纤维结构对EPDM复合材料性能的影响
韩忠强吴战鹏武德珍
（北京化工大学，碳纤维及功能高分子教育部重点实验室，北京100029）
文摘对比了聚酰亚胺纤维、芳矾纶、芳纶纤维的热稳定性，并分别以这三种纤维为增强体，制备了短纤维填充的三元乙丙（EPDM)热防护复合材料，对该材料的耐烧蚀性能、碳化层结构、力学性能以及纤维在橡胶中的分散性进行了研究，结果表明聚酰亚胺纤维具有比芳限纶、芳纶纤维更高的热稳定性和残碳率，由其填充的EPDM复合材料耐烧蚀性能最好，烧蚀深度为0.8mm。纤维在橡胶中的分散性与纤维结构有关，进而影响复合材料的力学性能以及碳化层结构特性。
关键词纤维，聚酰亚胺，EPDM，烧蚀，复合材料
EffectsofFibersonThePropertiesofEPDMComposites
WuZhanpeng
HanZhongqiang
WuDezhen
(Key Laboratory of Carbon Fiber and Functional Polymers, Ministry of Education,
Beijing Univensity of Chemical Technoogy,Beijing100029)
AbstractEthylene-propylene-diene monomer (EPDM) composites flled with polyimide fibers, polysulfon-amide fibers, and Kevlar fibers were prepared by moulding method, respectively. The thermal stability of fibers, the ablative resistance, structures of char layers, and mechanical properties of EPDM composites, and the dispersion of fibers within EPDM were investigated. Results indicated that polyimide fibers show a better thermal stability and high-er amount of residues than Kevlar and polysulfonamide fibers. Polyimide fibers greatly improved the ablative resistance of EPDM composites with ablative thickness of O. 8 mm. The mechanical properties of insulations were related with the dispersion of fibers within rubber phase influenced by the structures of fibers.
KeywordsFibers，Polyimide，EPDM，Ablation，Composites
0引言
短纤维填充的三元乙丙橡胶（EPDM）具有较低的密度和良好的耐烧蚀性能，是发动机燃烧室中的一种重要热防护复合材料。在高温烧蚀过程中，炭化的短纤维“镶嵌”在炭化残渣中，利用自身的结构特性“固结、增强”碳化层(1)。然而，并不是所有的短纤维都能发挥对碳化层的“固结、增强”作用，这与纤维自身的结构特性以及纤维/基体界面性能有关[2-3]。例如，以碳纤维、玻璃纤维为代表的无机纤维虽然具有极高的耐高温性能，但由于模量高、韧性差，在混炼加工中常被剪切的更短、甚至研碎成粉末，失去了其在高温烧蚀过程中应有的作用，同时它们与有机橡胶基体也具有较差的界面粘结性。而在芳香族聚酰胺类
收稿日期：2013-04-15
有机纤维家族中，芳纶（Kevlar）和芳矾纶（PSA）两类纤维/浆柏在加工过程中呈现出独特的柔韧性，在 EPDM复合材料中得到广泛应用(4)。
芳香族聚酰亚胺(PI)纤维是分子结构中含有芳香醛亚胺环结构的高性能有机纤维，具有高比强度、高热分解温度、耐辐射和耐燃等优异性能，在航空、航天等领域具有重要应用价值(3)。近年来，随着合成工艺技术的不断进步与成熟，这类纤维得到迅速发展并受到广泛关注。图1为三种纤维的化学结构式。和Kevlar、PSA纤维相比,PI纤维在理论上具有相对较高的热性能，因而这对进一步提高复合材料的耐烧蚀性能是有利的。然而，关于PI纤维在发动机燃烧室热防护材料中的应用研究报道极少[2]。为此，本
作者简介：韩忠强，1980年出生，博士，主要从事聚合物基复合材料研究。E-mail：zhongqjiangl127@163.com 通讯作者：吴战鹏，Email：wuzp@mail.buct.edu.en
宇航材料工艺万方数据
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2013年第6期
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