硅橡胶热防护材料的研究进展

开心一笑

硅橡胶是一种以一Si一0一链为主链，其硅原子上可以连接甲基、乙烯基、苯基等有机侧基，分子链兼具无机和有机性质的高分子弹性材料。由于硅橡胶具有优异的热稳定性能、较好的耐高温性能、较低的玻璃化温度、较强的抗硝化甘油迁移能力、较好的耐老化性能，具有低烟、低残渣等低特征信号特点，是一种很有潜力的少烟包覆层材料¨。2j。随着导弹武器推进系统的发展，构造简单、质量轻、推重比大的冲压发动机得到大力发展和应用。冲压发动机是利用导弹高速飞行时产生的冲压作用来压缩进口空气与燃料燃烧，因此在补燃室内形成高富氧环境。在这种富氧环境下的补燃室热防护材料要求具有极高的抗氧化能力，作为当前应用最广、性能优异的三元乙丙橡胶，由于橡胶分子链基本上由一C—c一键构成，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。而以一Si一0一链为主链的硅橡胶则可以满足这个要求"。但由于硅橡胶本身的非极性结构，使其力学性能和粘接性能较差，需进行改性，不少学者在这方面做了大量的研究和工作。
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  E4 R8 W4 c9 C* Y# X2 w1 硅橡胶热防护材料
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    用作热防护材料基胶的主要是二甲基硅橡胶，甲基乙烯基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡
胶。其中甲基乙烯基类硅橡胶用得最多。张艳等人M o对其所研制的1、28、34三种不同分子结构的室温硫化硅橡胶，在不加任何填料的状态下，进行基胶线烧蚀率的测试，发现2” 主胶的线烧蚀率明显低于另外两种。高乙烯含量的硅橡胶用于热防护材料。各组分的摩尔分数为：乙烯基硅橡胶40％～45％，催化剂0．25％～0．75％(氯铂酸H2PtCl6·6H：O)，固化交联剂(甲基含氢二甲基硅氧烷共聚物)5％～9％，填料(如SiO：、SiC、碳纤维)50％。硅橡胶中乙烯基含量增加后，能够保证橡胶在固化时有更多的自由乙烯基进行交联，从而提高固化密度，提高了热防护材料的成碳率和耐热性。表1列举了部分硅橡胶热防护材料的配方、组成、特点及应用场合。
2 提高硅橡胶热防护材料性能的途径
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* t5 l! F1 Y" G8 C* ?2．1 颗粒／粉体填料补强
    用于硅橡胶热防护材料补强的颗粒料主要有白炭黑、碳酸钙、硅酸盐类和金属氧化物等。硅橡胶是一种非结晶性结构，分子间的引力非常低，故未经补强的硫化制品强度极低(如拉伸强度仅为0．3 MPa左右8。)，无实用价值，因此必须借助填料补强。其中最常用、最有效的补强填料就是白炭黑。赵凤起等人研究了白炭黑对硅橡胶绝热包覆材料力学性能、粘接性能和烧蚀性能的影响。用硅氮烷处理的白炭黑补强RTV硅橡胶，当加入量达到20份时，硅橡胶拉伸强度达3．58 MPa，继续增加白炭黑用量，硅橡胶的拉伸强度反而降低，这可能与白炭黑用量过多导致分散不均匀有关。考虑工艺要求，白炭黑的用量为15份以下为宜。添加6份白炭黑就能使得硅橡胶与HMX—CMDB推进剂的剪切强度由1．01MPa上升到1．98 MPa，增加率达96％，破坏形式为硅橡胶胶层内聚破坏。但是白炭黑加入后，硅橡胶的氧乙炔线烧蚀率增大，使耐烧蚀性变差。比起一般气相法白炭黑，纳米SiO，补强硅橡胶更加有效，其机理主要是纳米SiO：粒子链和硅橡胶分子链构成了复合三维立体网链结构，提高了补强效果。由硅橡胶的老化机理可知，硅氧键氧化主要是由侧基氧化的自由基连锁反应引起的，如果破坏这种连锁反应，氧化过程就会受到阻止。Fe：O，是较常用的能起这种作用的抗氧剂，用量一般为3～5份。1卜M J，提高硅橡胶的耐热性。
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2．2 纤维填料补强
+ y- v: Z: w7 [: W- o7 g    用于热防护材料补强的纤维填料有玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等。热防护材料必须满足发动机高温、高压、高速气流冲刷的环境要求，纤维填料不但可以补强橡胶基体，也可以有效的提高材料的耐烧蚀和耐冲刷性能。其中碳纤维和芳纶纤维是研究最多的。赵凤起¨纠等人用玻璃纤维、高硅氧纤维、碳纤维、芳纶浆粕四种短切纤维填充硅橡胶，在用量5份时，发现补强效果是：碳纤维>高硅氧纤维>玻璃纤维>芳纶浆粕。碳纤维的补强效果最好，拉伸强度达到4．52 MPa，伸长率为43．2％。这是由于碳纤维本身具有比其它纤维高的强度和模量，导致硅橡胶拉伸强度高。纤维的长度和添加量也是影响其对硅橡胶补强性能的重要因素：长度需满足最佳长径比；添加量在满足性能要求的同时需考虑到工艺性能。
    Yamadas-l刮等人在研究碳纤维补强硅橡胶用作冲压发动机内热防护材料时，发现只有当碳纤维长度低于某一临界值时才产生明显的补强作用，添加少量白炭黑或炭黑可以显著提高材料的杨氏模量，但对拉伸强度和伸长率有些许不利影响。
    张长贵等人用芳纶纤维及气相法白炭黑等填料补强硅橡胶，

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terryl2009

不错不错，谢谢楼主的分享！

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逝水流年

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