固體火箭發(fā)動機內(nèi)襯成型用硅橡膠氣囊材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天固體火箭發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固體火箭發(fā)動機內(nèi)襯成 型如固體火箭發(fā)動機內(nèi)絕熱層成型用娃橡膠復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 航天用固體火箭發(fā)動機內(nèi)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(fù)合材料成型時的芯模，通過內(nèi)壓的調(diào)控對復(fù)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(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的整體成型、 裝、脫模簡便快捷，可節(jié)省大量工時，簡化成型工藝流程，相對傳統(tǒng)金屬和其他聚合物芯模， 具有明顯的成本優(yōu)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(wěn)定性和綜合耐老化 性能，在熱和壓力下耐變質(zhì)或耐軟化，重復(fù)使用后尺寸穩(wěn)定、高拉伸模量、高撕裂強度、高斷 裂伸長率等等。例如，應(yīng)用于固體火箭發(fā)動機內(nèi)襯成型的娃橡膠氣囊，由于長期處于溫度 15(TC、內(nèi)壓0. 1~0. 7MPa的封閉環(huán)境中，要耐受組成復(fù)雜的內(nèi)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(lián)劑等）的反復(fù)物理和化學(xué)作用，對材料耐熱、耐化 學(xué)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(yè)化的相關(guān)產(chǎn)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(huán)境下的經(jīng) 6小時老化，解創(chuàng)后發(fā)現(xiàn)娃橡膠已嚴(yán)重發(fā)粘，發(fā)生了降解反應(yīng)。
[0004] 此外，在現(xiàn)有技術(shù)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(quán)公告號為CN1410487A公開了一種密封狀態(tài)下經(jīng)24小時 15(TC高溫，不老化、不降解的灌封膠，但尚未發(fā)現(xiàn)滿足類似固體火箭發(fā)動機送類固體火箭 發(fā)動機內(nèi)襯成型工況環(huán)境(密封狀態(tài)、溫度15(TC、壓力0. 1~0. 7MPa、H元己丙絕熱層材料 及其分解產(chǎn)物)且能夠使用200小時的長壽命硫化娃橡膠材料的技術(shù)。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(xié)同用作娃橡膠材料的耐老化添加劑也至今未見 報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決問題是提供一種固體火箭發(fā)動機內(nèi)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(fù)雜工況環(huán)境下的 使用壽命，提高固體火箭發(fā)動機內(nèi)襯成型的可靠性。本發(fā)明所提供的娃橡膠氣囊模具材料 適用于固體火箭發(fā)動機的內(nèi)襯成型。
[0006] 本發(fā)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(fā)動機內(nèi)襯表面，起 到支撐內(nèi)襯成型的作用，W保證內(nèi)襯的完整性和工作的可靠性。該固體火箭發(fā)動機內(nèi)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(jié)構(gòu)化控制劑 5~12份； (8) 偶聯(lián)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(fù)合氧化物。
[0010] 本發(fā)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(diào)至2mm ;包漉后緩慢加入娃焼偶聯(lián)劑、結(jié)構(gòu)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(zhì)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(fā)明具有W下有益效果： (1)本發(fā)明的娃橡膠氣囊材料代替現(xiàn)有產(chǎn)品，使固體火箭發(fā)動機內(nèi)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(tài)下發(fā)生高溫降 解反應(yīng)，解決了質(zhì)量隱患，防止產(chǎn)品報廢，在很大程度上提高了產(chǎn)品的可靠性和壽命。
[0015]
【具體實施方式】
[0016] W下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述。
[0017] 本發(fā)明的固體火箭發(fā)動機內(nèi)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(jié)構(gòu)化控制劑 5~12份； (8)偶聯(lián)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(jié)構(gòu)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(fù)合材料的耐溫性能。
[0020] 優(yōu)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(cè)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(fù)合物可W有效發(fā)揮出它們對復(fù)雜工況環(huán)境下耐老化的協(xié)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(shù) 種復(fù)合氧化物凝膠，將凝膠置于110°C烘干過夜，40(TC預(yù)燒lh，80(TC般燒化，冷卻后得到 復(fù)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(yù)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?jǐn)埌枞芙夂?，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(xù)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(yōu)于高分子量的殼聚糖，可直 接添加或配合改性碳納米管協(xié)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(shù)種。白炭黑對娃橡膠的補強作用被認(rèn)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(jié)順 序排列，從而產(chǎn)生結(jié)晶化效果，強化了吸附層內(nèi)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(xué)結(jié)合，使硫化膠的物理力學(xué)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(tài)的娃橡膠生膠轉(zhuǎn)變?yōu)棣ЬS網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的彈性態(tài)娃橡膠材 料。
[0024] 進一步，所述結(jié)構(gòu)化控制劑為六甲基環(huán)Η娃氮焼、八甲基環(huán)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(jié)構(gòu)的處理劑使用，可W有效調(diào)節(jié)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(lián)劑為環(huán)氧偶聯(lián)劑和丙帰醜氧基偶