耐烧蚀三元乙丙橡胶绝热层材料的性能研究

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1、制造技术研究2010年6扈第3期耐烧蚀三元乙丙橡胶绝热层材料的性能研究秦锋张崇耿张新航王纪霞(西安长峰机电研究所，西安710065)摘要：通过提出固体火箭发动机绝热层的炭层质量对其烧蚀性能的影响，研究了以耐烧蚀树脂为主的改进三元乙丙橡胶耐烧蚀性能的绝热层材料配方。结果表明，树脂含量在15份(100份橡胶)时，材料有着较好的烧蚀性能(线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0．048舢耐s，0．045∥s)和力学性能(拉伸强度和断裂伸长率分别为5．68MPa，398．1％)．为研究耐烧蚀、抗冲刷条件下的绝热层材料提供了可靠的参考。关键词：三元乙丙橡胶；耐烧蚀树脂；绝热层；

2、烧蚀性能StudyonAblation—resistingPropeniesofEPDMInsulationMaterialQinFengZh锄gChonggengzhaIlg)(inhaIlgWaIIgJixia(Xi’锄ChangfengMech锄ical—electricalResearchInstitute，Xi’孤710065)Abstmct：IIltllispaper’meinfluenceofcarbonlayerqual埘ofsohdrocketmotorinsulationonablationprope啊areadV觚ced，thenit

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4、lichismainlyofablation-rcsistingresinw曲impmVeda_blation—resistingproper哆．TheresultsshowthattheinsulationhasgoodablationpmpertyundertIlecontent15pansofresin，iIlmemeaIl血ne，h北ablationrateis0．048舢[Il／s，massabl撕on￡ateis0．045∥s，锄dtImsiles仃engttlis5．68MPa

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6、Iisstudyishelpfult0researcI血gtheiIlsulationmaterialunderabl撕on—resisting锄demsion—resistingconditions．Key啪r．ds：EPDM；ablation—resis劬gresiIl；insulation；ablalionprope啊1引言绝热层是固体火箭发动机内防热结构的重要部分，起着防止发动机燃烧室壳体内温度达到危及自身结构完整性及抵抗高温、高燃气流及颗粒物冲蚀的作用。三元乙丙橡胶因其热分解温度高、

7、热分解吸热大、耐热氧老化性能好、充填系数大，与多种推进剂及壳体复合材料均有良好的相容性，是发动机理想的壳体内绝热材料【l】。目前国内外广泛采用三元乙丙／芳纶纤维体系【2】，并成功应用于多种型号的发动机防热材料中，西安长峰机电研究所生产的J210．6、J210-8配方口】、湖北红星化学研究所生产的J421配方【4J均采用三元乙丙橡胶体系并应用于型号产品。国内对绝热层的烧蚀机理研究较少，初步认为绝热层在燃烧时受到了物理侵蚀和化学分解，而且炭化速度相当快，图1为烧蚀试样在ls左右的烧蚀时间下表面的成炭现象。本文指出了绝热层在工作环境中有着很快的成炭速度，炭层质量

8、(残炭率、炭层的致密程度和炭化层与热解层间的结合程度)对绝热层耐烧蚀、抗冲刷性能具有一定的影响。耐烧蚀树脂151因其具有优异的耐热性和高的成炭性，已经被用于固体火箭发动机喷管复合材料，在烧蚀材料中具有一定的应用价值，是提高绝热层炭层质量的重要材料之一。所以，本文以三元乙丙橡胶为基体，耐烧蚀树脂为主要成炭材料，开展了绝热层材料的性能研究。作者简介：秦锋(1987一)，助理工程师，化学专业；研究方向：复合材料成型与固体火箭发动机绝热层研究。收稿日期：2叭o-04—2626制造技术研究航天制造技术烧蚀性能以烧蚀率和炭层烧蚀现象表征，按国军标GJB323—1996

9、测试，烧蚀时间20s。机械性能以拉伸强度和断裂伸长率表征，按标准GB厂1’528—1998测。试，拉伸速度500mm／mn测试温度20℃。图11s左右烧蚀试样的外表炭化图2试验方法2．1试验材料及设备材料：三元乙丙橡胶(工业级)、有机纤维(工业级)、耐烧蚀树脂(工业级)、氧化锌(化学纯)、硫化剂(工业级)、白炭黑(工业级)、阻燃剂(工业级)。设备：XK．160开放式炼胶机、0．5MNXLB—D400×400×2．Z平板硫化机、氧乙炔烧蚀试验装置、CMr-5204微机控制电子万能试验机。2．2绝热层材料配方基本配方组成：EPDM、有机纤维、耐烧蚀树脂、氧化锌

10、、阻燃剂、自炭黑、硫化剂。2．3试样制作先在开炼机上塑炼三元乙丙橡