硅橡胶属于有机硅高分子，是唯一一类在主链上不含有碳原子的聚合物弹性体^[1]。硅橡胶交联固化硫化之前为线形聚硅氧烷，具有很高的摩尔质量，称为硅生胶，硫化后成为网络状弹性体。其基本结构单元是以重复交替的硅氧键（-Si-O-）为主链，侧链是与硅原子相连的其他有机基团^[2]，如甲基、乙烯基、苯基等。因此，硅橡胶既具有有机基团，又具有无机结构。这种特殊的分子结构使得硅橡胶同时具备了有机物与无机物的性质和功能，具有其他橡胶所不具备的独特的优良性能^[3]。

从20世纪80年代开始，硅橡胶就被广泛用于高温领域。硅橡胶烧蚀材料应用最显著的例子是RTV560和道康宁公司的DC 93-104，RTV560是填充了SiO2和Fe₂O₃的发泡型硅橡胶，在热流下该防护材料形成含SiO₂、SiC和FeSiO₃复合物的泡沫结构。国内外对硅橡胶烧蚀材料都做了较多研究，期望从基体和填料两个方面来进一步提高硅橡胶材料的烧蚀性能。在硅橡胶烧蚀材料中，普遍认为含苯基的硅橡胶烧蚀性能要优于含甲基或低苯基含量的硅橡胶，在高流速、高冲刷的环境下，苯基出现在硅橡胶结构中，可以成炭保留在炭化层中，使炭化层变得更加致密^[4]。栾贻浩^[5]测试了三种硅橡胶的烧蚀性能，发现苯基硅橡胶的炭层质厚并且致密坚硬，苯基含量越高，炭层越厚。张长贵等^[6]指出生胶的残炭率是影响硅橡胶烧蚀速率的主要因素，而与硅橡胶基体的最大热分解温度相关性较小。

通常情况，硅橡胶基体并不会单独作为烧蚀材料使用，必须添加填料来提高其耐烧蚀性能，主要为纤维和颗粒填料。碳纤维、高硅氧、SiC 纤维等耐高温无机纤维，PPTA 和 PSA 等一些有机纤维都有研究。硅橡胶中添加的耐烧蚀颗粒类型比较多，不同的填料对烧蚀速率和炭化层结构影响较大^[7-10]。玻璃粉可以促进硅橡胶瓷化，形成可耐 1000℃的坚硬致密陶瓷层。随着玻璃粉用量的增加，材料力学性能下降，瓷化性能增强。一般研究用的是低熔点的玻璃粉，价格昂贵，所以在工业化应用中受限。Yang 等^[11]比较了ZrO₂ 和ZrC对硅橡胶力学和烧蚀性能的影响，添加 40 phr的 ZrO₂ 和ZrC后复合材料线烧蚀率分别下降了72%和40%，但显著降低了断裂伸长率。杨栋^[12]考察了不同含量的八乙烯基-POSS (OVP) 对硅橡胶性能的影响，随着 OVP 含量增加，参与交联反应的乙烯基增多从而导致交联密度显著增加，因此复合材料残炭率提高，烧蚀速率下降，但急剧降低了力学性能。

在硅橡胶烧蚀材料中，为了达到更低的烧蚀率，从而提高其整体耐烧蚀性能，以满足高速燃气冲刷甚至氧化环境中的防护要求^[13，14]，通常需在配方中添加纤维和耐烧蚀填料^[15]。本研究以甲基乙烯基硅橡胶作为基体，以低熔点玻璃粉和硼化钛填料，短切碳纤维作为增强材料，硫化制备耐热硅橡胶复合材料，并研究其质量损失机理。目的是获得性能优异的硅橡胶烧蚀材料，在保证耐烧蚀性能的前提下，通过添加少量合适的无机填料，使硅橡胶复合材料在室温下保留较高的力学强度和断裂伸长率，同时不显著增加成型材料的密度。

目前，随着固体火箭技术的发展，对发动机燃烧室及补燃室的热防护要求越来越苛刻，特别是补燃室中的富氧环境会使碳骨架绝热材料烧蚀率增大。为了保证补燃室的安全工作，并减小绝热层带来的消极质量，必须研制合适类型的绝热材料，并提高其在高温氧化性环境中的耐烧蚀性能，才能实现使用薄的绝热层对补燃室壳体进行长时间热防护之目的。近年来硅橡胶烧蚀材料受到了广泛关注，在硅橡胶基绝热材料研制方面，国内外研究者们经过多年努力，已经取得了一定成果，但有关硅橡胶基绝热材料烧蚀机理和模型方面的研究较少，对硅橡胶基绝热材料烧蚀特点和烧蚀过程认识不足，因此开展上述基础问题研究十分必要。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以甲基乙烯基硅橡胶作为基体，以低熔点玻璃粉和硼化钛填料，短切碳纤维作为增强材料，硫化制备耐热硅橡胶复合材料。

材料表征及质量损失机理研究：对耐热硅橡胶试样进行密度测量，对不同纤维含量的试样测量其拉伸强度、弯曲强度、硬度等性能，对硅橡胶复合材料烧蚀后使用XRD技术、SEM分析技术、热重分析技术等研究其微观结构、断面形貌以及高温过程中的质量损失机理。

2.2 研究目标

掌握硅橡胶复合材料制备技术；获得耐热硅橡胶复合材料密度等性能变化规律；获得硅橡胶复合材料在高温过程中的质量损失机理。