一种固体火箭发动机内绝热材料配方及其制备方法与流程

本发明涉及固体火箭发动机内绝热材料领域，特别涉及一种硅橡胶绝热材料配方及其制备方法。

背景技术：

1、目前国内外航天器越来越向超高速运载方向发展，大量的高能燃料被广泛地应用于固体火箭发射系统中，因此对固体火箭发动机内绝热材料提出了更严格的力学、烧蚀性能要求。

2、国内外固体火箭发动机的绝热层材料可以分为两大类：硬质和软质。硬质类材料主要采用酚醛类树脂或者碳，而软质类材料目前以采用三元乙丙(edpm)为主。edpm在所有橡胶中密度最低，可有效减少火航天器的消极质量，但其分子链基本上由c-c键构成，在高温和富氧环境下烧蚀非常严重，难以形成牢固致密的碳层。并且在加入填料后，其极性减弱，表面能降低，进而影响了其粘接工艺性。

3、硅橡胶是近年来国内外研究和应用较多的另一类软质绝热层材料，其分子链主要由si-o键构成，在热稳定性和耐烧蚀性能上比edpm更具优势，烧蚀后碳化层附着力更强；在施工工艺性上，还能大幅度提升施工效率，有望取代edpm成为下一代固体火箭发动机内绝热层材料。

4、公开号为cn104817844b发明的绝热材料拉断伸长率为240％，线烧蚀率为0.08mm/s；公开号为cn112358728a发明的绝热材料拉断伸长率为234％，线烧蚀率为0.079mm/s；公开号为cn109206919a发明的绝热材料拉断伸长率为52％，线烧蚀率为0.052mm/s，密度为1.190g/cm3。可以看出，虽然现有技术的绝热材料线烧蚀率勉强可以满足要求，但拉伸伸长率却都较低，最高240％，最低才52％，明显不能满足更严格的力学性能要求。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种的固体火箭发动机绝热材料配方及其制备方法，以兼具优异的烧蚀性能和力学性能。

2、根据本发明的一方面，提供了一种固体火箭发动机硅橡胶内绝热材料配方，包括以下质量份数的原料组成：

3、

4、硅橡胶为苯基含量为10～20％的硅橡胶中的一种或几种。其中本发明采用si-o链更长、分子量更高的苯基硅橡胶，其粘度1000000mpa·s～1500000mpa·s(常温条件，测试方法gb/t1232.1-2000)，拥有出色的力学性能。

5、在本发明一种可能的实现方式中，耐烧蚀填料为石墨、八苯基倍半硅氧烷、氧化锌、酚醛树脂、甲基膦酸二甲酯、氧化铁和二乙基次膦酸铝中的一种或几种。

6、在本发明一种可能的实现方式中，纤维填料为2～3mm聚对苯撑苯并二噁唑纤维和1～2mm改性碳纤维中的一种或两种；聚对苯撑苯并二噁唑纤维和改性碳纤维对降低氧乙炔线烧蚀率起到关键作用，原理为纤维都起烧蚀骨架、加强炭层的作用，在高温烧蚀下能耐更高的温度；其中改性碳纤维是将碳纤维采用硝酸和浓硫酸等助剂进行表面处理，增加碳纤维表面极性；其中表面处理的工艺过程是：室温条件下，在丙酮中超声，用去离子水清洗，再放入质量分数为60～70％且摩尔浓度为5～10mol/l的强酸中酸洗20～60min，最后用去离子水清洗。

7、在本发明一种可能的实现方式中，酚醛树脂空芯微球粒径为40～70nm中的一种或几种。

8、在本发明一种可能的实现方式中，硫化剂为双二五硫化剂，二苯甲酰对苯醌二肟，过氧化苯甲酰，铂金硫化剂mc-98ab中的一种或几种。

9、根据本发明的另一方面，提供了一种固体火箭发动机硅橡胶内绝热材料配方的的制备方法，包括以下步骤：

10、s1：将硅橡胶和纤维填料进行混炼，直至胶料中纤维均匀分散；

11、s2：依次添加耐烧蚀填料和酚醛树脂空芯微球进行搅拌，直至混合均匀；

12、s3：加入硫化剂进行混炼，混炼2次出料；

13、s4：用模具制备试样，在平板硫化机进行预硫化后,再转入烘箱继续进行二段硫化，即得到硅橡胶绝热材料。

14、在本发明一种可能的实现方式中，混炼辊距为0.15～0.2mm，混炼次数为3～5遍，搅拌速度为500～1000r/min，搅拌时间为5～20min；预硫化的压强和温度分别为1～10mpa和60～180℃，二段硫化的温度为100～180℃。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明制得的固体火箭发动机硅橡胶绝热材料，以苯基硅橡胶主体材料，使用多种耐烧蚀填料、聚对苯撑苯并二噁唑纤维和改性碳纤维填料、酚醛空心微球来研发改良绝热材料配方，具有优良的烧蚀性能和力学性能，拉断伸长率能达到最高378.5％，氧-乙炔线烧蚀率最低能达到0.048mm/s(烧蚀时间30s)。

技术特征：

1.一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，包括以下质量份数的原料组成：

2.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述硅橡胶为苯基含量为10～20％的硅橡胶中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述苯基硅橡胶粘度为1000000mpa·s～1500000mpa·s。

4.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述耐烧蚀填料为石墨、八苯基倍半硅氧烷、氧化锌、酚醛树脂、甲基膦酸二甲酯、氧化铁和二乙基次膦酸铝中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述纤维填料为2～3mm聚对苯撑苯并二噁唑纤维和1～2mm改性碳纤维中的一种或两种。

6.根据权利要求5所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述改性碳纤维采用硝酸和浓硫酸等助剂进行表面处理；其中表面处理的工艺过程是：室温条件下，在丙酮中超声，用去离子水清洗，再放入质量分数为60～70％且摩尔浓度为5～10mol/l的强酸中酸洗20～60min，最后用去离子水清洗。

7.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述酚醛树脂空芯微球粒径为40～70nm中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种固体火箭发动机内绝热材料配方，其特征在于，所述硫化剂为双二五硫化剂，二苯甲酰对苯醌二肟，过氧化苯甲酰，铂金硫化剂mc-98ab中的一种或几种。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种固体火箭发动机内绝热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述一种固体火箭发动机内绝热材料的制备方法，其特征在于，所述混炼辊距为0.15～0.2mm，混炼次数为3～5遍，所述搅拌速度为500～1000r/min，所述搅拌时间为5～20min，所述预硫化的压强和温度分别为1～10mpa和60～180℃，所述二段硫化的温度为100～180℃。

技术总结
本发明提供一种固体火箭发动机内绝热材料配方及其制备方法，该绝热材料配方包括以下质量份数的原料组成：硅橡胶100份，耐烧蚀填料10～30份，纤维填料5～15份，酚醛空心微球2～8份，硫化剂1～5份；其中，硅橡胶为苯基含量为10～20％的苯基硅橡胶。本发明制得的固体火箭发动机硅橡胶绝热材料，在保持密度优势的同时兼具优良的力学、烧蚀性能，在耐烧蚀、施工工艺性上较三元乙丙有显著优势，为固体火箭发动机硅橡胶绝热材料的性能提升提供了新的解决途径。

技术研发人员：肖勇,陈海亚,向志豪,周超,张飞飞,孙立,覃生福,马君慧
受保护的技术使用者：湖北航聚科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16