热硫化硅橡胶基耐烧蚀复合材料的制备与性能研究

摘要

固体火箭发动机隔热层以橡胶基耐烧蚀材料为主，为获得更优异的隔热材料，本文开展了以硅橡胶为基础的耐烧蚀材料研究。通过单因素法对由硅橡胶、白炭黑和碳纤维三者构成的硅橡胶基胶进行了讨论，并从SiC、ZrO2、ZrB2、B4C中选出合适的耐烧蚀填料，最后通过正交实验对ZrO2/硅橡胶复合材料进行了系统的研究，得到了最优配方，并对烧蚀层做了初步分析。
　　研究结果表明：PVMQ的含量增加可以有效的增强基胶的耐烧性能，对力学性能影响小。白炭黑对基胶的力学性能起到重要的补强作用，但对增强耐烧蚀性无效果。碳纤维提高基胶耐烧蚀性能，但会降低基胶的力学性能，6mm碳纤维效果好于3mm碳纤维。
　　所用四种无机填料中ZrO2最适宜作为耐烧蚀填料。ZrO2的含量增加会大大提高基胶的耐烧蚀性能，对力学性能影响小。
　　ZrO2/硅橡胶耐烧蚀复合材料中，PVMQ的含量对其耐烧蚀性影响最为重要，白炭黑对力学性能起主导作用，ZrO2的加入对复合材料起到了积极作用。最优配方为m(PVMQ)/[m(VMQ)+m(PVMQ)]=50％的硅橡胶100份，白炭黑30份，6mm碳纤维12份，ZrO230份。其质量烧蚀率为0.028g/s，线烧蚀率为0.044mm/s，抗拉强度5.28MPa，密度1.29g/cm3。
　　ZrO2/硅橡胶耐烧蚀复合材料烧蚀后可分为表面层、碳化层、热解层、基体层。表面层主要是由SiO2形成的覆盖层。碳化层是由碳、ZrO2、碳纤维、SiO2穿插形成的致密结构。烧蚀过程中产生了微量SiC分布在表面层和碳化层中，烧蚀层中的SiO2有一部分来自硅橡胶的分解。

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第1章 绪论

1.1 前言

1.2 耐烧蚀复合材料的组成及其分类

1.3 树脂基耐烧蚀复合材料

1.4 碳/碳基耐烧蚀复合材料

1.5 橡胶基耐烧蚀复合材料

1.6 本文研究意义与内容

第2章 硅橡胶耐烧蚀复合材料基胶配方的探索实验研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 耐烧蚀填料的筛选实验研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 硅橡胶/ZrO2耐烧蚀复合材料正交试验研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢