含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物及其制备方法

摘要

本发明涉及含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物及其制备方法，属于隔热耐烧蚀技术领域。以三元乙丙橡胶作为基体，还包括塑化助剂、耐烧蚀纤维、活化剂、阻燃剂、耐烧蚀填料、促进剂、硫化剂和硅烷偶联剂，在双辊开炼机上将三元乙丙橡胶依次与上述物质塑炼混合均匀，然后按模具形状预制成坯材，室温下放置16～24小时后进行硫化得到含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物；硫化温度为160～170℃，时间为45～60分钟，压力为10～15MPa。本发明通过加入聚磷酸胺和梯形聚苯基硅倍半氧烷以及两者含量的优化，使得到的材料达到低烧蚀的效果且其力学性能良好。

说明书

技术领域

本发明涉及含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物及其制备方法，属于隔热耐烧蚀技术领域。

背景技术

绝热材料的主要作用是对壳体起隔热作用，用以防止壳体达到危及其结构完整性的温度。

三元乙丙橡胶(EPDM)的密度在所有橡胶中的最低，并且通过合适助剂的配合可以达到理想的力学性能与烧蚀性能，因此，三元乙丙橡胶耐烧蚀自70年代来得到很大发展。但是，随着技术的发展和绝热材料应用的拓展，对保护壳体的内绝热层提出了更高的要求，抗冲刷，耐烧蚀，耐高压等性能是对烧蚀材料的需求方向。

橡胶通过硫化剂可以形成交联网络，提供材料应用所需的力学强度和延伸率。由于橡胶基体材料本身无法满足固体火箭发动机燃烧室内高温、高压、高速气流冲刷的环境要求，因此必须加入各种耐烧蚀填料以提高其抗冲刷、耐烧蚀性能。新型、高效的阻燃剂的开发及复配，使得基体材料的降解更加缓慢；新型的耐烧蚀填料的引入，大大提高材料的耐高温、抗冲刷能力。

本发明中梯形聚苯基硅倍半氧烷的结构及制备方法见专利《一种高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的制备方法》，其专利号为201010190169.X。

发明内容

本发明目的是为了提供一种能保持较好力学性能的情况下，其耐烧蚀性能优良的绝热材料，提出一种含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物及其制备方法。

本发明的含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物，以三元乙丙橡胶作为基体，并以三元乙丙橡胶为100份计，其他组分的含量为：

塑化助剂                                        5份

耐烧蚀纤维                                      5～10份

活化剂                                          6～10份

阻燃剂                                          20～90份

耐烧蚀填料                                      40～60份

促进剂                                          1.5～6份

硫化剂                                          4～6份

硅烷偶联剂                                      4份

其中，塑化助剂为石蜡油；耐烧蚀纤维为聚对苯二甲酰胺对苯二胺(PPTA)短纤或浆粕；活化剂包括氧化锌，活化剂中也可以加入硬脂酸；阻燃剂包括聚磷酸胺(APP)和梯形聚苯基硅倍半氧烷，在阻燃剂中还可以加入磷酸三苯酯(TPP)、聚磷酸三聚氰胺(MPP)、间亚苯基四苯基双磷酸酯(RDP)、硼酸锌中的一种或几种；耐烧蚀填料包括二氧化硅或硼酚醛树脂，耐烧蚀填料中还可以加入海泡石、陶瓷微珠、玻璃微珠中的一种或几种；促进剂为N-环己基-2.苯并噻唑次磺酰胺(CZ)、二苯胍(D)或其混合物；硫化剂为硫磺、过氧化二异丙苯或其混合物；硅烷偶联剂为双-(3-三乙氧基硅烷丙基)-四硫化物、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或其混合物。

本发明的含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物的制备方法，其具体制备步骤为：

1)在双辊开炼机上将三元乙丙橡胶与塑化助剂塑炼混合均匀；

2)在1)中的三元乙丙橡胶中加入耐烧蚀纤维，然后塑炼混合均匀；

3)在2)中的三元乙丙橡胶中加入活化剂，然后塑炼混合均匀；

4)在3)中的三元乙丙橡胶中加入阻燃剂，然后塑炼混合均匀；

5)在4)中的三元乙丙橡胶中加入耐烧蚀填料，然后塑炼混合均匀；

6)在5)中的三元乙丙橡胶中加入促进剂，然后塑炼混合均匀；

7)在6)中的三元乙丙橡胶中加入硫化剂和硅烷偶联剂，然后塑炼混合均匀；

8)将7)中塑炼混合均匀的混合物按模具形状预制成坯材；

9)将8)中的坯材在室温下放置16～24小时后进行硫化得到含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物；硫化温度为160～170℃，时间为45～60分钟，压力为10～15MPa。

有益效果

本发明通过加入聚磷酸胺和梯形聚苯基硅倍半氧烷以及两者含量的优化，使得到的材料达到低烧蚀的效果且其力学性能良好。

具体实施方式

实施例

以三元乙丙橡胶作为材料基体，并以三元乙丙橡胶为100份计，其他组分的含量为：

石蜡油                                    5份

PPTA浆粕                                  6份

氧化锌                                    5份

硬脂酸                                    1份

聚磷酸胺(APP)                             30份

梯形聚苯基硅倍半氧烷                      10份

硼酸锌(ZB)                                4份

二氧化硅                                  20份

硼酚醛树脂                                20份

N-环己基-2.苯并噻唑次磺酰胺(CZ)           2份

二苯胍(D)                                 0.5份

硫磺                                      0.8份

过氧化二异丙苯                            4份

γ-氨丙基三乙氧基硅烷                     4份

1)在双辊开炼机上将三元乙丙橡胶与石蜡油塑炼混合均匀；

2)在1)中的三元乙丙橡胶中加入PPTA浆粕，然后塑炼混合均匀；

3)在2)中的三元乙丙橡胶中加入氧化锌和硬脂酸，然后塑炼混合均匀：

4)在3)中的三元乙丙橡胶中加入聚磷酸胺(APP)、梯形聚苯基硅倍半氧烷和硼酸锌，然后塑炼混合均匀；

5)在4)中的三元乙丙橡胶中加入二氧化硅和硼酚醛树脂，然后塑炼混合均匀；

6)在5)中的三元乙丙橡胶中加入N-环己基-2.苯并噻唑次磺酰胺(CZ)和二苯胍(D)，然后塑炼混合均匀；

7)在6)中的三元乙丙橡胶中加入硫磺、过氧化二异丙苯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，然后塑炼混合均匀；

8)将7)中塑炼混合均匀的混合物按模具形状预制成方形坯材；

9)将8)中的坯材在室温下放置17小时后进行硫化得到三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物；硫化温度为170℃，时间为60分钟，压力为15MPa。

将上述方法得到的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物进行力学性能和烧蚀实验测试。

力学性能测试条件为：采用上海德杰DXLL-5000型电子拉力试验机进行测试。按GB/T528-92测定，哑铃状试样，拉伸速度500mm/min，温度20℃。

烧蚀实验测试条件为：采用氧-乙炔烧蚀试验装置，按GJB323A-96进行，烧蚀距离为10mm，烧蚀时间20s，喷嘴直径2mm，氧气0.42m³/s、乙炔0.31m³/s。

测试得到的含有高规整梯形聚苯基硅倍半氧烷的三元乙丙橡胶耐烧蚀复合物的拉伸强度为9.38MPa，断裂伸长率为375％，炭化率为0.127mm/s。

对比例

同实施例1，其中不同的是没有加入梯形聚苯基硅倍半氧烷，最后得到的拉伸强度为10.93MPa，断裂伸长率为332％，三元乙丙橡胶的炭化率为0.173mm/s。