[發明專利]一種鋁合金發動機燃燒室復合內絕熱層及其制備方法

在審

• 申請號: 202210824891.7
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115107330A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 吳護林;李忠盛;王旋;叢大龍;張敏;宋凱強;何慶兵;白懿心;丁星星;彭冬;魏子翔
• 申請（專利權）人: 中國兵器裝備集團西南技術工程研究所
• 主分類號: B32B15/06
• 分類號: B32B15/06;B32B7/12;B32B15/20;B32B25/02;B32B25/14;B32B25/16;C08J5/06;C08L23/16;C08L11/00;C08L83/07;C08L9/02;C08L83/04;C08K9/02;C08K9/04
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

一種鋁合金發動機燃燒室復合結構內絕熱層，所述復合結構內絕熱層由陶瓷氧化層、橡膠絕熱層以及結合界面層組成，所述橡膠絕熱層是以三元乙丙橡膠與氯丁橡膠或丁腈橡膠任意比例混合作為橡膠基體，以玄武巖纖維和硅樹脂復合補強形成。本發明中的鋁合金發動機燃燒室復合內絕熱層結構穩定，彈性較好，在高溫高壓和粒子沖刷環境中沒有出現裂紋、被燒穿的現象，體積穩定不發生較大形變，具有較好的隔熱性能，在熱流密度為6500kW/m²氧?乙炔火焰下燒蝕20s，其背面溫度145℃左右，達到最高溫度的時間為300s以上，線燒蝕率為0.061?0.088mm/s，抗沖刷性能優異，橡膠絕熱層和氧化物陶瓷層之間的結合強度大，二者間的粘結強度為3.6?4.2MPa。

技術領域

本發明涉及鋁合金固體火箭發動機內絕熱層領域，具體涉及一種鋁合金發動機燃燒室復合內絕熱層及其制備方法。

背景技術

為了實現輕量化目標，同時提高固體火箭發動機裝藥質量比，當前部分固體火箭發動機燃燒室殼體已采用高比強度鋁合金等輕量化金屬制作。在固體火箭發動機工作時，燃燒室須承受10MPa以上的高壓、2000℃以上的高溫以及3Ma以上的高速粒子的燒蝕沖刷作用，必須在發動機燃燒室內表面制備內絕熱層。在發動機工作時，通過內絕熱層自身的不斷分解、燒蝕帶走大部分熱量以減緩燃氣的高溫向殼體的傳播速度，避免燃氣直接燒蝕沖刷發動機殼體危及其結構完整性，保證發動機的正常工作。

目前常用的發動機燃燒室內絕熱層有碳/酚醛樹脂復合材料、三元乙丙橡膠等，其中碳/酚醛復合材料屬于硬質絕熱層，其具備良好的抗沖刷性能，但隔熱性能較低，在發動機長時間工作時難以較好的阻止熱量向燃燒室基體傳遞，可能導致鋁合金發動機燃燒室基體溫度過高，出現燒穿現象，同時其彈性較差，在高溫高壓和粒子沖刷工作環境下，容易出現裂紋而被燒穿；三元乙丙橡膠具備良好的隔熱性能，但抗沖刷性能較差，且由于其非極性表面特性導致其與金屬粘接性能較差，在固體火箭發動機工作時容易發生絕熱層脫粘現象，導致發動機工作可靠性下降。所以對鋁合金發動機燃燒室內絕熱層粘接強度、阻燃性能、隔熱性能、抗燒蝕、抗沖刷性能提出了更高的要求。

發明內容

本發明目的在于提供一種鋁合金發動機燃燒室復合結構內絕熱層，在使用過程中具有優異的絕熱性能和結構穩定性。

本發明另一目的在于提供上述鋁合金發動機燃燒室復合結構內絕熱層的制備方法。

本發明目的通過如下技術方案實現：

一種鋁合金發動機燃燒室復合結構內絕熱層，其特征在于：所述復合結構內絕熱層由氧化物陶瓷層、橡膠絕熱層以及結合界面層組成，所述橡膠絕熱層是以三元乙丙橡膠與氯丁橡膠或丁腈橡膠任意比例混合作為橡膠基體，以玄武巖纖維和硅樹脂復合補強形成。

進一步，按照質量份數計，所述橡膠基體為75分-135份、玄武巖纖維為5-25份，硅樹脂為8-26份。

進一步，所述橡膠絕熱層中還包含補強劑、有機纖維、增塑劑、偶聯劑、硫化劑、防老劑和促進劑。

進一步，上述有機纖維長度為2-10mm、玄武巖纖維長度為1-3mm，二者共混比例為1:1-10。

進一步，按照質量份數計，補強劑為10-32份、有機纖維為2-22份、增塑劑為8-26份、偶聯劑為1-5份、硫化劑為1-3份、防老劑為0.5-1.5份、促進劑為1-2份。

進一步，上述硅樹脂為含碳碳雙鍵基團的多面體低聚倍半硅氧烷中的一種或兩種混合。

進一步，上述補強劑為N330或N550中的一種，或者具有補強作用的硅酸鹽類的一種。

上述復合結構絕熱層的制備方法，其特征在于：依次包括玄武巖纖維的改性，煉膠、制備橡膠復合絕熱筒、制備氧化陶瓷層和涂膠復合；所述制備橡膠復合絕熱筒是將橡膠基體塑煉后，與補強劑、有機纖維、改性后的玄武巖纖維、硅樹脂、增塑劑、硫化劑、防老劑、促進劑及偶聯劑混煉成生膠，裁剪后進行硫化處理。