一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料的制作方法

本发明属于航空航天飞行器热防护技术领域，具体涉及一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料及其制备方法。

背景技术：

随着国防技术的不断发展，一些飞行器的飞行速度越来越高，所面临的热环境也越来越严苛，耐烧蚀材料在这类飞行器的防热结构中具有十分重要的作用，一些特殊和关键部位的热防护往往还必须满足设计上的功能性要求，部分产品要求橡胶材料在正常情况下处于非膨胀状态，留出一定的活动间隙，保证结构件的功能，在温度达到设定温度时，要迅速膨胀，封住密封间隙，起到密封和热防护的作用。现有硅橡胶耐烧蚀材料可满足耐烧蚀性能要求，但不具备热响应自膨胀功能。部分硅橡胶材料可实现热响应自膨胀功能，但又无法满足1000℃以上热气流的热防护要求，因此，需研制出一种兼顾耐烧蚀以及自膨胀特性的橡胶材料，满足航空航天飞行器高温下的密封及热防护功能。

技术实现要素：

为解决现有存在的技术问题，本发明提供一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料及其制备方法，它兼顾了密封、热防护、自膨胀等功能，满足飞行器的密封和热防护要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料，其组分包括：苯基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、阻燃剂、补强剂、芳纶短切纤维、发泡剂、硫化剂和结构控制剂；

各组分的质量份配比如下：

进一步的，所述发泡剂为可膨胀聚合物微球。

进一步的，所述硫化剂为2，4-二氯过氧化苯甲酰。

进一步的，所述结构控制剂为羟基硅油。

一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：使用双辊开炼机，将辊距调到所需值，在10～50℃辊温下加入基材，所述基材为苯基硅橡胶和乙烯基硅橡胶；

步骤二：双辊开炼机依次加入补强剂、阻燃剂、硫化剂及其结构控制剂，混炼混匀；

步骤三：在双辊开炼机加入芳纶短切纤维，混炼均匀下片；

步骤四：将胶料使用三辊研磨机研磨10～15遍，使芳纶短切纤维在胶料中分散均匀；

步骤五：将研磨后的胶料在双辊开炼机上加入发泡剂混炼均匀下片；

步骤六：下片停放24小时后，用平板硫化机硫化制样测试性能。

本发明的有益效果是：

1.本发明材料同时兼顾耐烧蚀和自膨胀功能；

2.本发明材料产品在完全膨胀后仍具有较好的防火性能，在（1000～1100）℃火焰下，燃烧15min不烧穿，试样碳化层致密完整，仍保持密封性能；

3.本发明材料可精确控制起始反应温度及膨胀倍率，并且可根据需要调节；

4.本发明材料具有良好的耐高低温性能。

附图说明

图1是本发明热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶（厚度方向膨胀倍率为50%时）的对火面烧蚀图；

图2是本发明材料制样及产品成型工艺中使用的模具结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明：

一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料，其组分包括：苯基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、阻燃剂、补强剂、芳纶短切纤维、发泡剂、硫化剂和结构控制剂；各组分的质量份配比如下：

本发明采用苯基硅橡胶及乙烯基硅橡胶为主体基材材料，使材料具有较好的耐高低温性能以及耐老化性能。选取铂金阻燃剂、十溴二苯己烷、磷酸三氯乙酯并用的阻燃体系提高材料的阻燃能力，选用芳纶短切纤维增强并提高材料的耐烧蚀结碳能力，选取可膨胀聚合物微球作为发泡体系，实现精准调节发泡温度以及发泡倍率，制备出具有热响应自膨胀功能，并且防火隔热性能优异的耐烧蚀硅橡胶材料。

一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：使用双辊开炼机，将辊距调到所需值，在10～50℃辊温下加入基材，所述基材为苯基硅橡胶和乙烯基硅橡胶；

步骤二：双辊开炼机依次加入补强剂、阻燃剂、硫化剂及其结构控制剂，混炼混匀；

步骤三：在双辊开炼机加入芳纶短切纤维，混炼均匀下片；

步骤四：将胶料使用三辊研磨机研磨10～15遍，使芳纶短切纤维在胶料中分散均匀；

步骤五：将研磨后的胶料在双辊开炼机上加入发泡剂混炼均匀下片；

步骤六：下片停放24小时后，用平板硫化机硫化制样测试性能。

通过上述配方和制备方法制备的橡胶材料满足下表中的性能指标要求：

参见图2，图2是本发明热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶（厚度方向膨胀倍率为50%时）的对火面烧蚀图，1000℃～1100℃火焰下烧蚀时间15min，图中可以看出，试样碳化层致密完整，仍保持密封性能。

下面介绍本发明热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料制样工艺及产品成型工艺：

步骤一：半成品准备

将胶料在双辊开炼机上压成所需厚度的胶片，然后按照型腔尺寸裁剪半成品，待用；

步骤二：硫化

a.将模具预热至100℃～115℃，在型腔上均匀刷涂一层脱模剂，将模具冷却至60℃～80℃，待用；

b.将准备好的半成品装入模具中，模具具体结构如图2所示，该模具由上模1、下模2、螺丝3、定位销4构成，上模1和下模2之间构成型腔。使用时，合上上模1和下模2，上紧螺丝3（为防止在硫化过程中产生微量膨胀，影响样品或产品的尺寸，在模具上下模之间设计螺丝，硫化前上紧螺丝，硫化后先冷却模具，再松开螺丝打开模具）；

c.设定平板硫化机温度和压力，硫化条件如下：

硫化温度为（115±5）℃

硫化压力为（10～12）mpa

硫化时间为（15±1）min

d.硫化结束后，先泄压，将模具整体冷却至50℃以下后松开螺丝，打开模具，取出样品或产品。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种热响应自膨胀耐烧蚀硅橡胶材料及其制备方法，该材料的组分包括：苯基硅橡胶、乙烯基硅橡胶、阻燃剂、补强剂、芳纶短切纤维、发泡剂、硫化剂和结构控制剂；本发明材料同时兼顾耐烧蚀和自膨胀功能；本发明材料产品在完全膨胀后仍具有较好的防火性能，在（1000～1100）℃火焰下，燃烧15min不烧穿，试样碳化层致密完整，仍保持密封性能；本发明材料可精确控制起始反应温度及膨胀倍率，并且可根据需要调节；本发明材料具有良好的耐高低温性能。

技术研发人员：张敏;李林辉;李立伟;廖晓东
受保护的技术使用者：西北橡胶塑料研究设计院有限公司
技术研发日：2018.06.12
技术公布日：2018.12.18