芳綸-三元乙丙絕熱技術(shù)研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程中，燃燒室內(nèi)部的溫度高達(dá)2000℃以上，內(nèi)絕熱材料需要承受高溫高壓氣流的高速?zèng)_刷。為提高內(nèi)絕熱材料的抗沖刷性能，降低燒蝕率，目前普遍的做法是在內(nèi)絕熱材料中加入一定量的纖維材料。80年代以來(lái)國(guó)內(nèi)絕熱層中普遍使用石棉纖維給環(huán)境和I操作人員帶來(lái)了污染和傷害，尋找低密度、高殘?zhí)柯?、耐燒蝕短纖維將成為石棉纖維的最佳替代品，成為非石棉短纖維增強(qiáng)絕熱層材料研究的發(fā)展方向。研制新的非石棉短纖維增強(qiáng)的絕熱層。已經(jīng)成為高性能絕熱層材

2、料追求的目標(biāo)。芳綸短纖維因其良好的綜合性能已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外的研究者所接受，并報(bào)道了一系列專(zhuān)利。但是芳綸短纖維價(jià)格昂貴，增加了材料的成本，同時(shí)，芳綸纖維的密度仍然較高，發(fā)動(dòng)機(jī)的消極質(zhì)量較高，而且芳綸纖維的高溫殘?zhí)柯瘦^低，不利于絕熱層材料的成炭。本文針對(duì)這些問(wèn)題，從降低絕熱層材料相對(duì)密度和纖維的成炭機(jī)理考慮，首次將密度更低、價(jià)格低廉的炭纖維原絲----聚丙烯腈纖維(即腈綸纖維)添加到EPDM/NBR共混膠料中制成絕熱層材料，向100份橡膠中分別

3、添加不同長(zhǎng)度和不同用量的腈綸短、芳綸短纖維和腈綸與芳綸混雜短纖維，通過(guò)對(duì)三種短纖維增強(qiáng)體系各性能的深入對(duì)比研究，取得了以下主要結(jié)果： 1. 分別比較了腈綸短纖維和芳綸短纖維的長(zhǎng)度及用量對(duì)絕熱層拉伸強(qiáng)度、斷裂仲長(zhǎng)率、燒蝕速率和相對(duì)密度的影響，發(fā)現(xiàn)短纖維的長(zhǎng)度采用5mm、用量采用6份，絕熱層材料可以獲得較高的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率、較低的燒蝕速率和相對(duì)密度；同時(shí)發(fā)現(xiàn)采用腈綸短纖維對(duì)絕熱層材料進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，材料的斷裂伸長(zhǎng)率要比采用芳綸短纖維補(bǔ)強(qiáng)

4、體系高，燒蝕速率和相對(duì)密度要比芳綸短纖維補(bǔ)強(qiáng)體系低，對(duì)降低火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的消極質(zhì)量非常有利。 2. 由于腈綸短纖維在煉膠機(jī)混煉過(guò)程中短纖維的長(zhǎng)度保持率不及芳綸短纖維，造成腈綸短纖維增強(qiáng)體系在拉伸強(qiáng)度方面低于芳綸短纖維增強(qiáng)體系，而將腈綸纖維與芳綸纖維按照質(zhì)量比為1:1的比例添加到絕熱層材料中，即可獲得接近于芳綸增強(qiáng)體系的較高拉伸強(qiáng)度和接近于腈綸增強(qiáng)體系的大伸長(zhǎng)率、低燒蝕速率和低相對(duì)密度等性能。 3.根據(jù)短纖維在絕熱層材料中的取

5、向于燒蝕平面的關(guān)系，提出了立式制樣工藝和平行制樣工藝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在立式制樣工藝下，短纖維都是垂直于燒蝕平面，能夠?qū)μ炕瘜宇w粒起到很好的鉚釘、固結(jié)作用，即束縛了炭化層的膨脹，也提高了材料的抗燒蝕性能，使得試樣的燒蝕速率均低于短纖維的取向平行于燒蝕平面的試樣，即低于平行制樣工藝的試樣。 4．分別研究了白炭黑和硼酚醛樹(shù)脂各自的用量對(duì)絕熱層材料的力學(xué)性能、燒蝕性能和相對(duì)密度等的影響，發(fā)現(xiàn)白炭黑和硼酚醛樹(shù)脂各自的最佳用量均為20份；同時(shí)還

6、發(fā)現(xiàn)，硼酚醛樹(shù)脂由于具有柔性更大的-O-B-鍵和較多的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，不僅可以全面提高絕熱層材料力學(xué)性能、斷裂伸長(zhǎng)率，而且材料的炭化層比較致密，能夠抵抗高速燃?xì)饬鞯臎_刷作用，降低了絕熱層材料的燒蝕速率。 5．經(jīng)過(guò)優(yōu)化過(guò)的實(shí)驗(yàn)配方，絕熱層材料MD方向上的拉伸強(qiáng)度為5．804MPa，斷裂伸長(zhǎng)率為360﹪，線燒蝕速率為0．0364mm/s，質(zhì)量燒蝕速率為0．03376g/s，密度為1.0745g/cm<'3>，與金屬殼體的界面粘結(jié)強(qiáng)度達(dá)到了