一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料制造技术

技术编号:15274453 阅读:86 留言:0更新日期:2017-05-04 16:35
一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料,包括液体硅树脂:100份;碳纤维:0~20份;碳化硅:0~100份;二氧化硅:0~10份,金属氧化物或硅酸盐:0~50份;固化剂1-5份。解决了现有技术中含苯类溶剂的硅树脂作为固体火箭发动机烧蚀的基体材料对人体有害、污染环境,材料成型过程中需要除溶剂,材料制备周期长的问题,本发明专利技术的耐烧蚀材料具有热稳定性高,抗氧化性能好及良好的耐烧蚀性能,在常温下即可实现浇注或模压成型,适用于结构复杂、烧蚀严重的飞行器的结构防护。

A solvent-free silicone matrix ablative material

A solvent-free silicone matrix ablative materials, including liquid silicone resin: 100; carbon fiber: 0 to 20 portions: 0 to 100 portions; silicon carbide; silicon dioxide: 0 to 10 parts, metal oxide or silicate: 0 ~ 50; curing agent 1-5. To solve the silicon resin containing benzene solvent in the prior art as solid rocket motor ablative base material harmful to the human body, the pollution of the environment, need to remove solvent material forming process, long preparation cycle problems of materials, erosion resistant material of the invention has high thermal stability, good oxidation resistance and good erosion resistance. At room temperature can be realized by casting or molding, the structure is suitable for protection of complex structure, erosion of the aircraft.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于结构复杂,烧蚀严重的飞行器及其部件的烧蚀复合材料,如固体火箭冲压发动机二次燃烧室、流量调节机构、发动机喷管等,属于固体火箭发动机热防护材料领域。
技术介绍
耐烧蚀材料通常用于飞行器及导弹固体火箭发动机中,飞行器飞行过程中与大气的摩擦产生上千摄氏度高温,会将整个飞行器烧毁;推进剂产生的高温、高压燃气将使发动机结构受到破坏;发动机喷管经受推进剂燃气及金属粒子的剧烈冲刷,为保证火箭发动机等部件结构的完整性,必须对暴露在推进剂燃气中的部件其表面粘贴一层绝热材料加以保护,而这种绝热材料多以烧蚀材料为主。用于导弹等飞行器结构防护的烧蚀材料种类很多,其基体材料多为高分子聚合物,包括以碳氢为主的EPDM橡胶、丁腈橡胶、酚醛树脂,含硅的硅氧烷弹性体、硅树脂等。为提高材料的烧蚀性能,需要在高温聚合物中添加耐烧蚀纤维与耐烧蚀粉末填料,纤维有芳纶、碳纤维、玻璃纤维、石英纤维、PBO纤维与PBI纤维,粉末填料有二氧化硅、碳化硅、黏土、蒙脱土等。上述烧蚀材料属于热固性的,需要加温加压才能固化成型,对于硅基材料而言,如室温硫化硅橡胶虽然可以在室温下固化,但与壳体的粘结强度不高,抗烧蚀性能远低于硅树脂基材料。某些硅树脂可以在常温下固化,但基本上都含有苯、甲苯等溶剂,对人体有毒有害,而且污染环境。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中含苯类溶剂的硅树脂作为固体火箭发动机烧蚀的基体材料对人体有害、污染环境,材料成型过程中需要除溶剂,材料制备周期长的问题,提供一种可在常温下固化具有良好热稳定性与抗氧化性的无溶剂型硅基耐烧蚀材料。本专利技术的技术解决方案:一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料,其特征在于包括下列组分及质量份数:液体硅树脂:100份;短切纤维:0~20份;碳化硅:0~100份;二氧化硅:0~10份;金属氧化物或硅酸盐:0~50份;固化剂1-5份。本专利技术各原料的优选质量配比为:液体硅树脂:100份;短切纤维:10~15份;碳化硅:40~80份;二氧化硅:5~8份;金属氧化物或硅酸盐:10~40份;固化剂1-5份。本专利技术所述的液体硅树脂,不含溶剂,无毒、不污染环境,分子量不超过5000。本专利技术所述的短切纤维为短切碳纤维、短切芳纶纤维、短切聚酰亚胺纤维、短切莫来石纤维、短切高硅氧纤维、短切玄武岩纤维、短切石英纤维、短切氧化锆纤维等一种或几种组合,短切纤维长度不超过10mm,最佳长度为0.1mm-5mm。本专利技术所述的碳化硅粒子直径为500目~2500目,最佳粒子直径为600目~1000目。本专利技术所述的二氧化硅为气相法或沉淀法白碳黑。本专利技术所述的金属氧化物为氧化锆、氧化铝、氧化镁中一种或几种组合。本专利技术所述硅酸盐为硅藻土、陶土、粘土、蛭石、海泡石中的一种或几种组合。本专利技术所述的耐烧蚀材料属于树脂基硬质复合材料,能够在常温下固化。与现有技术相比的有益效果:(1)本专利技术的复合材料的基体材料为聚硅氧烷树脂,不含有毒有害的芳香烃类溶剂,属环保型材料,本专利技术热稳定性高,抗氧化性能好,具有良好的耐烧蚀性能,(2)本专利技术的复合材料在常温下即可固化成型,克服了目前某些聚硅氧烷树脂材料需要加温加压固化的缺点,属低碳节能型材料。本专利技术在常温下即可实现浇注或模压成型,适用于结构复杂、烧蚀严重的飞行器的结构防护。(3)本专利技术的复合材料采用聚硅氧烷树脂,具有良好的耐热、抗氧化及耐烧蚀性能。(4)本专利技术的复合材料采用耐烧蚀的短切纤维,既提高了材料的成碳性能,又增强了材料的强度。(5)本专利技术的复合材料采用高熔点的碳化硅,提高了材料的耐高温性能。(6)本专利技术的复合材料采用金属氧化物及硅酸盐,提高了材料的抗氧化性能。(7)本专利技术的复合材料采用不同粉末填料与不同纤维填料并用,平衡了材料密度、烧蚀性能及力学性能。(8)本专利技术的复合材料采用加入白碳黑的方法可调节预浸料的粘度,改善工艺性能。本专利技术材料用于某发动机热防护段的内绝热,经过了20s的试车考核,材料只是发生了碳化,碳化速率约为0.05mm/s,而烧蚀速率约为0。实验结果表明,该材料耐烧蚀性能良好。具体实施方式本专利技术复合材料的制备工艺:(1)混合将液体硅树脂、碳化硅、二氧化硅、金属氧化物及硅酸盐、短切碳纤维按比例称量好后依次加入小型实验室用分散机的料筒内,盖上料筒盖,启动调速装置开关,设定转速为500~6000rmp/min,使物料在搅拌浆的带动下充分混合,搅拌时间控制在30~50分钟内,关闭调速装置开关,打开料筒箱,将固化剂加入预混料中,再次启动调速装置,设定转速为200~2000rmp/min,使固化剂与预混料充分混合,搅拌时间控制在5~10分钟内,关闭调速装置开关,打开料筒箱,将混合好的物料取出。(2)固化将预混料浇注到金属试件模具内流平,将模具放在平板硫化机上加压,压力约3-5MPa,常温放置24h定型后,打开平板硫化机,卸掉模具,使半成品暴露在空气中,24-72h即可完全固化成型。下面说明一下本专利技术的实施例,但本专利技术不仅限于以下的实施例。表1~表4是具体实施例,实施例中的份数为质量份数。实施例1名称质量份数液体硅树脂100碳化硅30金属氧化物或硅酸盐45短切芳纶纤维5二氧化硅0固化剂1.5实施例2名称质量份数液体硅树脂100碳化硅80金属氧化物或硅酸盐0短切碳纤维10二氧化硅5固化剂2实施例3名称质量份数液体硅树脂100碳化硅0金属氧化物或硅酸盐40短切高硅氧纤维15二氧化硅3固化剂2.5实施例4名称质量份数液体硅树脂100碳化硅30金属氧化物或硅酸盐35短切碳纤维0二氧化硅7固化剂3实施例5名称质量份数液体硅树脂100碳化硅60金属氧化物或硅酸盐20短切聚酰亚胺纤维10二氧化硅5固化剂3.5实施例1~5材料性能项目名称单位实测值密度g/cm31.3~1.8氧乙炔线烧蚀率mm/s0.05~0.08抗拉强度MPa3~5延伸率%100~150说明书中未尽事宜属与本领域技术人员公知技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料,其特征在于包括下列组分及质量份数:液体硅树脂:100份;短切纤维:0~20份;碳化硅:0~100份;二氧化硅:0~10份;金属氧化物或硅酸盐:0~50份;固化剂1‑5份。

【技术特征摘要】
1.一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料,其特征在于包括下列组分及质量份数:液体硅树脂:100份;短切纤维:0~20份;碳化硅:0~100份;二氧化硅:0~10份;金属氧化物或硅酸盐:0~50份;固化剂1-5份。2.根据权利要求1所述的一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料,其特征在于:各原料的质量配比为:液体硅树脂:100份;短切纤维:10~15份;碳化硅:40~80份;二氧化硅:5~8份;金属氧化物或硅酸盐:10~40份;固化剂1-5份。3.根据权利要求1所述的一种无溶剂型硅基耐烧蚀材料,其特征在于所述的短切纤维为短切碳纤维、短切芳纶纤维、短切聚酰亚胺纤维、短切莫来石纤维、短切高硅氧纤维、短切玄武岩纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈春娟王江詹穹李洋方陆军彭正贵
申请(专利权)人:湖北航天化学技术研究所
类型:发明
国别省市:湖北;42

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