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合材料是一種新型的耐高溫抗燒蝕熱防護材料。這種材料與傳統(tǒng)的燒蝕材料不同，在高溫熱氧環(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，在聚合物材料表面生成一層耐高溫的陶瓷層，同時聚合物基體還能保持一定的強度，結構和尺寸基本穩(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，對內(nèi)部材料起到隔熱保護作用。加強對可陶瓷化聚合物基復合材料的研究，對于推動耐高溫燒蝕材料的發(fā)展，提高熱防護水平有重要作用。
　　

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 EPDM基礎配方中的補強劑（白炭黑）、增塑劑（石蠟油）以及硫化劑過氧化二異丙苯（DCP）用量對橡膠基體力學性能和硫化性能的影響進行了研究。通過萬能試驗機以及無轉(zhuǎn)子硫化儀對不同組份的EPDM進行抗張強度、斷裂伸長率和硫化曲線進行測試，研究發(fā)現(xiàn)當白炭黑的用量為3

3、0份，石蠟油的用量為5份，DCP的用量為4份時，EPDM橡膠基體既具有較高的拉伸強度、較大的斷裂伸長率，同時還具有較好的硫化性能。加入陶瓷化填料云母粉和TiB2后，EPDM的力學性能隨著填料添加量的加大而增加，當用量為60wt％時，EPDM的力學性能降低，同時通過質(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TiB2-云母粉/EPDM復合材料在不同溫度（600℃、800℃、1000℃、1200℃）段下燒蝕后的產(chǎn)物進行表征分析。研究發(fā)現(xiàn)高溫下，EPDM的分解主要是碳鏈的裂解，同時有在高溫熱氧環(huán)境下，陶瓷填料可以和聚合物基體反應生成陶瓷層結構，TiB2-云母粉/EP

5、DM復合材料在高溫燒蝕后形成了以無定型碳為基體骨架結構，難熔SiO2、Al2O3和TiO2粒子為增強相，熔融的K2O、Na2O、B2O3為玻璃相的陶瓷基復合材料。
　　加入低熔點玻璃粉作為液相補償劑，可以降 TiB2-云母粉/EPDM復合材料發(fā)生可陶瓷化反應的溫度，提高橡膠基體的力學性能。文中采用了三種玻璃料，A、B、C。通過對低熔點玻璃料-TiB2-云母粉/EPDM復合材料拉伸強度、斷裂伸長率以及硫化曲線的測定，發(fā)現(xiàn)玻璃料的添加