CN109400994A - 一种航天密封器件用改性橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航天密封器件用改性橡胶复合材料及其制备方法。该材料包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶60‑80份、硅橡胶12‑25份、碳纤维25‑38份、玻璃纤维10‑18份、纳米铜粉2‑6份、纳米二氧化钛15‑28份、纳米氮化硅1‑8份、聚碳酸酯10‑18份、碳酸钙1‑8份、活性氧化锌12‑18份、聚乙二醇28‑34份、乙酰柠檬酸三丁酯1‑8份、环氧大豆油1‑8份、氯丁二烯共聚物1‑8份、银杏叶提取物2‑5份、香茅草精油1‑5份、维生素C1‑3份、维生素E1‑3份。本发明通过对碳纤维和玻璃纤维改性处理，提高了碳纤维和玻璃纤维的耐辐射效果；减轻了密封器件的重量，提高了密封器件的耐磨耐高温性。
Description
技术领域
本发明涉及密封器件制备技术领域，具体涉及一种航天密封器件用改性橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
随着科技发展，人们对航空航天领域的研究越来越多，选择轻质耐紫外光或太空射线的材料备受欢迎。碳纤维，是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。但是碳纤维耐辐射能力差，如果将密度低，耐高温，耐疲劳性好等优点的碳纤维用于密封器件上，是值得探究的课题。
申请号201710800205.1公开了一种航天用耐磨防腐3D打印材料，其原料包括改性ABS树脂、氟橡胶、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶、甲苯二异氰酸酯、纳米氧化锌、碳黑母粒、陶土、白炭黑、硼酸锌、氯化石蜡、硅烷偶联剂KH-550、癸二酸二丁酯、硫黄、二乙基次膦酸铝、防老剂AW、对苯二胺、十溴二苯乙烷、甘油、环烷油、增塑剂DCHP、增塑剂BBP、防腐填料和耐磨填料。本发明还提出上述一种航天用耐磨防腐3D打印材料的制备方法。本发明制备的得到的航天用3D打印材料具有优异的耐磨和防腐性能。虽然该材料的耐腐蚀性强，同样的耐辐射能力差，如果想用于制备密封器件还需要进一步改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种航天密封器件用改性橡胶复合材料及其制备方法，该改性橡胶复合材料弹性好，耐辐射能力强，耐高温和耐磨村性能好。
一种航天密封器件用改性橡胶复合材料，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶60-80份、硅橡胶12-25份、碳纤维25-38份、玻璃纤维10-18份、纳米铜粉2-6份、纳米二氧化钛15-28份、纳米氮化硅1-8份、聚碳酸酯10-18份、碳酸钙1-8份、活性氧化锌12-18份、聚乙二醇28-34份、乙酰柠檬酸三丁酯1-8份、环氧大豆油1-8份、氯丁二烯共聚物1-8份、银杏叶提取物2-5份、香茅草精油1-5份、维生素C1-3份、维生素E1-3份。
作为改进的是，上述航天密封器件用改性橡胶复合材料，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶78份、硅橡胶20份、碳纤维35份、玻璃纤维12份、纳米铜粉5份、纳米二氧化钛20份、纳米氮化硅5份、聚碳酸酯15份、碳酸钙6份、活性氧化锌16份、聚乙二醇30份、乙酰柠檬酸三丁酯6份、环氧大豆油4份、氯丁二烯共聚物5份、银杏叶提取物4份、香茅草精油3份、维生素C2份、维生素E1份。
作为改进的是，所述碳纤维和玻璃纤维的粒径为5-8μm。
上述航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将碳纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和纳米氮化硅混合投入煅烧炉中，煅烧后投入球磨机中球磨得混合物A；步骤3，将氯丁橡胶、硅橡胶、混合物A、纳米铜粉、聚碳酸酯、碳酸钙、活性氧化锌、聚乙二醇、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、氯丁二烯共聚物、银杏叶提取物、香茅草精油、维生素C、维生素E 混合投入密炼炉中，150-180℃开炼30-40分钟后，微波照射5-10分钟，再薄通4-5次，即得改性橡胶复合材料。
作为改进的是，步骤2中氯丁橡胶、硅橡胶与混合物A的摩尔比为5：3：1。
作为改进的是，步骤3中微波照射的频率为1200-1300W。
有益效果：
与现有技术相比，本发明航天密封器件用改性橡胶复合材料通过对碳纤维和玻璃纤维改性处理，负载纳米二氧化钛和纳米氮化硅，提高了碳纤维和玻璃纤维的耐辐射效果；改性的碳纤维和玻璃纤维作为组分，可替代基础橡胶的添加，减轻了密封器件的重量，提高了密封器件的耐磨，耐高温等性能。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细介绍。
实施例1
一种航天密封器件用改性橡胶复合材料，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶60份、硅橡胶12份、碳纤维25份、玻璃纤维10份、纳米铜粉2份、纳米二氧化钛15份、纳米氮化硅1份、聚碳酸酯10份、碳酸钙1份、活性氧化锌12份、聚乙二醇28份、乙酰柠檬酸三丁酯1份、环氧大豆油1份、氯丁二烯共聚物1份、银杏叶提取物2份、香茅草精油1份、维生素C1份、维生素E1份。
其中，所述碳纤维和玻璃纤维的粒径为5μm。
上述航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将碳纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和纳米氮化硅混合投入煅烧炉中，煅烧后投入球磨机中球磨得混合物A；步骤3，将氯丁橡胶、硅橡胶、混合物A、纳米铜粉、聚碳酸酯、碳酸钙、活性氧化锌、聚乙二醇、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、氯丁二烯共聚物、银杏叶提取物、香茅草精油、维生素C、维生素E 混合投入密炼炉中，150-180℃开炼30-40分钟后，微波照射5-10分钟，再薄通4-5次，即得改性橡胶复合材料。
其中，步骤2中氯丁橡胶、硅橡胶与混合物A的摩尔比为5：3：1。
步骤3中微波照射的频率为1200W。
对上述改性橡胶复合材料进行性能测定，拉伸强度为28.6MPa，300%定伸11.5MPa，导热率0.4582W/（mk），紫外照射1000小时后，力学性能保持稳定，拉伸后回弹仅达到92%。
实施例2
一种航天密封器件用改性橡胶复合材料，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶78份、硅橡胶20份、碳纤维35份、玻璃纤维12份、纳米铜粉5份、纳米二氧化钛20份、纳米氮化硅5份、聚碳酸酯15份、碳酸钙6份、活性氧化锌16份、聚乙二醇30份、乙酰柠檬酸三丁酯6份、环氧大豆油4份、氯丁二烯共聚物5份、银杏叶提取物4份、香茅草精油3份、维生素C2份、维生素E1份。
其中，所述碳纤维和玻璃纤维的粒径为7μm。
上述航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将碳纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和纳米氮化硅混合投入煅烧炉中，煅烧后投入球磨机中球磨得混合物A；步骤3，将氯丁橡胶、硅橡胶、混合物A、纳米铜粉、聚碳酸酯、碳酸钙、活性氧化锌、聚乙二醇、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、氯丁二烯共聚物、银杏叶提取物、香茅草精油、维生素C、维生素E 混合投入密炼炉中，160℃开炼38分钟后，微波照射8分钟，再薄通5次，即得改性橡胶复合材料。
其中，步骤2中氯丁橡胶、硅橡胶与混合物A的摩尔比为5：3：1。
步骤3中微波照射的频率为1250W。
对上述改性橡胶复合材料进行性能测定，拉伸强度为29.6MPa，300%定伸11.8MPa，导热率0.4682W/（mk），紫外照射1000小时后，力学性能保持稳定，拉伸后回弹仅达到95%。
实施例3
一种航天密封器件用改性橡胶复合材料，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶80份、硅橡胶25份、碳纤维38份、玻璃纤维18份、纳米铜粉6份、纳米二氧化钛28份、纳米氮化硅8份、聚碳酸酯10-18份、碳酸钙8份、活性氧化锌18份、聚乙二醇34份、乙酰柠檬酸三丁酯8份、环氧大豆油8份、氯丁二烯共聚物8份、银杏叶提取物5份、香茅草精油5份、维生素C3份、维生素E3份。
其中，所述碳纤维和玻璃纤维的粒径为8μm。
上述航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将碳纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和纳米氮化硅混合投入煅烧炉中，煅烧后投入球磨机中球磨得混合物A；步骤3，将氯丁橡胶、硅橡胶、混合物A、纳米铜粉、聚碳酸酯、碳酸钙、活性氧化锌、聚乙二醇、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、氯丁二烯共聚物、银杏叶提取物、香茅草精油、维生素C、维生素E 混合投入密炼炉中， 180℃开炼40分钟后，微波照射10分钟，再薄通5次，即得改性橡胶复合材料。
其中，步骤2中氯丁橡胶、硅橡胶与混合物A的摩尔比为5：3：1。
步骤3中微波照射的频率为1300W。
对上述改性橡胶复合材料进行性能测定，拉伸强度为28.0MPa，300%定伸10.0MPa，导热率0.4452W/（mk），紫外照射1000小时后，力学性能保持稳定，拉伸后回弹仅达到90%。
对比例1
除不含有步骤2的改性处理外，其余同实施例2。
对上述改性橡胶复合材料进行性能测定，拉伸强度为28.6MPa，300%定伸11.5MPa，导热率0.4582W/（mk），紫外照射500小时后，力学性能变化很大，拉伸后回弹仅达到20%。
从上述结果可以看出，本发明改性橡胶复合材料性能优良，抗辐射能力强，质地轻，适合用于航天研究用品领域。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种航天密封器件用改性橡胶复合材料，其特征在于，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶60-80份、硅橡胶12-25份、碳纤维25-38份、玻璃纤维10-18份、纳米铜粉2-6份、纳米二氧化钛15-28份、纳米氮化硅1-8份、聚碳酸酯10-18份、碳酸钙1-8份、活性氧化锌12-18份、聚乙二醇28-34份、乙酰柠檬酸三丁酯1-8份、环氧大豆油1-8份、氯丁二烯共聚物1-8份、银杏叶提取物2-5份、香茅草精油1-5份、维生素C1-3份、维生素E1-3份。
2.根据权利要求1所述的航天密封器件用改性橡胶复合材料，其特征在于，包括以下按重量份数计的组分：氯丁橡胶78份、硅橡胶20份、碳纤维35份、玻璃纤维12份、纳米铜粉5份、纳米二氧化钛20份、纳米氮化硅5份、聚碳酸酯15份、碳酸钙6份、活性氧化锌16份、聚乙二醇30份、乙酰柠檬酸三丁酯6份、环氧大豆油4份、氯丁二烯共聚物5份、银杏叶提取物4份、香茅草精油3份、维生素C2份、维生素E1份。
3.根据权利要求1所述的航天密封器件用改性橡胶复合材料，其特征在于，所述碳纤维和玻璃纤维的粒径为5-8μm。
4.基于权利要求1所述的航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，称取各组分；步骤2，将碳纤维、玻璃纤维、纳米二氧化钛和纳米氮化硅混合投入煅烧炉中，煅烧后投入球磨机中球磨得混合物A；步骤3，将氯丁橡胶、硅橡胶、混合物A、纳米铜粉、聚碳酸酯、碳酸钙、活性氧化锌、聚乙二醇、乙酰柠檬酸三丁酯、环氧大豆油、氯丁二烯共聚物、银杏叶提取物、香茅草精油、维生素C、维生素E 混合投入密炼炉中，150-180℃开炼30-40分钟后，微波照射5-10分钟，再薄通4-5次，即得改性橡胶复合材料。
5.根据权利要求4所述的航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中氯丁橡胶、硅橡胶与混合物A的摩尔比为5：3：1。
6.根据权利要求4所述的航天密封器件用改性橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中微波照射的频率为1200-1300W。
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