有益效果是：1、本專利技術新型絕熱層消除石棉纖維對操作者的致癌性；2、本專利技術顯著提高絕熱層的耐燒蝕性能；3、本專利技術新型絕熱層密度較低，且不含有鹵素，有效提高絕熱層的煙霧低特征性能；4、本專利技術新型絕熱層燒蝕后炭層強度較高，且結構致密。本專利技術公開了一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層及其制備方法，通過雙輥開煉和熱壓硫化成型技術制成，采用的原材料不含鹵素且無石棉纖維，同時由于采用了納米碳填料作為阻燃劑，聚苯硫醚樹脂、二氧化硅等作為穩炭劑，并配合金屬氧化物、耐熱纖維等其它助劑體系，使其顯著改善絕熱材料的耐燒蝕性能，且原材料密度較低、種類較少，顯著降低了NBR絕熱層的密度。本專利技術綜合性能優異，該材料適用于要求耐高溫燒蝕的熱防護領域，特別適用于瞬時高溫的燒蝕熱防護
具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。實施例中不做特別說明的均為質量份。實施例1:在25℃雙輥開煉機中依次加入丁腈橡膠100份、氣相法Si0230份、氧化鋅6份、氧化鎂4份、硬脂酸1份、PPS樹脂15份、芳綸纖維15份、炭黑7份開煉至均勻混合，最后加入硫磺2份、2-硫醇基苯并噻唑0.5份、二硫化四甲基秋蘭姆1.5份，混煉，薄通均勻，出片。于平板硫化機160℃下硫化40分鐘成型，得到本專利技術涉及的耐燒蝕橡膠型絕熱層。實施例2:在25℃雙輥開煉機中依次加入丁腈橡膠100份、沉淀法Si0230份、氧化鋅5份、氧化鎂6份、硬脂酸1.5份、PPS纖維17份、芳綸纖維5份、碳納米管10份開煉至均勻混合，最后加入硫磺2.5份、2-硫醇基苯并噻唑1份、二硫化四甲基秋蘭姆1.5份，混煉，薄通均勻，出片。于平板硫化機160℃下硫化40分鐘成型，得到本專利技術涉及的耐燒蝕橡膠型絕熱層。實施例3:在25℃雙輥開煉機中依次加入丁腈橡膠100份、氣相法Si0240份、氧化鋅4份、氧化鎂7份、硬脂酸1.5份、PPS纖維10份、芳綸纖維15份開煉至均勻混合，最后加入碳纖維10份、硫磺2份、2-硫醇基苯并噻唑0.5份、二硫化四甲基秋蘭姆2份，混煉，薄通均勻，出片。于平板硫化機160℃下硫化40分鐘成型，得到本專利技術涉及的耐燒蝕橡膠型絕熱層。對比實例1：在25℃雙輥開煉機中依次加入丁腈橡膠100份、氣相法Si0213份、氧化鋅5份、硬脂酸2份、石棉35份、萜烯樹脂5份開煉至均勻混合，最后加入硫磺1.5份、2-硫醇基苯并噻唑0.5份、二硫化四甲基秋蘭姆2份，混煉，薄通均勻，出片。于平板硫化機160℃下硫化40分鐘成型，得到對比實例絕熱層。對比實例2：在25℃雙輥開煉機中依次加入丁腈橡膠100份、芳綸纖維8份、氣相法Si0225份、氧化鋅5份、硬脂酸2份、酚醛樹脂10份、十溴聯苯醚20份、三氧化二銻13份開煉至均勻混合，最后加入硫磺2份、2-硫醇基苯并噻唑1份、二硫化四甲基秋蘭姆2份，混煉，薄通均勻，出片。于平板硫化機160℃下硫化40分鐘成型，得到對比實例絕熱層。表1實施例和對比實例性能數據以上所述僅為本專利技術的較佳實施例而已，并不用以限制本專利技術，凡在本專利技術的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其特征在于：其組分構成以及質量份數為：丁腈橡膠100份、二氧化硅20?40份、金屬氧化物6?15份、納米碳填料5?20份、聚苯硫醚樹脂10?20份、耐熱纖維10?30份、硬脂酸1?2份、硫磺2?3份、促進劑1?3份。

【技術特征摘要】
1.一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其特征在于：其組分構成以及質量份數為：丁腈橡膠100份、二氧化硅20-40份、金屬氧化物6-15份、納米碳填料5-20份、聚苯硫醚樹脂10-20份、耐熱纖維10-30份、硬脂酸1-2份、硫磺2-3份、促進劑1-3份。2.根據權利要求1所述的一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其特征在于：所述的丁腈橡膠中的丙烯腈含量為36％～42％。3.根據權利要求1所述的一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其特征在于：所述的二氧化硅為市售通用二氧化硅微粉，包括但不限定沉淀法及氣相法制備二氧化硅。4.根據權利要求1所述的一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其特征在于：所述的金屬氧化物為氧化鎂、氧化鋅的混合體系，其中氧化鋅質量比例大于50％。5.根據權利要求1所述的一種環保型低密度耐燒蝕的絕熱層，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王明超，陳德宏，凌玲，何永祝，何碧煙，
申請(專利權)人：湖北航天化學技術研究所，
類型：發明
國別省市：湖北;42