宽温域柔性接头用硅橡胶弹性材料研究
柔性接头具有许多优良的性能,已经在各种固体火箭发动机上广泛应用.而弹性件是柔性接头的核心部件,目前使用较多的弹性件为天然橡胶和异戊橡胶,均难在-45℃或更低温范围内使用.硅橡胶具有优异的耐高低温性能和耐老化性能,但其存在力学性能偏低和难于粘接等不足,因此开发具有综合性能优异的硅橡胶弹性件材料,使其满足宽温域柔性接头使用需求具有重要的研究意义和应用价值.本课题主要通过硅橡胶配方设计和胶粘剂研制,来提高硅橡胶弹性材料的力学性能和粘接强度,满足柔性接头宽温域性能指标要求.首先研究了苯基含量对硅橡胶宽温域性能的影响.采用差示扫描量热法(DSC),动态力学法(DMA)和拉伸耐寒系数等表征低温性能,分析了宽温域内剪切性能,硫化特性和室温力学性能.研究结果表明:随苯基含量增加,硅橡胶玻璃化温度(Tg)提高,结晶温度(Tc)降低,甲基乙烯基硅橡胶(110-2)在-55℃~+60℃和低苯基硅橡胶(120-1)在-71℃~+60℃范围内,剪切模量波动幅度均较小.其次研究了宽温域硅橡胶弹性材料配方和加工成型工艺.以满足-71℃~+60℃使用的120-1为研究重点,采用单因素分析法,研究了交联剂、补强填料、增塑剂及不同加工成型工艺对硅橡胶性能的影响.采用万能材料试验机,红外光谱(IR),热失重分析(TGA),交联密度和扫描电镜(SEM)等对硅橡胶的结构与性能进行了分析表征.研究结果表明:采用1.0份交联剂DCP,40份改性白炭黑,2份酯类增塑剂,120-1综合性能最好;采用类比方法,得到满足-55℃~+60℃使用的110-2配方为:1.0份交联剂DCP,35份改性白炭黑;采用密炼工艺Ⅱ,进一步提高硅橡胶的综合性能.然后研究了硅橡胶与金属热硫化粘接.从胶粘剂研制、偶联剂与硅橡胶共混、金属表面处理和补强填料等方面着手,进行了IR分析和剪切测试.研究结果表明:选用优化后的胶粘剂3,110-2和120-1的剪切强度分别达到3.0MPa和2.8MPa以上;采用80目以上的砂纸打磨金属,试样可达到橡胶内聚破坏;同时随补强填料用量增加,110-2剪切强度逐渐增大,最大接近4.0MPa.最后研制了柔性接头试验件.分析了随炉硅橡胶的性能,对柔性接头模拟件宽温域内拉伸剪切循环和室温压缩循环进行了研究,分析了110-2柔性接头试验件的气密性能和高低温摆动性能.研究结果表明:随炉试样在宽温域内剪切模量波动幅度较小;随位移增大,110-2和120-1模拟件拉伸剪切循环损耗比波动幅度均增大;随压力增大,110-2和120-1模拟件压缩循环损耗比轻微增加;110-2柔性接头试验件顺利通过气密性考核;试验件总力矩随温度降低而增大,但随容压增大而提高,在宽温域内,高低压下的波动幅度分别在0.84~1.33和0.93~1.17之间.
- 作者：
- 张林军
- 学位授予单位：
- 航天动力技术研究院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 曾金芳
- 中图分类号：
- TQ333.93
- 关键词：
- 硅橡胶；宽温域；弹性材料；胶粘剂；柔性接头
- silicone rubber; wide temperature range; elastic material; adhesive; flexible join;