固体火箭发动机粘接界面湿热老化与寿命评估

通过对固体火箭发动机衬层-推进剂粘接界面的湿热加速老化试验以及不同老化时间下粘接界面的扯离强度测量,分析了不同湿热老化条件下试验件扯离强度随老化时间的变化规律。综合运用Eyring模型与Arrhenius模型,建立了粘接界面湿热老化寿命模型,预测了正常贮存条件下发动机的贮存寿命。研究结果表明,粘接界面平均扯离强度随老化时间呈下降趋势,中间有一个强度趋于稳定的平台期;在温度为20℃,湿度为65%RH条件下,粘接界面的强度半衰期寿命为12.8 a。     

BDNPA/F增塑聚醚推进剂/衬层粘接界面的加速老化研究

界面粘接性能直接决定固体发动机装药的结构完整性和工作可靠性。为实现BDNPA/F增塑聚醚推进剂装药产品的工程化应用,采用高温加速老化试验方法,比较研究了衬层和模拟迁入含能增塑剂BDNPA/F的衬层分别在自由状态、绝热层环境下加速老化时的热稳定性以及衬层本体力学性能和BDNPA/F增塑聚醚推进剂/衬层界面粘接性能的变化规律。结果表明:在70℃加速老化过程中,本体衬层抗拉强度和伸长率呈增大趋势,BDNPA/F增塑聚醚推进剂/衬层界面在加速老化22周后仍具有良好的粘接性能,扯离强度和剥离强度分别为0.66MPa(药本体破坏)和20.1N·cm-1,能够满足产品使用要求。     

某固体发动机推进剂加速老化及自然贮存解剖试验研究

针对机载战术导弹发动机的长寿命使用要求,开展了固体推进剂高温加速老化试验和发动机自然贮存解剖试验,并分别测试了固体推进剂在不同环境温度下的力学性能,对比了高温加速老化和发动机自然贮存老化之间的差异。结果表明,该固体推进剂在高温加速老化和长期自然贮存后,最大延伸率均明显下降,发动机自然贮存13 a后,推进剂的延伸率略优于高温加速等效老化13 a的试验结果。此外,发现采用常规拉伸速率下测试固体推进剂老化后的性能存在一定的局限性,建议增加固体推进剂围压力学性能测试,有利于推进剂老化后性能的评判。     

基于湿热老化试验的航天器用丁腈橡胶贮存寿命预测

采用湿热加速老化试验的方法对航天器用丁腈橡胶材料的老化性能进行研究。以拉伸强度作为性能评价指标，结合Arrhenius模型与Eyring模型，建立航天器用丁腈橡胶材料的湿热老化寿命预测模型，并利用该模型预测丁腈橡胶材料的贮存寿命。结果表明，在湿热老化试验过程中，温度和湿度对丁腈橡胶材料的力学性能产生了较大影响；温度升高和湿度增加有利于丁腈橡胶材料老化反应速率的提高；以拉伸强度作为考察指标推算出丁腈橡胶材料在温度20 ℃、相对湿度60%的环境条件下贮存寿命为5.71年。     

湿热老化对高性能复合材料性能的影响

通过湿热老化试验(温度为85℃,湿度为95%),研究了T700纤维/环氧和F-12纤维/环氧两种复合材料力学性能、玻璃化转变温度、热失重随老化时间的变化。结果表明,经湿热老化后,两种复合材料的拉伸强度、拉伸模量和剪切强度具有不同的变化规律,复合材料的玻璃化转变温度有较明显地下降。两种复合材料湿热老化机理有明显的区别,T700纤维/环氧复合材料老化后的性能稳定性优于F-12纤维/环氧复合材料。     

加速老化试验方法评估典型橡胶密封材料贮存寿命的准确性研究

根据密封结构产品延寿工程需求,基于8106 乙丙橡胶等6 种典型运载火箭密封橡胶材料的加速老化试验数据,外推计算其在贮存温度下性能退化至设定值所需的老化时间,并与实际自然老化数据相比较来评价加速老化试验评估橡胶密封材料贮存寿命的准确性。结果表明,加速老化方法可准确用于橡胶密封材料的寿命评估工作。     

基于红外光谱的HTPB推进剂老化机理

为从红外光谱角度研究HTPB推进剂贮存过程中老化机理,开展了70℃下推进剂试样的加速老化试验,并测得加速老化过程中15个时间节点的试样红外吸收光谱及最大延伸率数据,通过对二者变化规律的相关性分析,找到了与最大延伸率变化相关度较高的红外特征波数及其对应的特征官能团—OH、C=O、NH_4~+,且这些官能团特征吸收峰强度与最大延伸率均呈总体下降趋势。研究结果表明在加速老化过程中,推进剂试样中存在的主要老化机理是消耗—OH与C=O的后固化反应以及会导致NH_4~+含量降低的氧化交联反应。同时,红外光谱分析的实验结果,与以往传统研究方法所揭示的HTPB推进剂主要老化机理一致,印证了红外光谱法的正确性,也说明它具备进一步发展为定量反映推进剂老化性能工具的潜力。     

低温动态准双轴拉伸加载下HTPB推进剂的热老化性能

为分析热老化后三组元端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂在低温动态准双轴加载下的性能，开展了不同热加速老化时间、不同温度和应变率条件下推进剂的准双轴拉伸力学性能试验及扫描电镜(SEM)观察试验。试验结果表明：热加速老化前后，推进剂的拉伸曲线趋势、力学性能变化规律及细观损伤形式保持一致，改进型非线性模型能够更好地描述1~100 s -1 应变率范围内典型力学性能参数随热老化时间的非线性变化关系。随温度降低，老化后推进剂的断面形貌由“脱湿”变为AP颗粒断裂，热老化、低温以及高应变率载荷的叠加使得推进剂的细观损伤变得更加严重，但准双轴拉伸时损伤程度相比单轴拉伸时有所减弱。热老化32 d、74 d和98 d后-50 ℃、 14.29 s -1 加载条件下的最大伸长率分别为未老化时室温、0.40 s -1 条件下数值的28.79%、27.58%和25.63%，该参数定义可为分析长期贮存后战术导弹SRM药柱在低温点火条件下结构完整性失效的准则提供数据支持。     

热氧老化对芳纶Ⅲ纤维结构与性能的影响

采用高温干燥箱在230、250、275、300℃下制备了不同老化状态的芳纶Ⅲ样品,并对老化试样进行了单丝拉伸测试及相应的结构分析.结果表明,在实验温度范围内,芳纶Ⅲ的强度保留率随热氧老化时间的延长和温度的升高而降低;TG和IR分析表明,芳纶Ⅲ的化学结构未随热氧老化处理而发生明显改变;通过X射线衍射分析,发现纤维聚集态结...     

考虑泊松比的固体发动机装药贮存寿命预估

以含单个小孔隙的立方体为代表性体积单元,结合弹性力学公式,推导了固体推进剂空穴率与瞬时泊松比的关系,得到泊松比随推进剂老化的变化规律.通过固体推进剂加速老化试验,得到固体推进剂瞬时模量及最大延伸率随贮存时间的变化规律.以固体推进剂瞬时模量和瞬时泊松比为老化参数,结合三维粘弹性有限元计算方法,计算了某发动机装药结构不同贮...     

PI短纤维对EPDM绝热层平行压延方向 断裂伸长率的影响

研究了聚酰亚胺短纤维(PI)的断裂强度和长度对三元乙丙绝热层(EPDM)平行压延方向上拉伸力学行为的影响,探讨了PI短纤维在绝热层中的分散性对绝热层断裂伸长率的影响,并提出了在Cox剪滞理论基础上的机理解释,使用扫描电子显微镜(SEM)表征了混炼前后的PI短纤维表面形貌与不同强度的PI纤维填充绝热层的拉伸断面形貌。结果表明,随着PI短纤维强度的提高,绝热层伸长率呈下降趋势且PI纤维的分散不均使得绝热层伸长率波动较大;当PI短纤维长度较短时,纤维易被剪切分散,绝热层伸长率较稳定;表面形貌结构规整的PI短纤维在绝热层混炼时高速机械剪切力下不易受损伤;在绝热层的拉伸断面上不同强度的PI短纤维表面均未附着有胶料,与绝热层基体的界面粘合强度均较低。     

热氧老化对炭纤维/双马树脂复合材料力学性能的影响

通过对炭纤维增强复合材料进行150℃和210℃下的高温老化试验,分析了该复合材料在不同老化温度下的失重率、层间剪切性能、动态力学性能和红外光谱图等。结果表明,老化初期该复合材料的质量损失很快,层间剪切强度有所提高;随着老化时间的增加,老化温度为150℃下的老化失重率逐渐趋于平稳,层间剪切强度先下降、后略微增加,该温度下只发生物理老化;老化温度为210℃下的老化失重率仍缓慢增加,在该温度下,既发生物理老化,又有化学老化,树脂基体被氧化降解,导致基体和界面性能退化,使其层间剪切强度连续下降。     

Zn(MAA)_2和Mg(MAA)_2用量对绝热层与金属粘接性能的影响

将Zn(MAA)2和Mg(MAA)2分别添加到EPDM/NBR橡胶中,制成强粘接型柔性绝热层材料,分别研究了其各自用量对绝热层材料与45#钢之间粘合性能的影响.结果显示,即使不使用任何表面粘合剂,向EPDM/NBR橡胶中添加少量Zn(MAA)2或Mg(MAA)2后,均能显著提高绝热层与45#钢之间的粘接强度;但随着Zn(MAA)2用量增加,绝热层材料与金属的扯离强度先增加后急剧降低,当Zn(MAA)2用量为2 phr时,粘接强度达最佳值,扯离试样的破坏方式主要为界面破坏;而随着Mg(MAA)2用量增加,绝热层与45#钢之间的粘接强度不断增大,且均大于添加相同量Zn(MAA)2时的强度,粘接试样的破坏形式均为橡胶本体破坏,当Mg(MAA)2用量为2～7 phr时,粘接强度均高于4.58 MPa.     

丁羟推进剂老化性能研究——几种防老剂对丁羟推进剂老化性能的影响

本文采用高温加速老化的试验方法研究了老化对推进剂的力学性能、邵氏硬度、相对交联密度、燃速、失重百分数的影响,并以 DSC 曲线的出峰温度作为评定参考.同时,通过电镜技术观察推进剂表面及其拉伸断裂面氧化剂 AP 的分解行为.实验结果表明,防老剂H、α-萘胺和二苯胺这三种防老剂对丁羟推进剂的防老化效果基本相同,但在较高温度下,防老剂 H 稍优于α-萘胺和二苯胺.     

高分子增塑剂对EPDM绝热层性能影响研究

为有效降低三元乙丙(EPDM)绝热材料中小分子挥发物含量,研究了液体EPDM(LEPDM)、液体低分子聚丁二烯(LPB)、液体低分子聚异戊二烯(LIR)、液体丁腈橡胶(LNBR)和液体端羟基聚丁二烯(LHTPB)等高分子增塑剂对EPDM绝热层门尼粘度、力学性能、烧蚀性能、老化性能、可挥发分含量和界面粘接性能的影响规律,并与传统橡胶增塑剂液体石蜡进行对比。结果表明,相比传统增塑剂LPO,高分子增塑剂制备EPDM绝热材料挥发分含量显著降低,其中LIR、LEPDM和HTPB三种高分子增塑剂制备绝热材料挥发分含量最低;同时,其玻璃化转变温度升高,断裂伸长率降低,线烧蚀率降低,门尼粘度和抗拉强度基本相当;除LEPDM外其他高分子增塑剂制备绝热材料的EPDM_生/EPDM_熟界面粘接强度明显下降; EPDM/铝和EPDM_生/EPDM_生界面粘接强度及70℃热老化性能基本相当。     

丁羟胶片的老化研究

研究了丁羟胶片(HTPB)在储存老化过程中,储存温度、储存时间及不同类型的防老剂对丁羟胶片储存老化性能的影响。胶片的老化性能是以抗拉强度、断裂延伸率、邵氏硬度、交联密度及热分解动力学参数等为判据的。     

键合剂对AP/HTPB推进剂贮存老化性能的影响

本文用高温加速老化的方法,通过测定 AP/HTPB 推进剂的单轴拉伸,交联密度、硬度、燃速等性能随时间的变化,比较了三乙醇胺、三氟化硼三乙醇胺、MAPO、MAPO·HAC 和 HX-752等五种常用键合剂对 AP/HTPB 推进剂贮存老化性能的影响.并通过热重分析,对含键合剂的 AP/HTPB 推进剂的老化机理进行了初步探索,粗略估算了推进剂的贮存寿命.     

NEPE推进剂粘合剂网络结构调节研究

把混合固化剂、扩链剂聚乙二醇200(PEG200)、交联剂三羟甲基丙烷(TMP)、三官能度环氧乙烷四氢呋喃共聚醚(PET)、端异氰酸酯预聚物以及互穿网络的使用作为调整NEPE推进剂粘合剂网络结构的主要措施。采用单向拉伸手段,研究了它们对NEPE推进剂力学性能的影响。结果表明,TMP能提高推进剂的拉伸强度,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与PEG200混合使用能提高推进剂的最大延伸率;三官能度PET能使推进剂的强度和延伸率均有所提高,当粘合剂中三官能度PET的质量分数为50%时,推进剂常温下的拉伸强度和最大延伸率分别比空白样提高了16%和161%;端异氰酸酯预聚物能改善推进剂的力学性能,尤其是对提高最大延伸率有明显作用;将新型聚合物P31引入推进剂粘合剂体系形成互穿网络,推进剂在不同温度下的拉伸强度先增大后减小,延伸率一致增大,当P31的含量占粘合剂体系的5%时,拉伸强度达到最大值。     

密封用硅橡胶老化过程宏观微观特性相关性

开展了密封用某型硅橡胶胶片试件的热空气加速老化试验,对不同等当老化年份下的试件进行了单向拉伸测试和元素分析,获得了老化过程中应力应变数据以及关键元素浓度变化数据;在不同等当老化年份下宏观力学性能及微观化学数据分析的基础上,研究了本构参数与等当老化时间的函数关系以及老化效应与等当老化时间的函数关系,进而建立了宏观力学行为与微观化学变化的相关性模型。某硅橡胶密封圈的应用表明,基于宏观、微观相关性的本构参数插值,应力应变数据与同批次材料100%应变范围内的最大偏差约为7.6%。     

芳纶纤维和丁腈橡胶体系绝热层新配方的研制

采用含卤-锑的阻燃剂,芳纶纤维代替石棉纤维,研制了耐烧蚀的丁腈橡胶绝热层新配方(D210配方)。试验研究了芳纶纤维用量、卤-锑阻燃剂用量及纤维排布方向对绝热层烧蚀性能的影响;研究了增塑剂用量对绝热层玻璃化温度的影响。结果表明,芳纶纤维用量为4份时,绝热层烧蚀性能最佳,线烧蚀率为0.051 mm/s,质量烧蚀率为0.069 g/s;在选定的阻燃剂用量范围内,阻燃剂对绝热层烧蚀性能影响不大;所选增塑剂用量为20份时,玻璃化温度Tg可达-40℃。试验还对绝热层力学性能、硬度、粘接性能、比热容、导热等性能进行了测试,表明新研制的耐烧蚀橡胶有可能成为替代传统的石棉纤维和丁腈橡胶体系的固体火箭发动机燃烧室内绝热层。