[发明专利]一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层及其制备方法

说明书

本发明提出一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层及其制备方法，通过有机纤维/无机纤维复配，结合耐高温树脂、补强剂和硅烷偶联剂等组分配比的调控，制备的复合结构绝热层的耐烧蚀性能、拉伸强度和断裂伸长率相比于现有技术显著提高；通过原位发泡技术获得多孔橡胶隔热材料，与现有通过添加空心微球的技术相比，材料导热系数降低更为显著；采用模压工艺实现层状复合结构绝热层成型，在诱导发泡的同时完成耐烧蚀层和隔热层固化交联，获得界面粘接强度可靠的层状复合结构绝热层。本发明的绝热层兼备耐烧蚀和隔热功能，材料制造工艺方法容易实施且稳定可靠，适用于对耐烧蚀和隔热性能同时具有较高要求的固体火箭发动机热防护技术领域。

技术领域

本发明属于高分子复合材料制备技术领域，具体涉及一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层及其制备方法。

背景技术

新一代远程、高速冲压发动机是武器装备实现快速、远程打击的迫切要求。随着发动机飞行马赫数和射程的增加，燃烧室的工作环境异常恶劣，因此对高性能热防护材料提出了迫切需求。发动机燃烧室热防护材料通常采用橡胶基复合材料。目前，采用单一均质的硅橡胶绝热层已经满足补燃室耐烧蚀和抗粒子冲刷要求，然而，由于材料隔热性能不理想，导致发动机壳体温度过高，显著影响壳体表面电子元器件的正常工作。温升过高甚至严重危及到发动机结构的完整性。为了改善隔热性能，通常需要增加绝热层厚度。然而，高速冲压发动机狭小的隔热空间要求橡胶绝热层必须在有限的厚度内将壳体温度降至安全范围。另外，材料厚度的增加会导致发动机消极重量增加，装药受限，严重影响武器装备的能量和射程。由此可见，单一结构绝热层已经无法满足冲压发动机的热防护需求，迫切需要发展多功能一体化热防护材料。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层及其制备方法，以解决如何提高层状材料界面粘接可靠性，满足复杂工况下发动机的热防护需求的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种耐烧蚀、低导热复合结构绝热层制备方法，该复合结构绝热层制备方法包括如下步骤：

S1、耐烧蚀层生胶片制备：将三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯在开炼机上混合均匀，出现堆积胶；调整辊距至0.2mm，加入有机纤维，薄通3次；调整辊距至2mm，依次加入氧化锌、硬脂酸、硼酚醛树脂，切胶翻转混合2min；保持辊距不变，依次加入二氧化硅、硅烷偶联剂和增塑剂，混炼3min；加入无机纤维，切胶翻转混炼2min，调整辊距至0.5mm，薄通3次；加入促进剂和硫化剂，混炼2min；调整辊距至2-8mm，出片，冷却放置24h；其中，各组分按照重量份包括：三元乙丙橡胶80-95份，氯磺化聚乙烯5-20份，有机纤维1-5份，无机纤维1-10份，硼酚醛树脂5-20份，二氧化硅5-20份，促进剂1-3份，硫化剂1-2份，硬脂酸1-3份，氧化锌3-5份，增塑剂1-5份，硅烷偶联剂1-5份；

S2、隔热层生胶片制备：将三元乙丙橡胶和氯磺化聚乙烯在开炼机上混合均匀，出现堆积胶；依次加入氧化锌、硬脂酸、硼酚醛树脂，切胶翻转混合2min；加入促进剂，切胶翻转混炼均匀；加入发泡剂，混炼均匀；加入硫化剂，将胶料混炼均匀，调整辊距至0.5mm，薄通5次下料；调整辊距至2-8mm，出片，冷却放置24h；其中，各组分按照重量份包括：三元乙丙橡胶80-95份，氯磺化聚乙烯5-20份，硼酚醛树脂5-20份，氧化锌3-5份，硬脂酸1-3份，促进剂1-3份，硫化剂1-2份、发泡剂1-10份；

S3、耐烧蚀、隔热一体化模压复合成型：将耐烧蚀层生胶片与隔热层生胶片剪裁后分别铺贴在厚度可调的模具中；将耐烧蚀层生胶片与隔热层生胶片表面贴合，通过平板硫化机加压，对耐烧蚀层生胶片和隔热层生胶片进行固化处理，然后保压自然降至室温。

进一步地，有机纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚丙烯腈纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维中的一种或复合物。

进一步地，无机纤维为高硅氧纤维、碳纤维、莫来石纤维中的一种或复合物。