摘 要

为了满足固体火箭发动机内衬层，导线绝缘层，生活防火材料等方面对于耐高温、绝缘、耐烧蚀材料的需求，国内外高分子材料领域的专家学者对于耐高温硅橡胶的开发和研究从来没有停止过。可瓷化硅橡胶，因为其良好的耐烧蚀性能，烧蚀过后形成的陶瓷层优异的力学性能，备受关注，一直是国内外研究的重点。通过硅藻土，玻璃粉，云母等无机矿物成分使得硅橡胶在被烧蚀后生成陶瓷层，和硼酚醛树脂等耐高温有机高分子对硅橡胶的改性，赋予硅橡胶优异的耐烧蚀和力学性能。并且，无机物，金属氧化物，有机高分子填充物的添加量、表面改性、颗粒大小都会对硅橡胶的性能产生很大的影响。

本文通过对硼酚醛含量不同的耐高温硅橡胶复合材料进行耐烧蚀性能、力学性能等方面的测试以及微观形貌的扫描分析，来研究硼酚醛树脂改性硅橡胶后，硅橡胶的耐热性能、力学性能的提升情况。研究表明，硼酚醛树脂的添加对于硅橡胶的耐热性能、拉伸性能有较好的提升，其拉伸强度从3.32MPa提升至5.60MPa。并且，在硅橡胶中添加硼酚醛树脂会对硅橡胶的耐烧蚀性能有所提升，在空气氛围下的烧蚀质量损失最低可以到万分之二，可以使硅橡胶在烧蚀之后更好的保持原有的形状，形成较为致密的陶瓷层，阻挡火焰和高温的传播。这样可以对陶瓷层后面的材料起到一个保护作用，减慢耐烧蚀硅橡胶的烧蚀损耗，有效阻止火焰的扩散。但是硅橡胶中添加的硼酚醛越多，其断裂伸长率从170.4%降低到了85.1%。

通过扫描电镜来对陶瓷化硅橡胶进行微观形貌的分析，从扫描电镜图片来看，硼酚醛树脂的含量越高，硅橡胶烧蚀后产生的陶瓷层越致密，空隙越少并且越小。

因此，可以发现硼酚醛会对硅橡胶的烧蚀性能和部分力学性能有较好的提升。

关键字：耐高温、硅橡胶、陶瓷化、酚醛树脂

Abstract

In order to meet the terms of the inner liner of solid rocket motors, wire insulation, fire protection materials for high-temperature life, insulation, ablative material demand, domestic and foreign experts and scholars in the field of polymer materials for the research and development of high-temperature silicone rubber never I never stopped. May porcelain silicone rubber, because of its good ablation resistance, excellent mechanical properties of ceramic layer formed after ablation, concern has been the focus of research at home and abroad. Through diatomaceous earth, glass powder, mica and other inorganic mineral component makes the silicone rubber layer formed ceramics, and boron phenolic resin and other high temperature organic polymer of silicone rubber modified after being ablated, giving a silicone rubber excellent resistance to erosion and mechanical properties. And, inorganic, metal oxide, the added amount of the organic polymer fillers, surface modification, the particle size will have a huge impact on the properties of silicone rubber.

Based on the boron phenolic content of different high-temperature silicone rubber composites were tested and morphology ablation resistance, mechanical properties and other aspects of the scan analysis to study boron modified phenolic resin after silicone rubber, silicone rubber heat properties, mechanical properties of the lift. Studies have shown that the addition of boron phenolic resin for heat-resistant properties of silicone rubber, has good tensile properties to enhance the tensile strength increased from 3.32MPa to 5.60MPa. Also, add in the silicone rubber boron phenolic resin will ablative properties of silicone rubber has improved, the minimum ablation mass loss in an air atmosphere can go to the ten thousandths, you can make the silicone rubber after ablation better to maintain the original shape of a relatively dense ceramic layer, blocking the spread of flames and high temperatures. This layer of ceramic material back to play a protective role in slowing the ablation ablative silicone rubber loss, effectively prevent the flames from spreading. But the more the silicone rubber added boron phenolic, elongation at break is reduced from 170.4% to 85.1%.

To analyze the microstructure of the ceramic silicone rubber by scanning electron microscopy, scanning electron microscopy image from the point of view, the content of boron phenolic resin is higher, the dense ceramic layer of silicone rubber produced after ablation, the fewer and smaller voids.

Keywords: ablation property , silicone-rubber, ceramic-based, phenolic resin.

目 录

摘 要 1

关键词 1

Abstract 2

key words 2

第1章 绪论 1

1.1概述 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 3

1.2.2 国外研究现状 4

1.3 本文研究内容 5

第2章 实验原料、仪器及实验方法 6

2.1 原料及实验仪器 6

2.2 测试与表征 7

2.3 试样的制备 8

2.3.1 设计配方并准备原料 8

2.3.2 混炼橡胶 8

2.3.3 硫化 8

2.3.4 切片 8

2.4 硅基绝热材料的性能测试 9

2.4.1 耐烧蚀性能测试 9

2.4.2 力学性能测试 9

第3章 数据分析 10

3.1 硫化数据 10

3.2 力学性能 11

3.3 烧蚀性能 12

3.3 扫描电镜 13

第4章 结论与展望 15

4.1 结论 15

4.2 展望 15

参考文献 16

致 谢 18

第1章 绪论

1.1概述

人们对耐高温、防火、隔热材料的需求和研究一直没有停止过，随着人们对耐高温材料的要求越来越高，普通的耐高温材料已经不能满足人们的要求，尤其是航天工业方面，固体火箭发动机隔热层对于隔热材料耐高温和耐气流冲刷的要求非常的高。陶瓷，这一无机矿物制品优异的耐高温，防火材料逐渐走进人们的视线。然而陶瓷的脆性，使得陶瓷制品在平常的保存、转运、维护中需要付出更大的代价。研究出一种既具有陶瓷那种优异的耐高温性能，又不那么脆的材料就迫在眉睫。能否研究出一种，平常时候具有良好的韧性且比较柔软，当在高温，或明火条件下能迅速转化成类陶瓷的材料就变成了一种可以尝试的途径。

早在2004年，Ｌ．Ｈａｎｕ^[1]等提出了可瓷化概念，在硅橡胶中添加无机物（二氧化硅、玻璃粉末等）或者矿物粉末（云母粉、硅藻土）等，制备可瓷化高分子复合材料^[2]。相比于普通的人造橡胶，主链有Si原子和O原子交替构成基本骨架的硅橡胶在耐高温和耐老化方面具有其特有的性质。虽然其内聚能低、分子链柔顺导致了其机械性能较差，但是通过增补填料，可以提高其强度。尤其是硅橡胶在高温条件下，分解产生大量的SiO₂残留，可以为后期的陶瓷化提供物质基础。虽然覆盖在烧蚀面的SiO₂残留物强度低，不能起到保护的作用，但是如果在其中添加了成瓷材料，如云母等，可以使得SiO₂形成致密的陶瓷层。同时在硅橡胶混炼过程中加入纳米级的SiO₂可以对硅橡胶的具有非常好的增补效应。由于纳米级二氧化硅特有的小尺寸效应和宏观量子隧道效应，可以在硅橡胶烧蚀分解过程中填充分解挥发产生的空隙，并且，其Si-O键与硅橡胶主链的重复单元骨架相同，具有非常好的结合能力，硅橡胶分子主链上的Si-O键和SiO₂表面的硅羟基发生缩合反应，硅橡胶与填料紧密结合可以在硅橡胶中形成结合橡胶层，具有很好的补强效果。