本文關(guān)鍵詞：碳系填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料的制備與性能研究

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【摘要】：固體火箭發(fā)動機中的內(nèi)絕熱層設(shè)計是保證火箭發(fā)動機正常工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著高能推進劑的廣泛采用,以及先進的裝藥設(shè)計和大型裝藥澆鑄工藝的出現(xiàn),對絕熱層防護材料及其結(jié)構(gòu)提出了新的應(yīng)用環(huán)境及要求,包括質(zhì)輕、長時間絕熱、高效絕熱、高可靠性等。作為一種軟基熱防護材料,硅橡膠基耐燒蝕絕熱材料具有較低的密度和熱導(dǎo)率、優(yōu)良的吸熱能力、耐燒蝕性能和熱穩(wěn)定性等特點。該類型材料既能適用于長時間飛行、又能耐長時間燒蝕和高氣流剪切,且具有較好的隔熱性能。但硅橡膠基耐燒蝕絕熱材料在高溫下具有成碳率低,耐沖刷性差,不利于極高溫度下防護的缺點,另外在高溫環(huán)境下,材料會發(fā)生復(fù)雜的物理—化學(xué)變化和燒蝕相變,自主研發(fā)、制備新型硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料,預(yù)報材料耐燒蝕性能具有十分重要的意義。首先,以甲基乙烯基硅橡膠(VMQ)和甲基乙烯基苯基硅橡膠(PVMQ)為基體,白炭黑和碳黑作為補強填料,制備碳系填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料(C-SR)的基礎(chǔ)配方(C-SR-BF)。研究填料對基礎(chǔ)配方中材料性能的影響。實驗結(jié)果表明:PVMQ比VMQ有更優(yōu)異的耐熱性;碳黑對硅橡膠有補強作用,但填充碳黑的試樣燒蝕后質(zhì)量損失顯著。硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料基礎(chǔ)配方為PVMQ和VMQ各50份,白炭黑30份。其次,以納米石墨、碳黑為碳系填料,制備了碳系粉體填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料(CP-SR),考查了納米石墨、碳黑含量對CP-SR的影響。實驗結(jié)果表明,填充10份納米石墨的試樣,其抗拉強度為4.96 MPa,斷裂伸長率為1152%,達到最佳的拉伸性能;填充納米石墨可提高材料的耐燒蝕性能,特別是可降低線燒蝕率;納米石墨/碳黑復(fù)配對試樣的拉伸性能既能增強又能增韌,復(fù)配比為2/5時,抗拉強度達到5.61 MPa,斷裂伸長率達2819.5%,此時的試樣可抵抗高溫高速氣流的沖刷。最后,探索了不同含量的碳系纖維—碳納米管(CNTs)和碳纖維(Cf)對碳系纖維填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料(CF-SR)試樣拉伸性能、耐燒蝕性能和絕熱性能的影響以及表面復(fù)合碳纖維布對CF-SR試樣耐燒蝕絕熱性能的影響。實驗結(jié)果表明,填充0.5份和10份的碳納米管試樣,其抗拉強度分別為4.86 MPa和4.66MPa,少量的碳納米管即可大大提高材料的拉伸性能;碳納米管為1、2、3份時,CNTs-SR試樣的線燒蝕率均在0.1 mm/s左右波動,具有優(yōu)異的耐燒蝕性能。碳纖維填充量為10份時,Cf-SR試樣抗拉強度為4.3 MPa;碳纖維填充量為20份時,試樣的質(zhì)量燒蝕率為0.0091 g/s,線燒蝕率為0.031 mm/s,碳纖維可顯著提高材料耐燒蝕性。表面復(fù)合一層、二層、三層碳纖維布的的碳系纖維填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料,其拉伸性能、動態(tài)抗沖擊性能、耐燒蝕絕熱性能均明顯增強。
【關(guān)鍵詞】：熱硫化硅橡膠 耐燒蝕 絕熱 碳系材料 燒蝕層
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 前言13-14
• 1.2 絕熱層材料的組成及分類14-16
• 1.3 樹脂基絕熱層基體材料的研究進展16-18
• 1.3.1 酚醛樹脂基體材料的研究進展16-17
• 1.3.2 硅樹脂基體材料的研究進展17-18
• 1.3.3 聚芳基乙炔基體材料的研究進展18
• 1.4 碳/碳基絕熱層基體材料的研究進展18-19
• 1.5 橡膠基絕熱層基體材料的研究進展19-23
• 1.5.1 丁腈橡膠基體材料的研究進展19-20
• 1.5.2 三元乙丙橡膠基體材料的研究進展20-21
• 1.5.3 硅橡膠基體材料的研究進展21-23
• 1.6 碳系耐燒蝕填料的研究進展23-25
• 1.7 本文研究意義及內(nèi)容25-29
• 1.7.1 研究意義25-26
• 1.7.2 研究內(nèi)容26-29
• 第2章 碳系填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料基礎(chǔ)配方的確定29-43
• 2.1 引言29-30
• 2.2 實驗部分30-34
• 2.2.1 實驗原料30
• 2.2.2 實驗儀器30-31
• 2.2.3 樣品制備31-32
• 2.2.4 表征方法32-34
• 2.3 結(jié)果與討論34-40
• 2.3.1 兩種硅橡膠的耐熱性能研究34-35
• 2.3.2 碳黑與白炭黑的填充對基體橡膠性能的影響35-40
• 2.4 本章小結(jié)40-43
• 第3章 碳系粉體填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料的制備及性能研究43-63
• 3.1 引言43-44
• 3.2 實驗部分44-46
• 3.2.1 實驗原料44
• 3.2.2 實驗儀器44-45
• 3.2.3 樣品制備45
• 3.2.4 表征方法45-46
• 3.3 納米石墨含量對納米石墨填充硅橡膠試樣各項性能的影響46-57
• 3.3.1 納米石墨含量對NG-SR試樣拉伸性能的影響46-49
• 3.3.2 納米石墨含量對NG-SR試樣耐燒蝕絕熱性能的影響49-52
• 3.3.3 NG-SR試樣的燒蝕層結(jié)構(gòu)分析及化學(xué)組成52-55
• 3.3.4 納米石墨含量對NG-SR試樣摩擦性能的影響55-57
• 3.4 納米石墨/碳黑復(fù)配比對納米石墨/碳黑填充硅橡膠試樣各項性能的影響423.4.1 納米石墨/碳黑復(fù)配比對NG/CB-SR試樣拉伸性能的影響57-62
• 3.4.1 納米石墨/碳黑復(fù)配比對 NG/CB-SR 試樣拉伸性能的影響57-58
• 3.4.2 納米石墨/碳黑復(fù)配對NG/CB-SR試樣耐燒蝕絕熱性能的影響58-60
• 3.4.3 納米石墨/碳黑復(fù)配對NG/CB-SR試樣摩擦性能的影響60-62
• 3.5 本章小結(jié)62-63
• 第4章 碳系纖維填充硅橡膠耐燒蝕絕熱復(fù)合材料的制備及性能研究63-91
• 4.1 引言63
• 4.2 實驗部分63-66
• 4.2.1 實驗原料63-64
• 4.2.2 實驗儀器64-65
• 4.2.3 樣品制備65
• 4.2.4 表征方法65-66
• 4.3 碳納米管含量對碳納米管填充硅橡膠試樣各項性能的影響66-74
• 4.3.1 碳納米管含量對CNTs-SR試樣拉伸性能的影響66-67
• 4.3.2 碳納米管含量對CNTs-SR試樣耐燒蝕絕熱性能的影響67-70
• 4.3.3 CNTs-SR試樣的燒蝕層結(jié)構(gòu)分析及化學(xué)組成70-73
• 4.3.4 碳納米管含量對CNTs-SR試樣摩擦性能的影響73-74
• 4.4 碳纖維含量對碳纖維填充硅橡膠試樣各項性能的影響74-82
• 4.4.1 碳纖維含量對Cf-SR試樣拉伸性能的影響74-76
• 4.4.2 碳纖維含量對Cf-SR耐燒蝕絕熱性能的影響76-78
• 4.4.3 Cf-SR試樣的燒蝕層結(jié)構(gòu)分析及化學(xué)組成78-80
• 4.4.4 碳纖維含量對Cf-SR試樣摩擦性能的影響80-82
• 4.5 表面復(fù)合碳纖維布/聚硼硅氧烷對CF-SR應(yīng)用環(huán)境模擬研究82-88
• 4.5.1 碳纖維布/聚硼硅氧烷復(fù)合材料拉伸性能的表征82-84
• 4.5.2 表面復(fù)合碳纖維布/聚硼硅氧烷對CF-SR動態(tài)沖擊性能的影響84-85
• 4.5.3 表面復(fù)合碳纖維布/聚硼硅氧烷對硅橡膠耐燒蝕絕熱性能的影響85-88
• 4.6 本章小結(jié)88-91
• 結(jié)論91-93
• 參考文獻93-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果99-100
• 致謝100-101

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1 胡良全;薛忠民;肖永棟;王奎順;馬吉周;鮑國苗;;低密度防熱材料的動態(tài)燒蝕與隔熱特性研究[A];第十五屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2008年

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4 易法軍;劉永清;匡松連;翟鵬程;;炭/酚醛復(fù)合材料高溫?zé)g過程實驗研究[A];復(fù)合材料——基礎(chǔ)、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復(fù)合材料學(xué)術(shù)會議論文集（下）[C];2006年

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9 唐紅艷;王繼輝;馮武;張莉;;耐燒蝕材料的研究進展[A];中國硅酸鹽學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2003年

10 王蘇;崔季平;范秉誠;何宇中;;聚丙烯高溫?zé)峤饩蹌恿W(xué)[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2005論文摘要集（下）[C];2005年

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9 王立鋒;預(yù)熱燒蝕瑞利—泰勒不穩(wěn)定性射流狀尖釘形成機制[D];中國礦業(yè)大學(xué)（北京）;2011年

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2 許陽陽;低密度碳/酚醛復(fù)合材料燒蝕條件下的熱—化學(xué)耦合分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

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