Page 104 - 《橡塑技术与装备》2026年3期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

改性 Kevlar 纳米纤维对三元乙丙橡胶

性能的影响

张杨洋，赵东伟，赵鑫，戴艺泽，兰博，左妍，贾红兵 *
( 南京理工大学 教育部软化学和功能材料重点实验室，江苏 南京 210094)
摘要 ： 随着高超音速武器的发展，其面临的热流环境愈发严苛，提高热防护材料的综合性能就至关重要。本文通过在 Kevlar
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纳米纤维（KNFs）表面原位生长纳米二氧化硅，制备得到 KNFs SiO 2 。考察了 γ- 氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性 KNFs @
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SiO 2 对三元乙丙橡胶（EPDM）耐烧蚀性能及力学性能的影响。结果表明 ：与 EPDM 相比，填充 5 份 KH550 改性的 KNFs SiO 2
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（KKNFs SiO 2 ）的 KKNFs SiO 2 /EPDM 复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了 235.5 % 和 65.4 %，线烧蚀率和质量烧蚀
率分别降低了 69.9% 和 47.6%。
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关键词 ： KKNFs SiO 2 ；三元乙丙橡胶 ；力学性能 ；耐烧蚀性能
中图分类号 ： TQ333.4 文章编号 ： 1009-797X(2026)03-0050-08
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2026.03.011

近年来，随着高超音速武器的发展，其面临的热 能聚合物纳米纤维高比表面积、高长径比的纳米效应，
流环境越发严苛，对绝热材料的耐烧蚀性能和力学性 进一 步改 性后，可 以显 著增强 KNFs 与 EPDM 的 界
能的要求也日益提高，但传统绝热层材料的耐烧蚀性 面相互作用。Wang 等 [7] 通过在 KNFs 上接枝环氧基
能和力学性能等性能已趋于极限，难以再满足更加苛 团制备了水分散性良好的改性 KNFs 进而制备了改性
刻的动力系统热防护需求 [1~2] 。三元乙丙橡胶（EPDM） KNFs/XNBR 纳米复合材料。结果表明，在添加 5 份
作为一种新型柔性耐烧蚀材料近年来颇受关注，其具 的改性 KNFs 后，XNBR 纳米复合材料的拉伸强度提
有较低的密度，良好的耐热氧老化性能及较高的热分 高 182.0%，撕裂强度提高 101.0%，力学性能明显改善。
解温度，但也有力学性能差，成炭能力弱及极性低等 本文以 EPDM 为基体 , 在 KNFs 表面原位生长纳
问题 [3] 。人们经常用各种纤维类填料和树脂类填料来 米二氧化硅，进一步通过缩聚接枝硅烷偶联剂 γ-氨
弥补 EPDM 的缺陷。张崇耿等 [4] 利用硼酸锌和固体 丙基三乙氧基硅烷（KH550）制备得到 γ- 氨丙基三
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氯化石蜡及耐烧蚀硼树脂增强 EPDM。结果表明，在 乙氧基硅烷（KH550）改性 KNFs SiO 2 （KKNFs @
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硼酸锌和固体氯化石蜡及耐烧蚀硼树脂用量分别为 9、 SiO 2 ）。研究了 KKNFs SiO 2 用量对 KKNFs SiO 2 /
30、10 份时，相较于指标值，复合材料的质量烧蚀率 EPDM 复合材料的力学性能、交联密度、热稳定性和
与线烧蚀率分别降低了 13.3%、19.0%，拉伸强度与 烧蚀性能等的影响。
断裂伸长率分别提高了 24.5%、75.6%，但是密度明
显高于指标值。综合来看，该方法虽然可一定程度增 1 实验部分
强复合材料的力学性能与耐烧蚀性能，但会使复合材 1.1 实验原料
料的密度过高。 三元乙丙橡 胶（EPDM，4045 ； 乙烯含量，
纳米材料具有独特的小尺寸效应、量子隧道效应 47.0% ； ENB 含 量，5.0%）由中国石油化工股份有
等，近年来迅速发展 [5] 。Kevlar 纤维具有高强度 (9 限公司提供 ； Kevlar49 纱线购自美国杜邦公司 ；氧化
250~11 100 MPa)、高模量 ( 高于 200 GPa)、低密度 锌（ZnO）由上海晶华化学试剂有限公司提供 ；硬脂
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(1.57 g/cm ) 等性质，通过去质子化作用将 Kevlar 纤
维纳米化分散为 Kevlar 纳米纤维（KNFs），可兼具
作者简介 ：张杨洋（2003-），男，本科生在读，主要从事
Kevlar 纤维高强度、高模量、低密度的优势 [6] 和高性 高分子材料的研究。

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