探析芳纶三元乙丙绝热技术研究

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1、西北工业大学硕士学位论文芳纶/三元乙丙绝热技术研究姓名：王琪申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：寇开昌;苏昌银20061208两北【：业大学r稗硕十学位论文摘要固体火箭发动机的工作过程中，燃烧室内部的温度高达2000。C以上，内绝热材料需要承受高温高压气流的高速冲刷。为提高内绝热材料的抗冲刷性能，降低烧蚀率，目前普遍的做法是在内绝热材料中加入一定量的纤维材料。80年代以来国内绝热层中普遍使用石棉纤维给环境和操作人员带来了污染和伤害，寻找低密度、高残炭率、耐烧蚀短纤维将成为石棉纤维的最佳替代品，成为非石棉短纤维增强绝热层材

2、料研究的发展方向。研制新的非石棉短纤维增强的绝热层。已经成为高性能绝热层材料追求的目标。芳纶短纤维因其良好的综合性能已经被国内外的研究者所接受，并报道了一系列专利。但是芳纶短纤维价格昂贵，增加了材料的成本，同时，芳纶纤维的密度仍然较高，发动机的消极质量较高，而且芳纶纤维的高温残炭率较低，不利于绝热层材料的成炭。本文针对这些问题，从降低绝热层材料相对密度和纤维的成炭机理考虑，首次将密度更低、价格低廉的炭纤维原丝⋯一聚丙烯腈纤维(即腈纶纤维)添加到EPDM／NBR共混胶料中制成绝热层材料，向100份橡胶中分别添加不同长度和不同用量

3、的腈纶短、芳纶短纤维和腈纶与芳纶混杂短纤维，通过对三种短纤维增强体系各性能的深入对比研究，取得了以下主要结果：1．分别比较了腈纶短纤维和芳纶短纤维的长度及用量对绝热层拉伸强度、断裂伸长率、烧蚀速率和相对密度的影响，发现短纤维的长度采用5mm、用量采用6份，绝热层材料可以获得较高的强度和断裂伸长率、较低的烧蚀速率和相对密度；同时发现采用腈纶短纤维对绝热层材料进行补强，材料的断裂伸长率要比采用芳纶短纤维补强体系高，烧蚀速率和相对密度要比芳纶短纤维补强体系低，对降低火箭发动机的消极质量非常有利。2．由于腈纶短纤维在炼胶机混炼过程中短

4、纤维的长度保持率不及芳纶短纤维，造成腈纶短纤维增强体系在拉伸强度方面低于芳纶短纤维增强体系，而将腈纶纤维与芳纶纤维按照质量比为l：l的比例添加到绝热层材料中，即可获得接近于芳纶增强体系的较高拉伸强度和接近于腈纶增强体系的大伸长率、低烧蚀速率和低相对密度等性能。3．根据短纤维在绝热层材料中的取向于烧蚀平面的关系，提出了立式制样工艺和平行制样工艺。结果发现，在立式制样工艺下，短纤维都是垂直于烧蚀平面，能够对炭化层颗粒起到很好的铆钉、固结作用，即束缚了炭化层的膨胀，也提高了材料的抗烧蚀性能，使得试样的烧蚀速率均低于短纤维的取向平行I

5、西北一，：业大学1‘稃硕十学停论文摘要于烧蚀平面的试样，即低于平行制样工艺的试样。4．分别研究了白炭黑和硼酚醛树脂各自的用量对绝热层材料的力学性能、烧蚀性能和相对密度等的影响，发现白炭黑和硼酚醛树脂各自的最佳用量均为20份；同时还发现，硼酚醛树脂由于具有柔性更大的一0一B一键和较多的苯环结构，不仅可以全面提高绝热层材料力学性能、断裂伸长率，而且材料的炭化层比较致密，能够抵抗高速燃气流的冲刷作用，降低了绝热层材料的烧蚀速率。5．经过优化过的实验配方，绝热层材料MD方向上的拉伸强度为5，804MPa，断裂伸长率为360％，线烧蚀速

6、率为O．0364mm／s，质量烧蚀速率为0．033769／s，密度为1．07459／cm3，与金属壳体的界面粘结强度达到了2．14MPa。6．通过芳纶／腈纶短纤维共混EPDM／NBR绝热层的应用研究，得出了该材料在固体火箭发动机应用工艺和实际烧蚀数据。关键词：腈纶芳纶绝热层材料EPDMNBR烧蚀速率论文类型：应用研究II西北r业大学r捍硕￡学付论文摘要Abstractn坞temperatureinthecombustionchamberduringoperationprocessofsolidrocketmotor(SRM)n

7、ormallyrisesuptomorethan2000"(2，thereforethematerialsofinternalinsulationalerequiredtoendurehi．曲一velocitysweepbygasflowunderhigIltemperatureaswell嬲highpressure．Inordertoimprovetheanti-erosionpropertiesanddecreaSeerosionrate．amethodofintroducinganappropriateamountoff

8、ibresintointernalinsulationmaterialsisadoptusually．Inconsideraionofpollutionofenvironmentandinjuryofoperatorsbyasbestosfibres．whichhasbeen