[发明专利]一种纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及烧蚀热防护材料技术，特别涉及以橡胶为基体的烧蚀热防护材料技术。

背景技术

耐烧蚀材料是指在热流作用下，材料本身发生分解、熔化、蒸发、升华等多种吸热的物理化学变化，借材料自身质量消耗带走大量热量或形成致密防护层，从而阻止热传导到材料的内部结构中造成损害的材料，柔性烧蚀材料是以橡胶类弹性体为基体添加耐烧蚀填料制得。

柔性烧蚀材料的使用条件通常为超高温（可达3000℃~4000℃）燃气冲刷，同时燃气中可能含有不完全燃烧的颗粒，因而材料需具备一定的强度和伸长率。

近年来，国内外对柔性烧蚀材料开展了广泛的研究，并且取得了很多成果。查阅国内外相关资料发现，关于柔性烧蚀材料的研究，复合体系的基体主要是丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶或者它们的共混体系。张崇耿等于2008年在《固体火箭技术》第31卷第6期上发表名为“芳纶纤维和丁腈橡胶体系绝热层新配方的研制”的文章，文中采用含卤-锑的阻燃剂和芳纶纤维制备丁腈橡胶绝热层材料，材料的线烧蚀率可达0.051mm/s，力学性能优良。Gao Guoxin等于2010年在《Polymer Bulletin》第64卷上发表名为“An excellent ablative composite based in PBO reinforced EPDM”的文章，将PBO作为热绝缘材料用于增强EPDM，制备的EPDM复合材料的线烧蚀率可达0.10mm/s，力学性能有所下降。

由于三元乙丙橡胶是非极性橡胶，与金属的粘结性能差，使用时容易发生脱落；硅橡胶的强度低，容易发生破坏；丁腈橡胶的耐老化性差，贮存寿命短，增加装备的维修和维护成本。氢化丁腈橡胶(HNBR)是丁腈橡胶加氢后的产物，保持丁腈橡胶较好的粘结性和力学性能的同时，大大提高了其耐高温性和耐老化性能，极大延长了材料的贮存寿命，是耐烧蚀材料的理想基体材料。

目前，添加聚对苯二甲酰对苯二胺(芳纶)短纤维或浆粕或者聚对亚苯基苯并双恶唑(PBO)短纤维的氢化丁腈耐烧蚀橡胶未见报道。

橡胶基体本身无法满足超高温超高压短时间工作条件，必须借助各种耐烧蚀纤维等填料以提供材料的耐烧蚀、抗冲刷性能。新型高效耐烧蚀填料的使用使橡胶基体降解缓慢，但同时会明显降低材料的力学性能，使材料的扯断伸长率显著降低。通过对有机纤维、纳米无机填料、阻燃剂等研究，提高氢化丁腈橡胶材料耐烧蚀性能及综合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐烧蚀性优异，并且具备弹性体材料必备的力学强度、伸长率的氢化丁腈橡胶体系。

本发明的目的是这样实现的，采用有机纳米蒙脱土在高温短时作用下生成无机炭层，提供预期的强度和硬度及耐高温气流冲刷性能；采用耐高温性好的PBO纤维和芳纶纤维，超高温短时冲刷下橡胶基体及某些填料发生炭化，未分解的纤维结构起到铆固炭层的作用，提高材料抵抗烧蚀冲刷的能力；通过填料组分优化设计，使材料具有优异的耐烧蚀性能和较好的力学性能。

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计：

HNBR                                 100份

炉法炭黑                             10~30份

阻燃剂                                0~30份

耐热纤维                              2~20份

纳米蒙脱土                            5~30份

纳米碳化硅                            0~20份

炉法炭黑为高耐磨炉黑或快压出炉黑中的一种或他们的混合体系；耐热纤维为PBO纤维、芳纶纤维中的一种或他们的混合体系；阻燃剂为磷酸硼或三聚氰胺中的一种或者二者的混合体系。

本发明涉及的纤维填充氢化丁腈耐烧蚀橡胶，至少含有下列组分，以质量份计：

HNBR                                   100份

炉法炭黑                               10~30份

阻燃剂                                 10~30份

耐热纤维                                4~10份