纤维增强可陶瓷化硅橡胶复合材料的研究进展开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

近年来，无论在航天航空还是电线电缆领域都对材料的耐烧蚀性能要求越来越高。普通橡胶在火中一般都会被完全烧毁，为了阻燃自熄，传统高分子复合材料阻燃技术是添加含卤素阻燃剂（如十溴二苯醚等）、磷系阻燃剂、氢氧化铝（al(oh)3）等，虽然效果好，但是燃烧时放出大量有毒和腐蚀性气体，产生大量的烟雾，对环境污染较大[1]。而采用无卤低烟阻燃橡胶，如三元乙丙橡胶和硅橡胶等，具有难燃性和自熄性。但是持续高温燃烧后，烧余物没有机械强度，变成灰烬，不能保持制品的完整性。而航天航空领域特别是导弹的动力装置如固体火箭冲压发动机对材料的耐热耐烧蚀性能提出更高的要求，因此为了保证航空航天动力体系的正常工作，同时减小绝热层带来的消极质量，必须提高绝热材料在高温氧化性环境中的耐烧蚀性能，以此实现在相对较薄的绝热层下能对壳体进行长时间的热防护。

l.g.hanu[2]等首次提出“可陶瓷化”的概念。他们采用硅橡胶作为基体材料，通过添加铝硅矿物制备了一种可陶瓷化硅橡胶复合材料，此类优异的防火材料在常温下具有与普通聚合物相同的性能，遇高温着火后产生陶瓷化，转变成坚硬的自支撑的陶瓷化产物，这种陶瓷化产物具有一定的强度且能承受一定的冲击力，可抵抗1000℃明火的烧蚀，在火焰烧蚀下,低烟、无毒、无熔融滴落，能保持制品的完整性。

陶瓷化硅橡胶成瓷填料主要包括云母粉、碳酸钙、高岭土和纤维类填料等无机粉体，它们能够增强复合材料的强度和烧蚀后的陶瓷层致密性，使聚合物高温分解后能够保持原有的形状和一定的强度。其中碳纤维、硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维等纤维类填料能使复合材料的机械性能和热稳定性都大幅度提高。m imiela[3] 等人通过向硅橡胶基质中添加不同含量的碳纤维填料，研究表明加入少量碳纤维可有效增强硅橡胶复合材料陶瓷结构的机械性能，且易燃的碳纤维在低速热处理阶段能够提供额外的热能，促使助熔剂和云母粉以及二氧化硅颗粒形成更加牢固的连接整体。yu lin 等[4]研究了以硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维为成瓷填料制备的硅橡胶复合材料的热性能和耐烧蚀性能。结果表明，在热处理过程中复合材料形成了导热系数较低的表面层，阻碍了热流进入基体内部，当硅酸铝陶瓷纤维和硅酸钙纤维的质量比为20∶40时，复合材料的热稳定性和耐烧蚀性能最佳。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容

以硅橡胶为基体，通过在硅橡胶体系中引入超细活性陶瓷颗粒及其他辅助材料，制备橡胶胶片,再将胶片与石英纤维布或碳纤维布增强材料叠层铺放,并进一步硫化制备纤维增强可陶瓷化硅橡胶复合材料，并对其进行相关结构与性能测试分析，重点研究复合材料的密度、热性能、力学性能、烧蚀性能、微观结构及高温过程中的结构与性能变化。

1．文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系；

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－5周：制备方法和分析方法调研。

第6－11周：复合材料性能影响因素分析及性能变化规律分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 谢忠麟.陶瓷化硅橡胶[j].橡胶工业,2013,60(05):308-316.

[2] hanu l g, simon g p, mansouri j, et al. de-velopmentof polymer–ceramic composites for improved fire resistance[j]. journal ofmaterials processing technology, 2004, 153: 401-407.

[3] imiela m, anyszka r, bieliski d m, et al. effect of carbon fibers on thermal propertiesand mechanical strength of ceramizable composites based on silicone rubber [j].journal of thermal analysis and calorimetry, 2016, 124(1): 197-203.