碳系填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動機(jī)中的內(nèi)絕熱層設(shè)計是保證火箭發(fā)動機(jī)正常工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著高能推進(jìn)劑的廣泛采用，以及先進(jìn)的裝藥設(shè)計和大型裝藥澆鑄工藝的出現(xiàn)，對絕熱層防護(hù)材料及其結(jié)構(gòu)提出了新的應(yīng)用環(huán)境及要求，包括質(zhì)輕、長時間絕熱、高效絕熱、高可靠性等。作為一種軟基熱防護(hù)材料，硅橡膠基耐燒蝕絕熱材料具有較低的密度和熱導(dǎo)率、優(yōu)良的吸熱能力、耐燒蝕性能和熱穩(wěn)定性等特點。該類型材料既能適用于長時間飛行、又能耐長時間燒蝕和高氣流剪切，且具有較好的隔熱性能。但硅橡膠

2、基耐燒蝕絕熱材料在高溫下具有成碳率低，耐沖刷性差，不利于極高溫度下防護(hù)的缺點，另外在高溫環(huán)境下，材料會發(fā)生復(fù)雜的物理—化學(xué)變化和燒蝕相變，自主研發(fā)、制備新型硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料，預(yù)報材料耐燒蝕性能具有十分重要的意義。
　　首先，以甲基乙烯基硅橡膠（VMQ）和甲基乙烯基苯基硅橡膠（PVMQ）為基體，白炭黑和碳黑作為補(bǔ)強(qiáng)填料，制備碳系填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料（C-SR）的基礎(chǔ)配方（C-SR-BF）。研究填料對基礎(chǔ)配方中材料性能

3、的影響。實驗結(jié)果表明：PVMQ比 VMQ有更優(yōu)異的耐熱性；碳黑對硅橡膠有補(bǔ)強(qiáng)作用，但填充碳黑的試樣燒蝕后質(zhì)量損失顯著。硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料基礎(chǔ)配方為PVMQ和VMQ各50份，白炭黑30份。
　　其次，以納米石墨、碳黑為碳系填料，制備了碳系粉體填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料（CP-SR），考查了納米石墨、碳黑含量對CP-SR的影響。實驗結(jié)果表明，填充10份納米石墨的試樣，其抗拉強(qiáng)度為4.96 MPa，斷裂伸長率為1152％，達(dá)到最

4、佳的拉伸性能；填充納米石墨可提高材料的耐燒蝕性能，特別是可降低線燒蝕率；納米石墨/碳黑復(fù)配對試樣的拉伸性能既能增強(qiáng)又能增韌，復(fù)配比為2/5時，抗拉強(qiáng)度達(dá)到5.61 MPa，斷裂伸長率達(dá)2819.5%，此時的試樣可抵抗高溫高速氣流的沖刷。
　　最后，探索了不同含量的碳系纖維—碳納米管（CNTs）和碳纖維（Cf）對碳系纖維填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料（CF-SR）試樣拉伸性能、耐燒蝕性能和絕熱性能的影響以及表面復(fù)合碳纖維布對CF-SR

5、試樣耐燒蝕絕熱性能的影響。實驗結(jié)果表明，填充0.5份和10份的碳納米管試樣，其抗拉強(qiáng)度分別為4.86 MPa和4.66MPa，少量的碳納米管即可大大提高材料的拉伸性能；碳納米管為1、2、3份時，CNTs-SR試樣的線燒蝕率均在0.1 mm/s左右波動，具有優(yōu)異的耐燒蝕性能。碳纖維填充量為10份時，Cf-SR試樣抗拉強(qiáng)度為4.3 MPa；碳纖維填充量為20份時，試樣的質(zhì)量燒蝕率為0.0091 g/s，線燒蝕率為0.031 mm/s，碳纖維