本发明涉及一种表面处理剂及其制备方法和应用，特别涉及一种表面处理剂及其制备方法和在硅橡胶绝热层与丁羟衬层粘接中的应用，属于固体火箭发动机绝热层粘接技术领域，尤其是涉及增强硅橡胶绝热层与丁羟衬层界面粘接的技术。
背景技术：
固体火箭发动机燃烧室由壳体、绝热层、衬层及推进剂组成。其中，绝热层起到在推进剂燃烧过程中对壳体热防护的作用；衬层起到粘接绝热层和推进剂，保持结构完整性的作用。衬层与绝热层脱粘是固体火箭发动机常见失效故障之一，会使固体火箭发动机发生解体、爆炸等危险，因此衬层与绝热层之间要形成可靠的粘接界面。
硅橡胶是一类耐烧蚀性能、少烟性能，储存性能都非常优异的绝热层材料。硫化后的硅橡胶突出的缺点就是表面能较低，粘接性能差，不易与固体火箭发动机衬层形成可靠的粘接界面。这个缺点成为制约硅橡胶绝热层得以应用的技术瓶颈。
改善硫化硅橡胶粘接能力的研究主要集中在对硅橡胶的表面处理，经过活化后的表面可以与其它材料形成较强的粘接，目前硅橡胶表面处理的方法主要为物理处理的方法，如电晕、等离子体处理。物理处理效果持续时间短，且处理设备难以适用于不同尺寸发动机壳体内部的硅橡胶绝热层的表面处理需求。
技术实现要素：
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种表面处理剂及其制备方法和应用，以解决硅橡胶绝热层应用于固体火箭发动机装药的瓶颈技术。本发明中采用的表面处理剂应用于硅橡胶绝热层的表面处理、提高与丁羟衬层的界面粘接性能。
本发明的技术解决方案是：
一种表面处理剂，该表面处理剂包括羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂和稀释剂；以羟基硅油的质量为100份计算，各个组份的质量份数为：
羟基硅油100份
交联剂10～30份
增粘剂20～80份
钛酸酯偶联剂10～40份
耐热添加剂0.5～2份
稀释剂50～300份；
该表面处理剂还可以包括白炭黑，以羟基硅油的质量为100份计算，白炭黑的质量份数不大于40份；
所述的羟基硅油的羟值在4％～12％之间；
所述的交联剂为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯、甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的混合物；
所述的增粘剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或两者的混合物；
所述的钛酸酯偶联剂为钛酸四乙酯、钛酸四丁酯中的一种或两者的混合物；
所述的耐热添加剂为三氧化二铁、二氧化铈、二氧化锡中的一种或两种以上的混合物；
所述的稀释剂为甲苯、二甲苯中的一种。
一种表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
一种表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂、白炭黑和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
一种表面处理剂在硅橡胶绝热层与丁羟衬层粘接中的应用，步骤为：
(1)将硅橡胶绝热层的表面进行喷砂或打磨处理；
(2)将制备得到的表面处理剂刷涂在步骤(1)中经过表面处理后的硅橡胶绝热层的表面，在20～50℃温度下晾置30min-2h成膜固化得到膜层；
(3)在步骤(2)得到的膜层表面刷涂丁羟衬层，首先在80-85℃温度下进行预固化4-6h，预固化完成后浇注推进剂，然后在50-70℃温度下进行随推进剂固化5-7天，完成硅橡胶绝热层与丁羟衬层的粘接，硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
本发明与现有技术相比的优势：
(1)与传统的硅橡胶表面处理方法相比，如电晕、等离子处理技术，本发明采用的增粘技术不需要特定的设备，操作简便，且这种处理后的界面具有更长的适用时间。
(2)硅橡胶绝热层经表面处理剂活化处理后，表面能升高，表面化学活性增强，丁羟类衬层料浆可以充分浸润硅橡胶的表面，且表面活化的基团可以与丁羟衬层进行化学反应，形成稳固的物理、化学粘接界面。
(3)硅橡胶绝热层是一种性能优异的固体火箭发动机用绝热材料。硫化硅橡胶较低的表面能使其与丁羟衬层无法形成较好的粘接的粘接界面，限制了硅橡胶绝热层的应用。采用适当的表面处理剂对硫化硅橡胶进行表面处理，可以在硅橡胶与衬层表面形成稳固的粘接界面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，应包括权利要求的全部范围，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
实施例1
表面处理剂的组成如下：
羟基硅油，羟值6.0％，100份；正硅酸乙酯，20份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，20份；钛酸四丁酯，10份；三氧化二铁，1.0份；白炭黑20份；二甲苯，200份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂、白炭黑和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
一种表面处理剂在硅橡胶绝热层与丁羟衬层粘接中的应用，步骤为：
(1)将硅橡胶绝热层的表面进行喷砂或打磨处理；
(2)将制备得到的表面处理剂刷涂在步骤(1)中经过表面处理后的硅橡胶绝热层的表面，在50℃温度下晾置30min成膜固化得到膜层；
(3)在步骤(2)得到的膜层表面刷涂刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，首先在80℃温度下进行预固化4h，预固化完成后浇注nepe推进剂，然后随nepe推进剂在55℃温度下固化6天，完成硅橡胶绝热层与丁羟衬层的粘接，硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为2.25mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/nepe推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为0.70mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
实施例2
表面处理剂的组成如下：
羟基硅油，羟值4.0％，100份；正硅酸甲酯，10份；γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，10份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，20份；钛酸四丁酯，30份；二氧化铈，0.5份；三氧化二铁1.5份；甲苯，50份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
硅橡胶绝热层表面处理及衬层涂刷：硅橡胶绝热层经喷砂或打磨、清理、预烘处理后，刷涂表面处理剂，20℃条件下晾置1h。在经表面处理后的绝热层表面刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，加热直至衬层达到半固化状态。试验结果表明，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为2.31mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/nepe推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为0.65mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
实施例3
表面处理剂的组成如下：羟基硅油，羟值8.8％，100份；正硅酸乙酯，10份；甲基三乙氧基硅烷，20份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，60份；钛酸四乙酯，5份；钛酸四乙酯，5份；二氧化锡，0.5份；三氧化二铁，0.5份；白炭黑，40份；甲苯，300份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂、白炭黑和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
硅橡胶绝热层表面处理及衬层涂刷：硅橡胶绝热层经喷砂或打磨、清理、预烘处理后，刷涂表面处理剂，25℃条件下晾置1h。在经表面处理后的绝热层表面刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，加热直至衬层达到半固化状态。试验结果表明，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为1.98mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/丁羟推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为1.06mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
实施例4
表面处理剂的组成如下：羟基硅油，羟值12.0％，100份；正硅酸甲酯，9份；甲基三甲氧基硅烷，15份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，30份；钛酸四乙酯，15份；二氧化锡，0.8份；二氧化铈，0.8份；白炭黑，22份；二甲苯，150份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂、白炭黑和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
硅橡胶绝热层表面处理及衬层涂刷：硅橡胶绝热层经喷砂或打磨、清理、预烘处理后，刷涂表面处理剂，25℃条件下晾置2h。在经表面处理后的绝热层表面刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，加热直至衬层达到半固化状态。试验结果表明，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为2.05mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/pet推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为0.89mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
实施例5
表面处理剂的组成如下：羟基硅油，羟值9.2％，100份；正硅酸甲酯，10份；甲基三乙氧基硅烷，10份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，25份；钛酸四丁酯，40份；三氧化二铁，2份；白炭黑，15份；二甲苯，250份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂、白炭黑和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
硅橡胶绝热层表面处理及衬层涂刷：硅橡胶绝热层经喷砂或打磨、清理、预烘处理后，刷涂表面处理剂，35℃条件下晾置0.5h。在经表面处理后的绝热层表面刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，加热直至衬层达到半固化状态。试验结果表明，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为2.31mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/丁羟推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为1.02mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
实施例6
表面处理剂的组成如下：羟基硅油，羟值10.0％，100份；正硅酸甲酯，10份；甲基三乙氧基硅烷，10份，正硅酸乙酯，10份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，60份，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，20份；钛酸四丁酯，15份；三氧化二铁，0.5份；白炭黑，25份；二甲苯，250份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂、白炭黑和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
硅橡胶绝热层表面处理及衬层涂刷：硅橡胶绝热层经喷砂或打磨、清理、预烘处理后，刷涂表面处理剂，40℃条件下晾置1.5h。在经表面处理后的绝热层表面刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，加热直至衬层达到半固化状态。试验结果表明，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为1.87mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/丁羟推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为1.30mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。
实施例7
表面处理剂的组成如下：羟基硅油，羟值6.6％，100份；正硅酸甲酯，5份；甲基三乙氧基硅烷，5份，正硅酸乙酯，10份；γ-氨丙基三乙氧基硅烷，30份，γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，30份；钛酸四丁酯，20份；三氧化二铁，1.5份；二甲苯，150份。
上述表面处理剂的制备方法，该方法的步骤为：将羟基硅油、交联剂、增粘剂、钛酸酯偶联剂、耐热添加剂和稀释剂进行混合，搅拌均匀后得到表面处理剂。
硅橡胶绝热层表面处理及衬层涂刷：硅橡胶绝热层经喷砂或打磨、清理、预烘处理后，刷涂表面处理剂，50℃条件下晾置1.0h。在经表面处理后的绝热层表面刷涂或刮涂丁羟聚氨酯类衬层料浆，加热直至衬层达到半固化状态。试验结果表明，衬层料浆可以浸润在硅橡胶绝热层的表面，涂刷过程中未发生胶缩现象。
按q/g173-2008《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法φ25mm试样拉伸法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)的粘接试件，测试该试件的粘接强度，粘接强度为2.15mpa。按qj2038.1a-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》制备钢件/硅橡胶绝热层(表面经表面处理剂处理)/丁羟衬层/nepe推进剂的联合粘接试件，测试该试件的联合粘接强度，粘接强度为0.75mpa。试验结果表明硅橡胶绝热层可以与衬层形成可靠的粘接界面。