硅基绝热材料配方及POSS的应用探索研究

论文摘要

为满足固体火箭发动机对高性能内绝热层的需求,本文以获得性能优异的硅基绝热材料为目标,通过基础配方正交实验和性能调节,系统研究各主要组分对硅基绝热材料性能的影响,并探索笼型低聚倍半硅氧烷（POSS）在硅基绝热材料中的应用,建立调节硅基绝热材料耐烧蚀、力学性能的技术途径,并获得性能良好的硅基绝热材料配方。研究结果表明:碳纤维的用量是影响耐烧蚀性能的主导因素,提高碳纤维用量、提高橡胶基体中苯基硅橡胶的用量或减少配方中SiO2的用量可提高硅基绝热材料耐烧蚀性能。气相SiO2及纤维的含量是硅基绝热材料力学性能的主导因素,调节苯基硅橡胶含量至合理水平、增大气相SiO2含量、适当降低碳纤维用量或者对碳纤维表面进行处理可提高硅基绝热材料力学性能。最佳短切纤维长度为2mm5mm,最佳纤维处理方式为空气气氛中400℃氧化1h。在硅基绝热材料体系中,本研究所采用的阻燃剂效果不佳。获得的性能较为优良的硅基绝热材料配方为:50份甲基乙烯基硅橡胶,50份苯基硅橡胶,30份气相法SiO2,12份碳纤维（2mm,400℃空气氧化处理）,1份硫化剂。其线烧蚀率为0.0545mm/s,质量烧蚀率为0.0538g/s,陶瓷化比率为0.4834,拉伸强度为3.86MPa以上,断裂延伸率在150%以上。多乙烯基POSS的加入明显提高了硅基绝热材料的交联密度。交联密度的提高增加了材料的热稳定性,并改善了材料的耐烧蚀性能,但过高的交联密度不利于材料力学性能。

论文目录

• 主要符号说明
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 绝热材料的研究进展
• 1.2.2 硅基绝热材料的性能研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 实验方法及实验条件
• 2.1 原料及实验仪器
• 2.2 硅基绝热材料的制备工艺
• 2.2.1 混炼
• 2.2.2 碾片
• 2.2.3 硫化
• 2.2.4 切片
• 2.3 硅基绝热材料的性能测试方法
• 2.3.1 耐烧蚀性能测试
• 2.3.2 力学性能测试
• 2.3.3 密度测试
• 2.3.4 热分解性能测试
• 2.3.5 交联密度测试
• 2.4 数据处理方法
• 第三章 硅基绝热材料基础配方研究
• 3.1 硅基绝热材料基础配方正交实验设计
• 3.2 硅基绝热材料基础配方的耐烧蚀性能
• 3.3 硅基绝热材料基础配方的力学性能
• 3.4 硅基绝热材料基础配方的密度
• 3.5 本章小结
• 第四章 硅基绝热材料的性能优化
• 4.1 硫化硅橡胶力学性能的影响因素
• 4.1.1 两种硅橡胶配比对硫化硅橡胶力学性能的影响
• 4.1.2 硫化剂对硫化硅橡胶力学性能的影响
• 2 对硫化硅橡胶力学性能的影响'>4.1.3 气相SiO₂对硫化硅橡胶力学性能的影响
• 4.2 纤维长度及表面处理对硅基绝热材料性能的影响
• 4.2.1 纤维长度对硅基绝热材料性能的影响
• 4.2.2 纤维表面处理对硅基绝热材料性能的影响
• 4.3 阻燃剂对硅基绝热材料性能的影响
• 4.3.1 阻燃剂种类对硅基绝热材料性能的影响
• 4.3.2 阻燃剂含量对硅基绝热材料性能的影响
• 4.4 本章小节
• 第五章 POSS-酚醛体系在硅基绝热材料中的应用探索
• 5.1 POSS-酚醛体系对硅橡胶力学性能的影响
• 5.1.1 POSS 对硅橡胶力学性能的影响
• 5.1.2 改性酚醛对硅橡胶力学性能的影响
• 5.1.3 POSS-酚醛体系对硅橡胶力学性能的影响
• 5.2 POSS-酚醛体系对硅基绝热材料性能的影响
• 5.3 本章小节
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果