有机先驱体对硅橡胶基绝热材料性能的影响

论文摘要

固体火箭发动机燃烧室中温度高达3000℃以上,因此要求绝热材料具备好的耐高温、抗烧蚀性能。硅橡胶基绝热材料具有良好的高温抗氧化和耐烧蚀能力,是一种先进的高性能绝热材料。在烧蚀过程中,硅橡胶基绝热材料生成含Si C、C和Si O2的陶瓷层。显然,陶瓷层是硅橡胶基绝热材料耐烧蚀的关键结构。但目前缺乏对陶瓷层性质（结构和组成）与线烧蚀率关系的认识,也未知可生成陶瓷的先驱体种类及含量对绝热材料的耐烧蚀性能和陶瓷层性质的影响。因此,认识上述关系可为绝热材料的配方设计和性能优化提供依据,有利于进一步降低硅橡胶基绝热材料的线烧蚀率。本文分别研究了富碳先驱体（酚醛树脂、先驱体A和先驱体B）、富硅先驱体（聚碳硅烷、乙烯基聚碳硅烷和先驱体C）对硅橡胶基绝热材料性能和陶瓷层性质的影响。通过改变富碳先驱体、富硅先驱体的种类和含量,调节绝热材料的线烧蚀率和陶瓷层的性质,研究硅橡胶基绝热材料线烧蚀率与陶瓷层性质之间的相关性。在硅橡胶基绝热材料体系中引入富碳先驱体后,可降低绝热材料的线烧蚀率,提高管式炉条件下绝热材料陶瓷化率、管式炉陶瓷化试样和氧-乙炔焰烧蚀试样陶瓷层中原位生成的Si C含量。在三种富碳先驱体中,先驱体B对降低绝热材料线烧蚀率最有效。当先驱体B含量为14.6%时,绝热材料的线烧蚀率为0.112mm·s-1。随着氧-乙炔焰烧蚀含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷层中C含量、Si C含量和C/Si摩尔比的增大,Si O2含量的降低,绝热材料的线烧蚀率逐渐减小。在硅橡胶基绝热材料体系中引入富硅先驱体后,提高了管式炉条件下绝热材料的陶瓷化率和氧-乙炔焰烧蚀试样陶瓷层中原位生成的Si C含量。当PCS含量为14.6%时,绝热材料的管式炉陶瓷化率和氧-乙炔焰烧蚀试样的陶瓷层中Si C含量均为最高。当先驱体C含量为14.6%时,绝热材料的线烧蚀率最小,为0.115 mm·s-1。富碳先驱体和富硅先驱体都具有提高硅橡胶基绝热材料烧蚀过程中原位生成Si C的能力。在管式炉条件下,含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷化试样中Si C含量高于含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷化试样中Si C含量。但在氧-乙炔焰烧蚀条件下,两类绝热材料的陶瓷层中Si C含量相差不大。富碳先驱体和先驱体C都能有效降低绝热材料的线烧蚀率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 硅橡胶基绝热材料
• 1.2.2 有机先驱体
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 实验方法和实验条件
• 2.1 实验原料及实验仪器
• 2.2 硅橡胶基绝热材料的制备工艺
• 2.2.1 原材料处理
• 2.2.2 橡胶混炼
• 2.2.3 碾片
• 2.2.4 硫化
• 2.3 分析方法与表征手段
• 2.3.1 耐烧蚀性能
• 2.3.2 力学性能
• 2.3.3 密度
• 2.3.4 陶瓷层孔隙率
• 2.3.5 陶瓷层的化学组成
• 2.3.6 陶瓷化率
• 2.3.7 陶瓷产物的物相
• 2.3.8 陶瓷层的形貌
• 第三章 含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料的性能
• 3.1 富碳先驱体对硅橡胶基绝热材料性能的影响
• 3.1.1 富碳先驱体对硅橡胶基绝热材料力学性能的影响
• 3.1.2 富碳先驱体对硅橡胶基绝热材料线烧蚀率的影响
• 3.2 富碳先驱体及其硅橡胶基绝热材料的热分解特性
• 3.2.1 富碳先驱体的热分解特性
• 3.2.2 含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料的热分解特性
• 3.3 富碳先驱体对硅橡胶基绝热材料原位生成陶瓷反应的影响
• 3.3.1 富碳先驱体的陶瓷化反应特性
• 3.3.2 管式炉中含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷化反应特性
• 3.3.3 氧-乙炔焰烧蚀含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料的陶瓷化反应特性
• 3.4 含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料线烧蚀率与陶瓷层性质的相关性
• 3.4.1 含先驱体A硅橡胶基绝热材料
• 3.4.2 含先驱体B硅橡胶基绝热材料
• 3.4.3 含酚醛硅橡胶基绝热材料
• 3.4.4 含富碳先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷层性质对线烧蚀率影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料的性能
• 4.1 富硅先驱体对硅橡胶基绝热材料性能的影响
• 4.1.1 富硅先驱体对硅橡胶基绝热材料力学性能的影响
• 4.1.2 富硅先驱体对硅橡胶基绝热材料线烧蚀率的影响
• 4.2 富硅先驱体及其硅橡胶基绝热材料的热分解特性
• 4.2.1 富硅先驱体的热分解特性
• 4.2.2 含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料的热分解特性
• 4.3 富硅先驱体对硅橡胶基绝热材料原位生成陶瓷反应的影响
• 4.3.1 富硅先驱体的陶瓷化反应特性
• 4.3.2 管式炉中含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷化反应特性
• 4.3.3 氧-乙炔焰烧蚀含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料的陶瓷化反应特性
• 4.4 含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料线烧蚀率与陶瓷层性质的相关性
• 4.4.1 含LPVCS硅橡胶基绝热材料
• 4.4.2 含PCS硅橡胶基绝热材料
• 4.4.3 含先驱体C硅橡胶基绝热材料
• 4.4.4 含富硅先驱体硅橡胶基绝热材料陶瓷层性质对线烧蚀率影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果