耐高溫抗燒蝕可陶瓷化三元乙丙橡膠的制備與性能研究.pdf

1、可陶瓷化聚合物基復(fù)合材料是一種新型的耐高溫抗燒蝕熱防護(hù)材料。這種材料與傳統(tǒng)的燒蝕材料不同，在高溫?zé)嵫醐h(huán)境下，可陶瓷化功能填料可以和聚合物基體發(fā)生陶瓷化反應(yīng)，在聚合物材料表面生成一層耐高溫的陶瓷層，同時(shí)聚合物基體還能保持一定的強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)和尺寸基本穩(wěn)定。這種陶瓷化聚合物能有效的阻止熱量在聚合物材料內(nèi)部的傳遞，對(duì)內(nèi)部材料起到隔熱保護(hù)作用。加強(qiáng)對(duì)可陶瓷化聚合物基復(fù)合材料的研究，對(duì)于推動(dòng)耐高溫?zé)g材料的發(fā)展，提高熱防護(hù)水平有重要作用。
　　

2、本論文采用三元乙丙橡膠（EPDM）為聚合物基體，云母粉和硼化鈦（TiB2）為陶瓷功能填料，低熔點(diǎn)玻璃料為助熔劑，通過直接共混改性制備耐高溫可陶瓷化三元乙丙橡膠。
　　首先，對(duì) EPDM基礎(chǔ)配方中的補(bǔ)強(qiáng)劑（白炭黑）、增塑劑（石蠟油）以及硫化劑過氧化二異丙苯（DCP）用量對(duì)橡膠基體力學(xué)性能和硫化性能的影響進(jìn)行了研究。通過萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)以及無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀對(duì)不同組份的EPDM進(jìn)行抗張強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和硫化曲線進(jìn)行測(cè)試，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)白炭黑的用量為3

3、0份，石蠟油的用量為5份，DCP的用量為4份時(shí)，EPDM橡膠基體既具有較高的拉伸強(qiáng)度、較大的斷裂伸長(zhǎng)率，同時(shí)還具有較好的硫化性能。加入陶瓷化填料云母粉和TiB2后，EPDM的力學(xué)性能隨著填料添加量的加大而增加，當(dāng)用量為60wt％時(shí)，EPDM的力學(xué)性能降低，同時(shí)通過質(zhì)量燒蝕率的分析，發(fā)現(xiàn)云母粉和TiB2的加入可以降低復(fù)合材料的質(zhì)量燒蝕率，提高EPDM的耐燒蝕性能。隨著陶瓷填料用量的增加，橡膠基體的質(zhì)量燒蝕率也是在逐漸降低的。綜合考慮后，陶

4、瓷粉的最佳用量為40wt%。
　　通過熱失重分析（TGA）表征EPDM的熱分解性能，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（SEM）、EDS能譜、X熒光光譜、X射線衍射分析（XRD）、紅外光譜，對(duì)TiB2-云母粉/EPDM復(fù)合材料在不同溫度（600℃、800℃、1000℃、1200℃）段下燒蝕后的產(chǎn)物進(jìn)行表征分析。研究發(fā)現(xiàn)高溫下，EPDM的分解主要是碳鏈的裂解，同時(shí)有在高溫?zé)嵫醐h(huán)境下，陶瓷填料可以和聚合物基體反應(yīng)生成陶瓷層結(jié)構(gòu)，TiB2-云母粉/EP

5、DM復(fù)合材料在高溫?zé)g后形成了以無(wú)定型碳為基體骨架結(jié)構(gòu)，難熔SiO2、Al2O3和TiO2粒子為增強(qiáng)相，熔融的K2O、Na2O、B2O3為玻璃相的陶瓷基復(fù)合材料。
　　加入低熔點(diǎn)玻璃粉作為液相補(bǔ)償劑，可以降 TiB2-云母粉/EPDM復(fù)合材料發(fā)生可陶瓷化反應(yīng)的溫度，提高橡膠基體的力學(xué)性能。文中采用了三種玻璃料，A、B、C。通過對(duì)低熔點(diǎn)玻璃料-TiB2-云母粉/EPDM復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及硫化曲線的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)玻璃料的添加