固體火箭發動機內襯成型用硅橡膠氣囊材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航天固體火箭發動機技術領域，特別涉及一種固體火箭發動機內襯成 型如固體火箭發動機內絕熱層成型用娃橡膠復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 航天用固體火箭發動機內襯成型普遍采用一種娃橡膠氣囊輔助成型工藝，其主要 原理是將氣囊作為復合材料成型時的芯模，通過內壓的調控對復合材料昆體施壓，并使之 固化成型。娃橡膠氣囊芯模具有柔性，和模壓成型相比，易于實現復雜結構件的整體成型、 裝、脫模簡便快捷，可節省大量工時，簡化成型工藝流程，相對傳統金屬和其他聚合物芯模， 具有明顯的成本優勢。
[0003] 用于氣囊輔助成型工藝的專用娃橡膠材料要求有較高的熱穩定性和綜合耐老化 性能，在熱和壓力下耐變質或耐軟化，重復使用后尺寸穩定、高拉伸模量、高撕裂強度、高斷 裂伸長率等等。例如，應用于固體火箭發動機內襯成型的娃橡膠氣囊，由于長期處于溫度 15(TC、內壓0. 1~0. 7MPa的封閉環境中，要耐受組成復雜的內襯材料(包含橡膠、各類無機 填料、增容劑、助劑、阻燃劑、催化劑、交聯劑等）的反復物理和化學作用，對材料耐熱、耐化 學作用、耐過氧化物、耐壓等綜合耐老化性能提出了很高的要求。目前商業化的相關產品， 采用110-2膠為基體的材料制成，添加白炭黑、Η氧二鐵等填料和添加劑，在該環境下的經 6小時老化，解創后發現娃橡膠已嚴重發粘，發生了降解反應。
[0004] 此外，在現有技術中，耐高溫、不老化、不降解硫化娃橡膠很多。比如在中國專利 《防降解室溫硫化娃橡膠》，授權公告號為CN1410487A公開了一種密封狀態下經24小時 15(TC高溫，不老化、不降解的灌封膠，但尚未發現滿足類似固體火箭發動機送類固體火箭 發動機內襯成型工況環境(密封狀態、溫度15(TC、壓力0. 1~0. 7MPa、H元己丙絕熱層材料 及其分解產物)且能夠使用200小時的長壽命硫化娃橡膠材料的技術。此外，將聚四氣己帰、 改性碳納米管、殼聚糖和過渡金屬氧化物協同用作娃橡膠材料的耐老化添加劑也至今未見 報道。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明解決問題是提供一種固體火箭發動機內襯成型用娃 橡膠氣囊材料的配方及其制備方法，W大幅延長娃橡膠氣囊材料在密閉復雜工況環境下的 使用壽命，提高固體火箭發動機內襯成型的可靠性。本發明所提供的娃橡膠氣囊模具材料 適用于固體火箭發動機的內襯成型。
[0006] 本發明的娃橡膠氣囊材料可W通過一定氣壓固定于固體火箭發動機內襯表面，起 到支撐內襯成型的作用，W保證內襯的完整性和工作的可靠性。該固體火箭發動機內襯成 型用娃橡膠氣囊材料，按照重量配比包括W下組分： (1) 娃橡膠膠料 100-120份； (2) 耐老化添加劑A 5-10份； (3) 耐老化添加劑B 1~3份； (4) 耐老化添加劑C 5~10份； (5) 補強填料 30-50份； (6) 硫化劑 0.5-3份； (7) 結構化控制劑 5~12份； (8) 偶聯劑 1~5份。
[0007] (9)工藝助劑 5~10份。
[0008] 進一步，所述娃橡膠膠料為甲基己帰基娃橡膠、苯基娃橡膠中的一種或兩種。
[0009] 進一步，所述耐老化添加劑A為儘、鐵、飾的單一或復合氧化物。
[0010] 本發明的另一個目的是提供一種上述娃橡膠氣囊材料的制備方法，使用娃橡膠氣 囊材料的工藝過程為： 首先，在室溫條件下，依次按重量配比將基體樹脂、補強填料、耐過氧化物添加劑放入 開煉機中進行室溫混煉。
[0011] 破膠后將漉距調至2mm ;包漉后緩慢加入娃焼偶聯劑、結構控制劑；混勻后加入硫 化劑，混勻后下片。
[0012] 接著，按照型號需求通過螺桿擠出機和壓機將膠料壓制成一定厚度的膠塊，將膠 塊在兩漉機上出片(厚度2mm); 最后按照容器型號要求制作模具，將上述娃橡膠生片包在模具上，通過整形、壓延搭接 邊等工序是氣囊尺寸符合圖紙要求，然后在常壓下進行一段硫化，傳熱介質為熱空氣，硫化 溫度160~17(TC，硫化時間30min ;檢查氣囊的氣密性，合格則進行二段硫化。
[0013] 本發明具有W下有益效果： (1)本發明的娃橡膠氣囊材料代替現有產品，使固體火箭發動機內襯成型的氣囊壽命 延長至200小時，成型工藝過程的氣囊成本由每100次10萬元降低到1萬5千元W下，而 且該硫化橡膠使用方便，易于保持，原材料容易取得。
[0014] (2)使用該娃橡膠氣囊材料，能夠放置高溫硫化娃橡膠在密封狀態下發生高溫降 解反應，解決了質量隱患，防止產品報廢，在很大程度上提高了產品的可靠性和壽命。
[0015]
【具體實施方式】
[0016] W下結合實施例對本發明的技術方案作進一步描述。
[0017] 本發明的固體火箭發動機內襯成型用娃橡膠氣囊材料，按照重量配比包括W下組 分： (1) 娃橡膠膠料 100-120份； (2) 耐老化添加劑A 5-10份； (3) 耐老化添加劑B 1~3份； (4) 耐老化添加劑C 5~10份； (5) 補強填料 30-50份； (6) 硫化劑 0.5-3份； (7) 結構化控制劑 5~12份； (8)偶聯劑 1~5份。
[001引 （9)工藝助劑 5~10份。
[0019] 進一步，所述娃橡膠膠料為甲基己帰基娃橡膠、苯基娃橡膠(包括低、中、高Η種） 中的一種或兩種，是娃橡膠氣囊模具材料的基體膠料。采用特種結構的娃橡膠可增加生膠 主鏈的位阻，阻止娃橡膠主鏈重排降解，從而大幅度提高娃橡膠復合材料的耐溫性能。
[0020] 優選地，所述耐老化添加劑A為過渡金屬混合氧化物。該類化合物能通過阻止自 由基的鏈增長，減少活性氧對娃橡膠側基的攻擊，從而明顯減輕娃橡膠的熱分解老化。通過 制備送幾類化合物的復合物可W有效發揮出它們對復雜工況環境下耐老化的協同作用。其 制備工藝如下；在室溫條件下，采用溶膠凝膠法制備媒、鉆、銅、錫、儘、鐵、飾、銅等兩種或數 種復合氧化物凝膠，將凝膠置于110°C烘干過夜，40(TC預燒lh，80(TC般燒化，冷卻后得到 復合氧化物樣品，在0~30°C密封干燥處保存。 進一步，所述耐老化添加劑B為居基或氨基改性多壁碳納米管材料或低分子殼聚糖中 的一種或兩種。碳納米管材料在娃橡膠中比較難分散，因此需要先采用W下預分散工藝進 行處理：將碳納米管加入到適量二甲苯中，超聲分散1小時左右。將少量多己帰基液體娃橡 膠加入到二甲苯溶液中，充分攬拌溶解后，一邊進行攬拌超聲一邊W少量多次的方式加入 上述碳納米管的二甲苯溶液，加入完成后繼續超聲30min。然后迅速脫去二甲苯，密封好備 用。低分子量的殼聚糖在清楚超氧陰離子和居基自由基方面優于高分子量的殼聚糖，可直 接添加或配合改性碳納米管協同在娃橡膠中使用。
[0021] 進一步，所述耐老化添加劑C為聚四氣己帰乳液或聚四氣己帰超細粉中的一種或 兩種。送類材料具有很高的分散性，能與其他材料均勻共混。耐強酸、強堿、強氧化劑。
[0022] 進一步，所述補強填料是氣相白炭黑、高強度白炭黑、己快炭黑、娃藻±、蒙脫±等 填充劑，其中白炭黑的牌號包括M5、Ts720、S-600、皿-612或皿-620、納米白炭黑W及吉必 勝娃焼化白炭黑中的一種或數種。白炭黑對娃橡膠的補強作用被認為是娃橡膠生膠分子較 易吸附在分散的Si〇2粒子表面，使粒子間距離小于粒子白身直徑，生膠分子的部分鏈節順 序排列，從而產生結晶化效果，強化了吸附層內分子間的吸引力；另外，生膠分子中的Si-0 鍵或其端居基可與Si〇2表面的Si-OH基形成物理或化學結合，使硫化膠的物理力學性能提 高。不同種類、不同粒徑的填料對娃橡膠的補強效果差別很大。
[0023] 進一步，所述硫化劑為過氧化苯甲醜、過氧化二異丙苯、2, 4-二氯過氧化苯甲醜 (DCEP)、過苯甲酸叔了醋、過氧化二叔了醋、2，5-二甲基一 2，5-二叔了過氧基一己焼中 的一種或兩種，能夠使高黏滯塑性態的娃橡膠生膠轉變為Η維網狀結構的彈性態娃橡膠材 料。
[0024] 進一步，所述結構化控制劑為六甲基環Η娃氮焼、八甲基環四娃氮焼、二苯基二娃 醇、居基硅油中的一種或兩種，作為補強填料表面結構的處理劑使用，可W有效調節填料表 面間的居基含量，抑制高溫下Si-OH含量過高引起娃橡膠熱重排降解。
[0025] 進一步，所述偶聯劑為環氧偶聯劑和丙帰醜氧基偶