【摘要】：聚硅氧烷材料具有優(yōu)異的物理和化學性能,在燒蝕材料領(lǐng)域有著重要應(yīng)用前景。本文以端羥基聚硅氧烷為基礎(chǔ)聚合物,分別以白炭黑、碳酸鈣和功能填料H為聚合物填料,制備聚硅氧烷基燒蝕材料;以三乙氧基硅基封端聚硅氧烷聚合物為基礎(chǔ)聚合物,通過共聚改性,制備改性聚硅氧烷基燒蝕材料,并對兩種燒蝕材料的燒蝕性能進行研究。用端羥基聚硅氧烷與4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)進行端基反應(yīng),得到異氰酸酯基聚硅氧烷預(yù)聚物,然后用氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)與異氰酸酯基聚硅氧烷預(yù)聚物反應(yīng),制備三乙氧基硅基封端聚硅氧烷。通過紅外光譜(FT-IR)、核磁共振氫譜(1H NMR)對產(chǎn)物進行表征,成功合成了三乙氧基硅基封端聚硅氧烷,符合預(yù)期結(jié)構(gòu);GPC數(shù)據(jù)表明所得到的三乙氧基硅基封端聚硅氧烷符合預(yù)期分子量;制備的產(chǎn)物本體黏度為9.42 Pa s(10 r/min,25℃)。以端羥基聚硅氧烷為基礎(chǔ)聚合物,分別以白炭黑、碳酸鈣和功能填料H為聚合物填料,制備聚硅氧烷基燒蝕材料。采用熱重分析(TGA)、煤氣-氧氣火焰、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)和紅外光譜(FT-IR)等方法對制備的聚硅氧烷基燒蝕材料的力學性能、熱穩(wěn)定性能、燒蝕性能、燒蝕后的炭層結(jié)構(gòu)進行表征。基于功能填料H和白炭黑,制備了燒蝕速率為7.44 mm/min,拉伸強度為2.56 MPa,伸長率為117%的聚硅氧烷基燒蝕材料。以功能填料H為填料制備的聚硅氧烷基可控燒蝕材料(CAPS-H)的熱穩(wěn)定性降低,CAPS-H熱失重5%時溫度為320℃(氮氣氛),相比于不加功能填料H的純聚硅氧烷燒蝕材料下降了 20℃。分別以白炭黑、碳酸鈣、功能填料H為填料制備的聚硅氧烷基燒蝕材料,在煤氣-氧氣火焰溫度960℃條件下,白炭黑和碳酸鈣的加入均會降低聚硅氧烷基燒蝕材料的燒蝕速率。當碳酸鈣作為填料時,制備的聚硅氧烷燒蝕材料CAPS-Ca的燒蝕速率下降明顯,在添加量為40 phr時為3.12 mm/min,與純聚硅氧烷燒蝕材料相比下降了 43%。當功能填料H作為填料時,所制備的聚硅氧烷基燒蝕材料的燒蝕速率加快,隨著功能填料H添加量的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,當添加量為20phr時達到最大值11.88 mm/min,與純聚硅氧烷燒蝕材料相比提高了 114%。白炭黑和碳酸鈣為填料制備的聚硅氧烷基燒蝕材料經(jīng)火焰燒蝕后,形成了含片層狀或纖維狀結(jié)構(gòu)的炭層,覆蓋在未燒蝕材料表面,起到隔熱和阻擋火焰的作用;以功能填料H制備的聚硅氧烷基燒蝕材料燒蝕的炭層疏松,材料的燒蝕速率增加�；谌已趸杌舛司酃柩跬榫酆衔镏苽淞烁男跃酃柩跬榛鶡g材料,采用TGA、煤氣-氧氣火焰、XRD和FT-IR等方法對制備的聚硅氧烷基燒蝕材料的力學性能、熱穩(wěn)定性能、燒蝕性能、燒蝕后的炭層結(jié)構(gòu)進行表征。隨著改性劑比例的增加,所制備的改性聚硅氧烷基燒蝕材料的燒蝕速率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,當改性劑的加入量為10 wt%時,所制備的改性聚硅氧烷燒蝕材料的燒蝕速率達到最大值為10.0 mm/min,形成的炭層疏松多孔。改性聚硅氧烷燒蝕材料燒蝕速率受組份配方的影響大,白炭黑的加入會降低該燒蝕材料的燒蝕速率;研究的兩種助劑能增加燒蝕材料的燒蝕速率;少量的改性劑增加燒蝕材料的燒蝕速率,增加改性劑則會降低該燒蝕材料的燒蝕速率。
【圖文】：

相互轉(zhuǎn)化且熱能和質(zhì)量有規(guī)則的傳遞過程。在發(fā)生物理和化學變化，如材料的相變（熔化、、燃燒等，而被消耗掉的的材料，稱為燒蝕材行為可分為燒蝕材料和耐燒蝕材料。可燒蝕材燃藥筒等領(lǐng)域；耐燒蝕材料可用于火箭發(fā)動機等領(lǐng)域。逡逑熱層材料逡逑絕熱層是位于殼體內(nèi)表面與推進劑之間的熱防燒壞燃燒室殼體，或因過熱而降低殼體的強度正常工作Ｗ。內(nèi)絕熱層材料一般由聚合物基體

火箭發(fā)動機上使用的點火器殼體一般是鋼、鋁合金、玻璃鋼等材料，對于小逡逑型和工作時間較短的發(fā)動機，點火器殼體燒蝕的殘骸隨氣流經(jīng)喉道排出，可能會逡逑對發(fā)動機結(jié)構(gòu)件或其它設(shè)備造成損害【２］。新型可燃點火器（如圖１．４）由于在發(fā)逡逑動機點火工作完成后，其殼體能夠自行燃燒，燃燒殘渣少，基本呈粉狀碎末經(jīng)發(fā)逡逑動機噴口噴出，不會對發(fā)動機結(jié)構(gòu)件或其他設(shè)備造成危害，因此新型可燃點火器逡逑在發(fā)動機設(shè)計中受到越來越多的重視［３］。屠小昌［２１將可燃材料應(yīng)用到以丁羥復(fù)合逡逑推進劑裝藥的某型號固體發(fā)動機的點火器中，并與傳統(tǒng)的鋁質(zhì)點火器進行了比逡逑較，結(jié)果顯示，，鋁質(zhì)點火器在高溫下未完全熔化，被高溫氣流從喉道吹出，影響逡逑了喉道面積變化，引起發(fā)動機試驗異常。而可燃點火器在工作后全部被燒掉，對逡逑發(fā)動機內(nèi)彈道和結(jié)構(gòu)無明顯影響。逡逑圖１．２可燃點火器結(jié)構(gòu)示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｏｍｂｕｓｔｉｂｌｅ邋ｉｇｎｉｔｅｒ．逡逑火箭噴管和火箭殼體使用可燒蝕材料，其特點是在火箭完成發(fā)射運載任務(wù)逡逑后，落回地面之前，能夠全部燃燒自毀，化為極輕小的灰燼和碎片，從而有效地逡逑２逡逑
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V25;O634.41

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本文編號：2638432