本發(fā)明屬于固體火箭發(fā)動機絕熱材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料。
背景技術(shù)：
固體火箭發(fā)動機通常多采用傳統(tǒng)的橡膠基絕熱材料，為了解決材料邊分解邊剝落、無法形成材料碳化層的問題，開發(fā)了定長碳纖維(平鋪)增強酚醛改性丁腈橡膠絕熱材料以及編織碳纖維增強酚醛改性丁腈橡膠絕熱材料。該類材料性能優(yōu)越，但隨著發(fā)動機性能的提高，尤其在富氧環(huán)境的工作，碳纖維容易氧化和燃燒，降低了其耐燒蝕性能。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料及制備方法，以解決其在富氧環(huán)境下容易氧化和燃燒的難題、達到提高其耐燒蝕性能的目的。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料，采用按重量份計的以下材料制成：丁腈橡膠為100份、碳化硅纖維為20～30份、酚醛樹脂為20～32份、鄰苯二甲酸二丁酯為20～30份、白炭黑為10～20份、硬脂酸為0.5～1份、促進劑tmtd為1～2份、防老劑d為1～2份、沉降硫磺為1～2份。
優(yōu)選的方案中，丁腈橡膠為100份、碳化硅纖維為25～28份、酚醛樹脂為25～28份、鄰苯二甲酸二丁酯為25～28份、白炭黑為10-15份、硬脂酸為0.5～1份、促進劑tmtd為1～2份、防老劑d為1～2份、沉降硫磺為1～2份。
進一步地，所述的酚醛樹脂為硼酚醛樹脂。
進一步地，碳化硅纖維為晶須；晶須的直徑為0.1～2um，長度為20～300um。
本發(fā)明還涉及所述材料的制備方法，具體步驟為：
1)采用密煉機對丁腈橡膠進行混煉，先加入生膠，煉制1-3min，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯，煉制40-60min，存放24h后，加入白炭黑、硬脂酸、防老劑d，煉制20～25min，最后加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺，煉制30min，煉制4次；
2)混煉結(jié)束后，將膠料在密煉機內(nèi)存放24h-48h，然后進行真空混煉，煉制時間20-30min，溫度≤40℃，煉制5次；
3)將步驟2)中所得的膠料置于擠出機料艙內(nèi)，進行真空擠出，擠出次數(shù)為4～5次，得到該材料。
進一步地，生膠的煉制溫度為50～70℃，加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺后的煉制溫度為40～50℃；加入白炭黑為、硬脂酸、防老劑d后的煉制溫度為50～60℃。
進一步地，步驟2)中的真空混煉時，控制密煉機內(nèi)真空度≤2.67kpa。
進一步地，步驟3)中真空擠出時，擠出機內(nèi)的真空度≤1.33kpa。
進一步地，步驟3)中擠出前對擠出機進行升溫至50℃～60℃，并保溫30～60min。
本發(fā)明具有以下有益效果：
1、在丁腈橡膠性橡膠體中添加了碳化硅纖維，有效降低了材料中的含碳量，增加了其他非金屬材料的比例，因此，在富氧環(huán)境下，可以大幅度地提高其耐燒蝕性能，有利于火箭發(fā)動機的正常工作。采用碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料具有良好的力學(xué)性能和較低的線燒蝕率，具有良好的使用性能以及質(zhì)量穩(wěn)定，可以滿足實際研發(fā)與生產(chǎn)要求。
傳統(tǒng)丁腈橡膠煉制時通過雙輥煉膠機完成的，雙輥間的剪切力非常大，容易導(dǎo)致碳化硅纖維的斷裂，降低其長度，從而影響其耐燒蝕性能，本發(fā)明中通過采用密煉機和擠出機的制造工藝，確保碳化硅纖維保持一定的長度，提高其耐燒蝕性能。為了確保其密煉效果，還進行了多次煉制。
2、在制備過程中通過控制物料加入后的煉制溫度，可以防止由于過熱產(chǎn)生焦燒，同時有利于在加熱狀態(tài)下混合均勻。增加煉制次數(shù)，有利于提高均勻度。
3、增加真空煉制的過程，可以進一步提高煉制效率與質(zhì)量，提高組份的均勻度和組分之間的結(jié)合度。通過存放24h，可以促進組份之間的融合，尤其是確保小分子組份的遷移，提高其均勻性。通過該方法制備出的膠料性能穩(wěn)定。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表述的范圍。
實施例1：
一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料，采用按重量份計的以下材料制成：丁腈橡膠材料為100份、碳化硅纖維為20份、硼酚醛樹脂為20份、鄰苯二甲酸二丁酯為20份、白炭黑為10份、硬脂酸為0.5份、促進劑tmtd為1份、防老劑d為1份、沉降硫磺為1份；
具體步驟為：
1)采用密煉機對丁腈橡膠進行混煉，先加入生膠，煉制1-3min，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯，煉制40-60min，存放24h后，加入白炭黑為、硬脂酸、防老劑d，煉制20～25min，最后加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺，煉制30min，煉制4次；
2)混煉結(jié)束后，將膠料在密煉機內(nèi)存放24h-48h，然后進行真空混煉，煉制時間20-30min，溫度≤40℃，煉制5次；
3)將步驟2)中所得的膠料置于擠出機料艙內(nèi)，進行真空擠出，擠出次數(shù)為4～5次，得到該材料。
材料在150℃，2mpa壓強下，硫化1h后的性能數(shù)據(jù)見表1。
實施例2：
一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料，采用按重量份計的以下材料制成：丁腈橡膠材料為100份、碳化硅纖維為30份、硼酚醛樹脂為32份、鄰苯二甲酸二丁酯為30份、白炭黑為20份、硬脂酸為1份、促進劑tmtd為2份、防老劑d為2份、沉降硫磺為2份。
具體步驟為：
1)采用密煉機對丁腈橡膠進行混煉，先加入生膠，煉制1-3min，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯，煉制40-60min，存放24h后，加入白炭黑為、硬脂酸、防老劑d，煉制20～25min，最后加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺，煉制30min，煉制4次；
2)混煉結(jié)束后，將膠料在密煉機內(nèi)存放24h-48h，然后進行真空混煉，煉制時間20-30min，溫度≤40℃，煉制5次；
3)將步驟2)中所得的膠料置于擠出機料艙內(nèi)，進行真空擠出，擠出次數(shù)為4～5次，得到該材料。
材料在150℃，2mpa壓強下，硫化1h后的性能數(shù)據(jù)見表1。
實施例3：
一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料，采用按重量份計的以下材料制成：丁腈橡膠材料為100份、碳化硅纖維為25份、硼酚醛樹脂為25份、鄰苯二甲酸二丁酯為25份、白炭黑為15份、硬脂酸為0.5份、促進劑tmtd為1.5份、防老劑d為1.5份、沉降硫磺為1.5份；
具體步驟為：
1)采用密煉機對丁腈橡膠進行混煉，先加入生膠，煉制1-3min，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯，煉制40-60min，存放24h后，加入白炭黑為、硬脂酸、防老劑d，煉制20～25min，最后加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺，煉制30min，煉制4次；
2)混煉結(jié)束后，將膠料在密煉機內(nèi)存放24h-48h，然后進行真空混煉，煉制時間20-30min，溫度≤40℃，煉制5次；
3)將步驟2)中所得的膠料置于擠出機料艙內(nèi)，進行真空擠出，擠出次數(shù)為4～5次，得到該材料。
材料在150℃，2mpa壓強下，硫化1h后的性能數(shù)據(jù)見表1。
實施例4：
一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料，采用按重量份計的以下材料制成：丁腈橡膠材料為100份、碳化硅纖維為25份、硼酚醛樹脂為25份、鄰苯二甲酸二丁酯為25份、白炭黑為15份、硬脂酸為0.5份、促進劑tmtd為1.5份、防老劑d為1.5份、沉降硫磺為1.5份；
碳化硅纖維為晶須。
具體步驟為：
1)采用密煉機對丁腈橡膠進行混煉，先加入生膠，煉制1-3min，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯，煉制40-60min，存放24h后，加入白炭黑為、硬脂酸、防老劑d，煉制20～25min，最后加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺，煉制30min，煉制4次；
2)混煉結(jié)束后，將膠料在密煉機內(nèi)存放24h-48h，然后進行真空混煉，煉制時間20-30min，溫度≤40℃，煉制5次；
3)將步驟2)中所得的膠料置于擠出機料艙內(nèi)，進行真空擠出，擠出次數(shù)為4～5次，得到該材料。
材料在150℃，2mpa壓強下，硫化1h后的性能數(shù)據(jù)見表1。
實施例5：
一種碳化硅纖維增強丁腈橡膠材料，采用按重量份計的以下材料制成：丁腈橡膠材料為100份、碳化硅纖維為25份、硼酚醛樹脂為25份、鄰苯二甲酸二丁酯為25份、白炭黑為15份、硬脂酸為0.5份、促進劑tmtd為1.5份、防老劑d為1.5份、沉降硫磺為1.5份；晶須的直徑為2um，長度為100um。
具體步驟為：
1)采用密煉機對丁腈橡膠進行混煉，先加入生膠，煉制1-3min，然后加入鄰苯二甲酸二丁酯，煉制40-60min，存放24h后，加入白炭黑為、硬脂酸、防老劑d，煉制20～25min，最后加入碳化硅纖維、酚醛樹脂、促進劑、沉降硫磺，煉制30min，煉制4次；
2)混煉結(jié)束后，將膠料在密煉機內(nèi)存放24h-48h，然后進行真空混煉，煉制時間20-30min，溫度≤40℃，煉制5次；
3)將步驟2)中所得的膠料置于擠出機料艙內(nèi)，進行真空擠出，擠出次數(shù)為4～5次，得到該材料。
材料在150℃，2mpa壓強下，硫化1h后的性能數(shù)據(jù)見表1。由此可見，采用本發(fā)明的技術(shù)方案得到的材料在富氧狀態(tài)下的線燒蝕率要明顯低于現(xiàn)有的材料。
表1中的常規(guī)材料為碳纖維增強三元乙丙橡膠材料。
表1。