石棉纤维对环氧基耐烧蚀涂料性能影响研究

　　1前言烧蚀涂料是固体火箭发动机设计中常用的一种耐高温的高分子材料，可以限制复合推进剂的燃烧面积，控制燃烧室的压强，使固体火箭发动机获得设计所需的推力和工作时间，确保固体火箭发动机在贮存，运输，工作等过程中的安全可靠性。

　　烧蚀涂料是一种比耐热材料（一般指能够长期在200以上温度下起保护作用的材料）承受更高温度和更苛刻条件的新型材料。烧蚀涂料的耐温度和苛刻条件的原因在于所用的聚合物和添加剂具有惊人的吸热，散热和隔热能力，每单位此类物质可以带走数千倍的热量。烧蚀涂料是由这些聚合物作为基体材料，添加剂作为填料组成的。研究发现，烧蚀涂料的烧蚀是一个复杂的过程。

　　烧蚀材料在高温热环境中的烧蚀过程，不仅包含着一系列物理过程和化学过程，还包含着质量，动量和能量的传递过程。产生的高温传递到烧蚀材料表面时，烧蚀涂料吸收大量的热能，温度上升（此时热扩散小于热积累），达到一定程度即熔融、分解而吸收热能，同时发生了复杂的物理化学变化，进而生成多孔的炭化层。与此同时，析出低分子气体，吸收热量并以反方向运动带走热量（即所谓的发汗冷却）。随着过程的进行，炭化层增厚，分解、发汗速度下降；随着表面热传导，热辐射的继续，炭化层不断加厚，当加热表面的内移速度等于炭化层的内移速度时，即呈现稳定的结炭状态。由此可知，烧蚀过程就是绝热、吸热、发汗、蒸发、热导、辐射以及冲刷、剪切等各因素的综合。从物理角度来看，可以分为炭化层、降解层与原始层，各层的热物理性能和机械性能均异，主要功能在于限制热流通过，从而起到屏蔽作用。

　　烧蚀涂料作为耐高温保护材料，不仅需要具备较好的耐烧蚀性能，而且必须具备一定的机械性能71.研究表明，在烧蚀涂料中添加石棉纤维填料，不仅可以提高烧蚀涂料的耐烧蚀性能，而且可以提高烧蚀涂料的机械性能。本研究以环氧树脂为基体材料，以石棉为耐烧蚀添加剂，探索石棉纤维对烧蚀涂料的机械性能和耐烧蚀性能的影响，机械性能以拉伸强度和伸长率来表征，耐烧蚀性能以烧蚀率来表征。

　　2试验2.1原材料51，工业级，上海树脂厂；石棉，工业级。

　　2.2试样制作试样配方由环氧树脂，有关固化配合剂以及石棉组成。将石棉粉碎，过标准筛，在120*烘干4h，以保证配制的料浆均匀。以环氧树脂100g为基准，称取固化配合剂和石棉，手工搅拌均匀，真空脱气后浇注成厚10mm的圆片和2mm厚的方片。所有试样在70的热空气中常压固化成型。10mm的圆片测试烧蚀率，2mm厚的方片测试力学性能。

　　2.3性能测试力学性能（拉伸强度，伸长率）测试标准采用GB/T528-98，裁成哑铃状，拉伸速度lOOmm/min，测试温度20T.测试设备是德国4505型电子材料拉伸机。试样的线烧蚀率测试按照国军标GJB323 -96，氧气压强为0.4MPa，乙炔压强为0.095MPa，气流标准流量：氧气0.42L/S，乙炔0.031L/S，喷嘴3试验结果与讨论3.1石棉纤维种类石棉纤维种类对烧蚀涂料性能影响的测试结果见表1.由测试结果可以知道，温石棉的效果优于青石棉，可以大大提篼烧蚀涂料的机械和耐烧蚀性能。石棉纤维是纤维状镁、铁、钙、钠的硅酸盐矿物的总称。根据化学成分和晶体结构，主要分为温石棉（蛇纹石石棉）和青石棉（角闪石石棉）。温石棉是镁的硅酸盐，纤维较长，强度和饶性较大。青石棉是镁、铁、钙、钠的硅酸盐，纤维较短。因此，可以认为温石棉是一种较好的耐烧蚀添加剂。

　　表1石棉纤维种类对烧蚀涂料性能影响空白温石棉青石棉线烧蚀率（mm/s）拉伸强度（MPa）伸长率（％）3.2石棉纤维粒径石棉纤维粒径对烧蚀涂料性能影响的测试结果见表2由测试结果可以知道，随着粒径的变小，烧蚀涂料的各项性能有所提高。作为一种功能性添加剂，对材料性能的影响，除了粒子的结构，表面化学性能，与基体材料的亲和性外，还包括粒子的大小。在一定范围内，粒子越细，在基体材料中的分布越均，与基体材料的结合越紧密，烧蚀涂料的结构完整，性能必然优越。

　　理，篼温烘干，添加偶联剂。对烧蚀涂料性能影响的测试结果见表5.由测试结果可以知道，石棉纤维经过篼温烘干，消除了石棉纤维中存在的结合水，惰性物质，添加偶联剂，提篼石棉纤维的活性。可以提高烧蚀涂料的性能。

　　表2石棉纤维粒径对烧蚀涂料性能彩响表5石棉纤维处理工艺对烧蚀涂料性能影响50目未处理处理线烧蚀率（mm/s）拉伸强度（MPa）伸长率（％）3.3石棉纤维含置石棉纤维粒径对烧蚀涂料性能影响的测试结果见表3.由测试结果可以知道，随着石棉含量的增加，烧蚀材料的各项性能均有所提篼，到达某点后，线烧蚀率基本不变，拉伸强度继续增加，伸长率下降。

　　表3石棉纤维含置对烧蚀涂料性能彩响线烧蚀率（mm/s）拉伸强度（MPa）伸长率（％）3.4石棉纤维纯度石棉纤维纯度对烧蚀涂料性能影响的测试结果见表4.由测试结果可以知道，随着石棉纤维纯度的提高，各项性能都得到提篼，表明石棉纤维纯度对烧蚀涂料的性能具有一定的作用。

　　表4石棉纤维纯度对烧蚀涂料性能影响线烧蚀率（mm/s）拉伸强度（MPa）伸长率（％）3.S石棉纤维处理工艺在石棉纤维使用之前，进行了工艺处4结论通过以上试验和论述，可以认为在环氧为基体材料的烧蚀涂料中，石棉纤维的各种状态（种类，粒径，含童，纯度以及处理工艺）对烧蚀涂料的各项性能都存在或多或少的。作用，因此，在材料配方的设计和加工时，必须予以考虑。

(完)