專利名稱：一種纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠的制作方法
技術領域：
本發明屬于材料技術領域，涉及燒蝕熱防護材料技術，特別涉及以橡膠為基體的燒蝕熱防護材料技術。
背景技術：
耐燒蝕材料是指在熱流作用下，材料本身發生分解、熔化、蒸發、升華等多種吸熱的物理化學變化，借材料自身質量消耗帶走大量熱量或形成致密防護層，從而阻止熱傳導到材料的內部結構中造成損害的材料，柔性燒蝕材料是以橡膠類彈性體為基體添加耐燒蝕填料制得。柔性燒蝕材料的使用條件通常為超高溫(可達3000°C 4000°C)燃氣沖刷，同時燃氣中可能含有不完全燃燒的顆粒，因而材料需具備一定的強度和伸長率。近年來，國內外對柔性燒蝕材料開展了廣泛的研究，并且取得了很多成果。查閱國內外相關資料發現，關于柔性燒蝕材料的研究，復合體系的基體主要是丁腈橡膠、三元乙丙橡膠、硅橡膠或者它們的共混體系。張崇耿等于2008年在《固體火箭技術》第31卷第6期上發表名為“芳綸纖維和丁腈橡膠體系絕熱層新配方的研制”的文章，文中采用含鹵-銻的阻燃劑和芳綸纖維制備丁腈橡膠絕熱層材料，材料的線燒蝕率可達O. 051mm/s,力學性能優良。Gao Guoxin 等于 2010 年在《Polymer Bulletin》第 64 卷上發表名為 “An excellentablative composite based in PBO reinforced EPDM” 的文章,將 PBO 作為熱絕緣材料用于增強EPDM，制備的EPDM復合材料的線燒蝕率可達O. 10mm/s,力學性能有所下降。由于三元乙丙橡膠是非極性橡膠，與金屬的粘結性能差，使用時容易發生脫落；硅橡膠的強度低，容易發生破壞；丁腈橡膠的耐老化性差，貯存壽命短，增加裝備的維修和維護成本。氫化丁腈橡膠(HNBR)是丁腈橡膠加氫后的產物，保持丁腈橡膠較好的粘結性和力學性能的同時，大大提高了其耐高溫性和耐老化性能，極大延長了材料的貯存壽命，是耐燒蝕材料的理想基體材料。目前，添加聚對苯二甲酰對苯二胺(芳綸)短纖維或漿柏或者聚對亞苯基苯并雙惡唑(PBO)短纖維的氫化丁腈耐燒蝕橡膠未見報道。橡膠基體本身無法滿足超高溫超高壓短時間工作條件，必須借助各種耐燒蝕纖維等填料以提供材料的耐燒蝕、抗沖刷性能。新型高效耐燒蝕填料的使用使橡膠基體降解緩慢，但同時會明顯降低材料的力學性能，使材料的扯斷伸長率顯著降低。通過對有機纖維、納米無機填料、阻燃劑等研究，提高氫化丁腈橡膠材料耐燒蝕性能及綜合性能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種耐燒蝕性優異，并且具備彈性體材料必備的力學強度、伸長率的氫化丁腈橡膠體系。本發明的目的是這樣實現的，采用有機納米蒙脫土在高溫短時作用下生成無機炭層，提供預期的強度和硬度及耐高溫氣流沖刷性能；采用耐高溫性好的PBO纖維和芳綸纖維，超高溫短時沖刷下橡膠基體及某些填料發生炭化，未分解的纖維結構起到鉚固炭層的作用，提高材料抵抗燒蝕沖刷的能力；通過填料組分優化設計，使材料具有優異的耐燒蝕性能和較好的力學性能。本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質量份計 HNBR 100 份
爐法炭黑10 30份
阻燃劑0 30份
耐熱纖維2 20份
納米蒙脫土5 30份
納米碳化娃0^20份
爐法炭黑為高耐磨爐黑或快壓出爐黑中的一種或他們的混合體系；耐熱纖維為PBO纖維、芳綸纖維中的一種或他們的混合體系；阻燃劑為磷酸硼或三聚氰胺中的一種或者二者的混合體系。本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質量份計 HNBR 100 份
爐法炭黑10 30份
阻燃劑10 30份
耐熱纖維Γ10份
納米蒙脫土5 25份
納米碳化娃5"! 5份
本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質量份計
HNBR100 份
爐法炭黑10 25份
阻燃劑0 20份
耐熱纖維2 14份
納米蒙脫土10 25份
納米碳化娃(Tl5份
本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，PBO纖維與芳綸纖維混合體系中PBO纖維的質量百分數為16. 7% 75%。本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，耐燒蝕性能優異，力學性能良好。該材料適用于要求耐高溫燒蝕的柔性熱防護領域，特別適用于瞬時(5iTl5S) 2700°C 3500°C的高溫密封的燒蝕熱防護技術領域。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，對本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠及制備工藝做進一步說明，但不作為對發明內容的限制。實施例中不做特別說明的均為質量份。實施例一 將30份HNBR溶解在丙酮中制得HNBR膠乳，將10份芳綸和5份PBO短纖維加入HNBR膠乳中浸潰均勻，晾干得到浸膠纖維；
將70份HNBR塑煉，加入10份快壓出爐黑N550、5份DOS混煉均勻；加入5份氧化鋅和I份硬脂酸混煉，薄通均勻；加入處理過的浸膠纖維混煉，薄通均勻；加入20份納米蒙脫土和5份納米碳化硅混煉，薄通均勻；最后加入I份三烯丙基異三聚氰酸酯(TAIC)和3份2，5-二甲基-2，5-雙(過氧化叔丁基)己烷(DBPH)，混煉，薄通均勻，下片，在170°C，25min條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為8. 9MPa，扯斷伸長率為95%，線燒蝕率為O. llmm/s。實施例二
將100份HNBR塑煉，加入15份高耐磨爐黑N330、8份DBP混煉均勻；加入5份氧化鋅和I份硬脂酸混煉，薄通均勻；加入3份PBO纖維和4份芳綸纖維混煉，薄通均勻；加入5份磷酸硼和22份納米蒙脫土混煉，薄通均勻；最后加入I份N，N'-間苯撐雙馬來酰亞胺(HVA-2)和6份過氧化二異丙苯(DCP)，混煉，薄通均勻，下片，在165°C，IOmin條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為11. 7MPa，扯斷伸長率為235%，線燒蝕率為O. 23mm/s。實施例三
HNBR為100份，高耐磨爐黑N330 :15份，快壓出爐黑N550 :10份，增塑劑TCP :28份，磷酸硼10份，三聚氰胺15份，PBO纖維2份，納米蒙脫土 30份，納米碳化硅15份，促進劑TAIC 3份，硫化劑DBPH 8份。制備方法同實施例一，在170°C，20min條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為14. 7MPa，扯斷伸長率為356%，線燒蝕率為O. 18mm/s。實施例四
HNBR為100份，高耐磨爐黑N330 30份，增塑劑AWl :22份，三聚氰胺15份，PBO纖維7份，芳綸纖維7份，納米蒙脫土 8份，納米碳化硅20份，促進劑TAIC 2份，硫化劑DCP 4份。制備方法同實施例二，在165°C，15min條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為13. 4MPa，扯斷伸長率為205%，線燒蝕率為O. 096mm/s。實施例五
HNBR為100份，高耐磨爐黑N330 27份，增塑劑DOS 30份，磷酸硼5份，三聚氰胺5份，芳綸纖維20份，納米蒙脫土 5份，納米碳化硅12份，促進劑TAIC :2份，硫化劑DBPH 6份。制備方法同實施例二，在170°C，20min條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為13. 8MPa，扯斷伸長率為313%，線燒蝕率為O. 13mm/s。實施例六
HNBR為100份，快壓出爐黑N550 20份，增塑劑DBP :15份，磷酸硼12份，PBO纖維6份，芳綸纖維3份，納米蒙脫土 25份，納米碳化硅10份，促進劑TAIC 2份，硫化劑DBPH 4份。制備方法同實施例一，在170°C，20min條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為12. 7MPa，扯斷伸長率為205%，線燒蝕率為O. 037mm/s。實施例七
HNBR為100份，快壓出爐黑N550 23份，增塑劑TCP 25份，磷酸硼15份，三聚氰胺15份，PBO纖維6份，芳綸纖維2份，納米蒙脫土 10份，納米碳化硅18份，促進劑TAIC 2份，硫化劑DBPH 4份。制備方法同實施例一，在170°C，20min條件下硫化，得到本發明涉、及的耐燒蝕橡膠。拉伸強度為12. 2MPa，扯斷伸長率為426%，線燒蝕率為O. 043mm/s。
實施例八
HNBR為100份，快壓出爐黑N550 18份，增塑劑DBP 12份，磷酸硼10份，三聚氰胺10份，PBO纖維2份，芳綸纖維10份，納米蒙脫土 15份，納米碳化硅8份，促進劑TAIC 2份，硫化劑DCP 8份。制備方法同實施例二，在165°C，15min條件下硫化，得到本發明涉及的耐燒蝕橡膠。
拉伸強度為11. 3MPa，扯斷伸長率為288%，線燒蝕率為O. 052mm/s。
權利要求
1.一種纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質量份計HNBR100 份爐法炭黑10 30份阻燃劑0 30份耐熱纖維2 20份納米蒙脫土5 30份 納米碳化娃0 20份； 其中，爐法炭黑為高耐磨爐黑或快壓出爐黑中的一種或他們的混合體系；耐熱纖維為PBO纖維、芳綸纖維中的一種或他們的混合體系；阻燃劑為磷酸硼或三聚氰胺中的一種或者~■者的混合體系。
2.根據權利要求I所述的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質量份計HNBR100 份爐法炭黑10 30份阻燃劑10 30份耐熱纖維4 10份納米蒙脫土5 25份 納米碳化娃5 15份。
3.根據權利要求I所述的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，至少含有下列組分，以質量份計HNBR100 份爐法炭黑10 25份阻燃劑0 20份耐熱纖維2 14份 納米蒙脫土10 25份 納米碳化娃(T15份。
4.根據權利要求1、2或3所述的任一纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，PBO纖維與芳綸纖維混合體系中PBO纖維的質量百分數為16. 79^75%。
全文摘要
本發明屬于材料技術領域，涉及燒蝕熱防護材料技術，特別涉及以橡膠為基體的燒蝕熱防護材料技術。該纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，以氫化丁腈為基體，功能助劑包括爐法炭黑、阻燃劑、耐熱纖維、納米蒙脫土、納米碳化硅等。本發明涉及的纖維填充氫化丁腈耐燒蝕橡膠，耐燒蝕性能優異，力學性能良好。該材料適用于要求耐高溫燒蝕的柔性熱防護領域，特別適用于瞬時(5s~15s)2700℃~3500℃的高溫密封的燒蝕熱防護技術領域。
文檔編號C08K13/02GK102634092SQ20121010806
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者周義, 崔俞, 龐明磊, 張志剛, 張斌, 張春梅, 杜華太, 杜明欣, 鄒德廣 申請人:中國兵器工業集團第五三研究所