高温高湿条件下复合固体推进剂药柱老化研究

以模拟发动机的复合固体推进剂药柱为研究对象,进行了模拟热带海域高温高湿环境条件下其贮存老化的试验研究,分析了高温高湿条件下氮气密封体系中复合固体推进剂的老化机理,预估了该贮存及老化条件下复合固体推进剂药柱的寿命.     

HTPB推进剂热力耦合老化力学性能研究

为了研究预应变对复合固体推进剂老化性能的影响,针对HTPB复合固体推进剂开展了70℃热力耦合加速老化试验,通过单轴拉伸力学性能测试及拉伸断面扫描电镜试验研究了不同预应变作用下HTPB推进剂的老化性能。结果表明:在试验预应变范围内(≤15%),无论预应变水平多大,随老化时间的延长,粘合剂基体的氧化交联反应是HTPB推进剂的主要老化机理;在相同老化时间,预应变对HTPB推进剂力学性能的影响存在一个损伤阈值,当预应变超过该阈值时,拉伸断面中AP颗粒/粘合剂基体界面“脱湿”及粘合剂基体撕裂损伤现象明显。     

PBO和芳纶纤维单丝拉伸性能影响因素分析

使用等速拉伸试验仪测试了进口和国产聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维、芳纶纤维的单丝力学性能,探究了不同制样条件、测试条件对有机纤维单丝拉伸性能的影响,影响因素包括拉伸速率、试样标距、纤维含湿率以及热老化温度。结果表明:试样标距由5 mm增至60 mm,4种纤维的Weibull统计强度均逐渐减小;随着拉伸速率由5 mm/min增至200 mm/min,4种纤维的Weibull强度均表现出先增大后减小的变化规律;随着吸湿率增加,进口PBO和芳纶纤维强度逐渐下降;随着老化温度升高,纤维的单丝拉伸强度下降,进口PBO和芳纶纤维在300℃热处理40 h后强度分别下降39.1%和51.6%。     

HTPB推进剂定应变老化损伤本构特性研究

为研究复合固体推进剂在定应变老化条件下的力学特性及本构行为,开展了HTPB推进剂方坯定应变加速老化试验。考虑到推进剂内部缺陷分布的随机性,建立了定应变老化条件下推进剂的统计损伤本构模型。在构建损伤变量方程时,通过引入初始损伤系数,将推进剂的老化过程等效看作是一种损伤过程。基于定应变加速老化试样的单轴拉伸试验数据,对模型进行了验证,结果显示理论模型与试验结果吻合较好,能准确地描述推进剂在定应变老化过程中的力学行为。通过对模型参数进一步分析发现:初始损伤系数方程能区分化学老化与定应变对推进剂的损伤作用。化学老化对推进剂的损伤效应随老化时间呈指数规律增大;同一老化时间段内,定应变对推进剂的损伤作用呈指数规律增大。化学老化不但影响本构模型曲线在损伤段强度的大小,还影响其形状特性,在55℃条件下,老化时间小于284d时,试样拉伸曲线具有明显的屈服区;老化时间大于284d时,没有明显的屈服区。定应变仅降低损伤段强度的大小,不改变其形状特性;在定应变老化过程中,损伤应变阈值随老化时间及定应变水平基本呈现线性关系下降。     

HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料的湿热行为

通过对低温固化HS40碳纤维/氰酸酯树脂复合材料进行不同湿热环境处理以及3次循环吸湿-脱湿处理,研究其湿热行为。结果表明:复合材料在70℃水浸以及70℃/95%RH两种环境吸湿31 d饱和吸湿率分别为0.71%和0.11%,说明该低温固化氰酸酯树脂基复合材料有很好的耐湿热性;研究复合材料的循环吸湿-脱湿行为,发现复合材料在70℃水浴锅中第1次水浸10 d的吸湿率为0.69%,尚未达到饱和,而第2、3次水浸10 d后的吸湿率分别提高到0.72%和0.74%;复合材料的层间剪切强度随着循环次数的增加,降低更为明显,经过3次循环吸湿-脱湿之后试样的层间剪切强度较干态试样降低了50.77%,连续吸水60 d的试样层间剪切强度较干态试样降低了58.98%。     

湿热老化对T700/3234复合材料力学性能影响研究

在室温及70℃条件下对单向T700/3234复合材料进行了湿热老化试验,分别测试了经历不同吸湿时间后材料的吸湿率、层间剪切强度和弯曲强度,并且利用扫描电镜(SEM)对力学性能试样的断口形貌进行了分析.结果表明,吸湿温度越高,饱和吸湿率越高.T700/3234复合材料具有良好的耐湿热性能,其层间剪切强度、弯曲强度保持率分别为69.33％和76.06％.吸湿使界面出现一定程度的脱粘是导致其力学性能下降的主要原因.     

振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能影响

为了研究振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能的影响,通过60℃和70℃温度下HTPB推进剂10%定应变振动试验,采用单向拉伸法和扫描电镜观测法,对定应变HTPB推进剂在振动载荷作用下的宏观力学性能变化规律和细观损伤模式进行了研究。结果表明:定应变状态下振动载荷的作用使HTPB推进剂的抗拉强度减小(最大值超过5%),最大延伸率增大(最大值超过15%);老化初期振动载荷对高氯酸铵(AP)颗粒脱湿发展影响较小,当定应变状态下推进剂中的AP颗粒脱湿到一定程度时,振动载荷的作用会促进AP颗粒脱湿,降低固体颗粒的模量增强作用。     

HTPB推进剂湿热老化规律及损伤模式实验

通过HTPB推进剂湿热老化实验,采用测定单轴定速拉伸条件下标准哑铃形试件声发射(AE)信号的方法,结合扫描电镜(SEM)断面观察结果,对HTPB推进剂的湿热老化规律和损伤模式进行了研究,给出了一个描述湿热老化性能变化规律的三阶段模型。实验研究表明:声发射信号累积计数对时间的导数的大小对应基体开裂、脱湿和宏观断裂三种损伤模式;同时水份破坏粘合剂和氧化剂的界面是导致脱湿关键因素,且水份在推进剂中的浓度与脱湿严重程度呈正相关。     

湿热环境下复合材料孔板压缩性能的研究

采用压缩试验的方法,对含孔机织碳纤维环氧复合材料层板进行了湿热环境下的压缩试验,研究了湿热环境对其压缩性能的影响。分析了复合材料孔板的吸湿特性、压缩强度、破坏模式及动态力学性能。结果表明:机织碳纤维环氧复合材料吸湿率较低,其饱和吸湿率仅为0.88%左右。湿热环境会降低由基体性能主导的压缩强度,130℃下湿态试样的开孔压缩强度保持率约为70%。含孔复合材料层合板的破坏模式均为过孔破坏,破坏均发生在应力集中的区域,并且断裂都是沿着应力集中最大的方向扩展。侧面断口主要为剪切失效,有分层和屈曲的特征。吸湿后复合材料的DMA Tg为125℃,比干态时下降了16℃。     

树脂基复合材料T300/5405的吸湿性能及湿热环境对力学性能的影响

研究了单向铺层的T300/5405复合材料在六种湿热环境中的吸湿行为,并利用扫描电镜研究了材料吸湿过程中的形貌变化。同时计算了在不同湿热条件下的水分扩散系数。结果表明在较高的温度和湿度下会使水分的扩散速率增加。老化后试样的剪切强度、弯曲强度和压缩强度随着老化时间的延长均有所下降,同时在相同的温度条件下,提高湿度会使材料的力学性能下降更快。     

Modeling the moisture effects of solid ingredients on composite propellant properties

Solid raw materials for AP composite propellants were dried at different conditions and moisture contents were measured. Propellant mechanical properties increase by decreasing the moisture in solid raw materials, particularly for ammonium oxalate. Propellant stress and modulus increase by decreasing the solid fillers moisture. Long time drying of solid raw materials has an adverse effect on propellant mechanical properties.     

基体特性对HTPB推进剂力学性能的影响

按工程生产工艺要求，制得hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB)固化胶片，通过控制试验环境温度（-50、-35、-20、0、20、35℃），得到了基于Prony级数形式的具有不同松弛特性的复合基体材料的松弛行为描述，为细观模型的建立提供了必要参数。随后基于分子动力学方法，结合具有内聚本构的黏接单元，建立了推进剂的细观计算模型。为验证所建数值模型的准确性，对固体推进剂在常温条件下进行宏观松弛力学试验，将仿真结果与试验数值的对比，试验结果与仿真结果相差在20%范围之内。最后对具有不同随机分布及不同基体松弛特性的推进剂细观模型进行有限元计算，结果表明:颗粒随机性不影响推进剂的宏观力学行为，而基体松弛特性显著影响固体推进剂的宏观力学性能，基体松弛特性获取环境温度与推进剂的宏观初始模量、延伸率以及强度均呈指数型关系。      

Investigation of the role of aziridine bonding agents on the aging of the composite solid rocket propellant(CSRP)

The role of bonding agents on the aging characteristics is one of the important research topics.Aging program of the prepared propellant samples was conducting as follows:Five samples,two free of bonding agents,and three containing an aziridine based bonding agents(MAPO,HX-752,MAT4),four samples based on different bonding and curing agents all were aged at 70 ℃.The prepared bonding agent "MAT4" gave remarkable improvements and resulted in highly stable mechanical properties comparing with HX-752 or MAPO.The selected bonding agents family inhibited the rate of decomposition of the propellants during the aging periods and supported the propellant matrix against decomposition at the elevated temperatures.      

某装药用双基推进剂的配方选择及实验

为克服某起动器用复合推进剂装药存在燃气残渣多的缺陷，通过物性数据比较及内弹道性能计算，从三个备选双基配方中选出一个与该复合装药性能相近的配方来替代它。对选出的双基配方进行了验证，同时研究了辅助催化剂、辅助增塑剂、燃烧稳定剂对双基推进剂燃烧性能的影响。实验表明：所选的双基推进剂能满足该起动器对装药的要求。     

关于复合固体推进剂批次间性能差异的研究——报告之一:混合均匀性问题

不同批次的复合固体推进剂,即使配方和原材料批次相同,其试件的机械性能和燃速也不一定完全相同。本研究力图找出根源。本文是系列研究报告之一,首先从混合实验研究着手,发现推进剂药浆局部区域有明显的组份配比不均匀性和粒子尺寸分布不均匀性,这些不均匀性是试件性能有差异的原因之一。     

BA9916-Ⅱ/CCF300复合材料加筋板吸湿特性

为研究BA9916-II/CCF300复合材料加筋板的吸湿特性,在70℃/85%RH湿热环境中开展了吸湿实验,提出了基于厚度划分的Fick吸湿模型M_t=∑ni=1v_i[G_iM_(∞i)+M_(0i)(1-G_i)],并采用质量扩散模块进行了吸湿行为的有限元仿真。结果表明:提出的基于厚度划分的Fick吸湿模型能较好地描述该型结构的吸湿行为,具有较高的分析精度;但由于复合材料加筋板在吸湿后期存在阶段吸湿现象,Fick吸湿模型在该结构吸湿行为后期的描述上存在一定偏差;有限元仿真得到的吸湿动力曲线和水浓度分布结果验证了基于厚度划分吸湿模型的合理性,更好地还原了真实的吸湿过程与水分分布情况。     

HTPB推进剂细观损伤机理的声发射实验研究

采用测定单轴定速拉伸条件下标准哑铃形ＨＴＰＢ推进剂件声发射（ＡＥ）信号的方法,对ＨＴＰＢ复合固体推进剂在载荷作用下细观损伤及其扩展的机理进行了研究。实验结果表明：声发射累计能量对应于细观损伤产生和扩展两个不同阶段,提出了一个描述ＨＴＰＢ复合固体推进剂细观损伤扩展的物理模型,该模型解释了不同拉伸速率下ＨＴＰＢ复合固体推进剂破坏了后出现的不同物理现象。     

纳米NiO/CNTs复合粒子的制备及其对AP和AP/HTPB热分解的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉淀法制备了不同摩尔比的NiO/CNTs复合粒子,采用透射电子显微镜、X-ray衍射仪、扫描电子显微镜、X射线能谱、比表面积分析仪等表征手段对产物的结构进行了表征,并用差示扫描量热仪研究了NiO/CNTs复合粒子对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化作用。结果表明:NiO/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。NiO/CNTs(nNiO:nCNTs=1:4)复合粒子可使AP和AP/HTPB推进剂的高温分解峰温分别降低了92.24℃和42.2℃,使总表观分解热分别增加了1 086 J/g和730 J/g,表现出显著的催化性能,其催化性能明显优于纯纳米NiO和纯CNTs。碳纳米管的独特结构和载体支撑作用是NiO/CNTs复合粒子的催化性能强于纳米NiO的主要原因。