AP级配及含量对HTPB固体推进剂界面约束作用影响机理研究

复合固体推进剂是一种含能非均质颗粒填充材料,其基体聚合物分子通过物理缠结及氢键作用吸附于填料表面,产生基体-填料界面相互作用,这种相互作用使基体聚合物交联网络分子的运动受到限制。以高氯酸铵(AP)级配及含量不同的端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂为研究对象,通过动态力学试验、溶胀试验、单向拉伸试验、循环拉伸试验,探究了AP级配及含量变化引起的HTPB固体推进剂界面约束作用差异,并探究其对推进剂结构及性能的多维度影响。结果表明：随着细粒度AP含量及AP总含量的提高,约束区域占比增加,基体交联网络分子受限作用增强,HTPB固体推进剂界面相互作用提高,单向拉伸状态下的推进剂强度、模量提高,伸长率下降;循环载荷作用下,约束作用则提高了能量耗散过程,加剧HTPB固体推进剂疲劳损伤进程。     

固体填充剂对推进剂力学性能的影响

借助扫描电子显微镜（SEM）及微型动态拉伸装置测试手段，对含固体颗粒填充剂的丁羟复合固体推进剂（HTPB）和硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂（NEPE）中的微相结构进行了断口微观形貌观察和推进剂拉伸试件在拉应力作用下的断裂过程分析。结果表明，固体颗粒的形状，粒径尺寸，粒度分布和级配变化，以及固体填料／粘合剂的界面性质等因素对推进剂力学性能有着重要的影响。     

复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征

复合固体推进剂脱湿涉及导弹武器的贮存和使用情况。针对复合固体推进剂脱湿过程细观建模与损伤定量表征开展研究。首先为研究复合固体推进剂在外界载荷作用下的细观损伤演化规律,基于随机序列吸附法、热膨胀原理和分步填充的思想,实现了高体积分数颗粒填充,并通过几何合并的方式,加入粘合剂基体和颗粒/基体界面,建立了高体积分数固体推进剂三维细观结构模型。该细观几何模型将固体氧化剂(AP)颗粒与羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂基体的连接界面处设定为内聚力单元,基于双线性损伤内聚力模型,考虑粘合剂基体与时间相关的粘弹特性,开展了不同应变率下固体推进剂的颗粒/基体界面脱湿数值模拟。提取内聚力界面单元高斯积分点的几何体积和刚度衰减率SDEG数据,定义固体推进剂材料内部脱湿面积,对其细观损伤进行了定量表征。结果表明,该三维细观结构模型能有效表征固体推进剂的细观结构。在外界载荷作用下,颗粒/基体界面脱湿容易出现在大颗粒及颗粒比较密集的区域,界面损伤导致颗粒承载能力下降,且应变率越高,推进剂内部越容易出现损伤。     

NEPE类推进剂力学性能调节的新技术

为满足复合固体推进剂高能、低特征信号的要求，近年来ＮＥＰＥ类推进剂在兼顾能量及力学性能调节方面研究已经取得了一些进展。本文归纳总结了这类推进剂力学性能调节的最新技术途径，并进行了理论上的分析，例如：调节粘合剂相的网格和形态结构；调节填料／粘合剂基体间的相互作用等。     

硝胺类复合固体推进剂用键合剂的研究进展

总结了提高硝胺类复合固体推进剂力学性能的方法,认为键合剂的使用是提高推进剂力学性能经济、高效、便捷的技术途径,分析了键合剂的作用机理及其功能特点,综述了硝胺类复合固体推进剂用键合剂的种类及其研究进展,认为多功能聚合物键合剂("一剂多能")是键合剂的一个发展方向,应根据硝胺填料表面特性及不同粘合剂结构特点,通过分子设计,制备出适用于不同粘合剂-硝胺体系推进剂的通用键合剂,针对通用键合剂的设计提出了几点建议。     

NEPE推进剂/衬层界面研究进展

装药界面是固体火箭发动机故障高发部位。NEPE固体推进剂活性组分多,界面化学物理过程复杂,装药界面粘接问题更加突出。重点开展了界面结构表征、界面粘接与老化失效机理两个方面的研究,发现NEPE推进剂/衬层界面区域在微观尺度上存在多层次结构,推进剂一侧形成40~80μm的HMX及其键合剂富集区,衬层HTPB粘合剂向NEPE推进剂方向扩散,在物理分界衬层侧形成粘合剂基体富集层。系统分析了影响界面粘接的主要因素,确定了影响界面粘接的主反应,阐明了两个主反应的竞争关系。揭示了界面粘接的主要副反应,即工艺助剂YS与固化剂的反应。发现了NEPE推进剂/衬层粘接界面老化降解的关键化学过程,界面老化降解主要发生在PEG与N100反应形成的氨基甲酸酯结构的C—O键,氮氧化物的残余含量决定老化反应的速率。     

复合固体推进剂应力分布的数值模拟及损伤萌生分析

建立了复合推进剂颗粒填充引起应力集中的有限元计算模型，计算了法向应力的分布及其最大应力的位置，讨论了颗粒分数，刚度对应力分布的影响。根据引发微裂纹萌生的力学条件，得到了复合固体推进剂占主导地位的损伤形式为颗粒与界面的显微裂纹损伤。     

高燃速HTPB／IPDI推进剂低温力学性能研究（Ⅰ）细AP及工艺助剂PA？…

研究细粒度ＡＰ及工艺助剂ＰＡ含量对丁羟高燃速推进剂低温（－４０℃）力学性能的影响，结果显示：大量细粒度ＡＰ加入高燃速配方中，一方面加剧了单向拉伸过程中填料（主要是细ＡＰ）颗粒附近的应力集中；另一方面降低了填料／粘合剂间的粘结强度，是造成低温力学性能偏低的主要原因。由于工艺助剂ＰＡ极性及刚性，使得它易于富集于填料表面，低温下降低了界面层的柔性，物理作用也极大地束缚了填料附近粘合剂网络的分子运动，因此     

高燃速HTPB/IPDI推进剂低温力学性能研究(Ⅰ)细AP及工艺助剂PA的影响

研究了细粒度AP及工艺助剂PA含量对丁羟高燃速推进剂低温(-40℃)力学性能的影响,结果显示:大量细粒度AP加入高燃速配方中,一方面加剧了单向拉伸过程中填料(主要是细AP)颗粒附近的应力集中;另一方面降低了填料/粘合剂间的粘结强度,是造成低温力学性能偏低的主要原因.由于工艺助剂PA极性及刚性,使得它易于富集于填料表面,低温下降低了界面层的柔性,物理作用也极大地束缚了填料附近粘合剂网络的分子运动,因此,它在改善工艺性能的同时,对推进剂低温力学性能有不利影响.     

评价复合固体推进剂中填料/粘合剂相互作用的新方法

为了便于评价复合固体推进剂中填料／粘事剂的相互作用，从填料充填弹性体应力应变公式出发，提出了一种简单而直观地评价填料／粘合剂相互作用的新方法。其在几种不同填料体系的应用表明，该方法不仅可以评价填料／粘合剂的相互作用，还可表征键合剂的作用效果，这一方法具有较大的使用价值。     

一种求解固体推进剂粘弹性参数的通用数值积分法

根据粘弹性理论,用拉氏逆变换推导出了由拉伸松弛模量E(t)和体积松弛模量K(t)求固体推进剂剪切松弛模量G(t)的一种积分方程式,并用迭代和数值积分法给出了求解G(t)的数值积分算法。算例表明,该法简单实用,便于用ANSYS等软件进行粘弹分析时输入参数的确定。经比较,可将此源于梯形积分公式的数值积分算法作为一种求解固体推进剂粘弹性参数的通用数值积分法。     

PAN基高模量碳纤维微观结构研究

采用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)和拉曼光谱(Raman光谱)研究了3种自制PAN基高模量碳纤维(1#,2#,3#)的微观结构,并与M40J,M46J,M55J碳纤维进行了对比。结果表明:3种自制PAN基高模量碳纤维微晶尺寸的大小顺序为3#2#1#;1#到3#碳纤维表面和截面Raman光谱所获得的R值(D峰和G峰的积分强度比)均减小,石墨化程度升高,结晶性变好;1#碳纤维的结晶性介于M40J碳纤维和M46J碳纤维之间,2#和3#介于M46J碳纤维和M55J碳纤维之间;三者的石墨化程度略高于M46J碳纤维。     

有机纤维束纱弹性模量测试分析

介绍了一种超声波测试技术,能快速简便地对有机纤维进行动态弹性模量测试,给出了动态和静态弹性模量的计算式,并测试了F-12芳纶、国产芳纶Ⅲ和PBO纤维的动态弹性模量,且采用GJB 348—87复丝拉伸实验对上述几种纤维的静态杨氏模量进行测试对比。实验结果表明,超声波测试F-12芳纶纤维、芳纶Ⅲ纤维和PBO纤维的动态弹性模量平均值分别比采用GJB 348—87测得的静态模量稍高;与GJB 348—87复丝拉伸实验相比,此方法具有测试装置简单、取样容易等特点,可作为一种常用的测试方法。     

深埋洞室围岩破坏区域碎裂化的非均匀弹性分析

根据实验研究发现，在深部开挖的围岩中观察到的区域周期结构，是以巷道围岩中的破裂区域和相对完好区域交替出现，这种现象被称为区域碎裂化现象。区域碎裂化现象是深部岩体工程响应的特征和标志，在分析深部岩体工程围岩变形、破裂和稳定性时必须要考虑区域碎裂化现象和破裂区的残余强度，它决定了深部岩体工程开挖、支护方案特点和原理，同时，区域碎裂化现象的产生并不是岩石达到一定深度而产生的突变过程，而是蕴涵着地下工程变形破坏的一种本质特征，只是在一定的应力作用下的明显体现，因此对深部岩体工程区域碎裂化结构形成规律的研究不仅对深部开采具有重要的工程意义，同时也对浅部地下工程建设具有重要的实际意义，本文通过力学分析对区域碎裂化形成机理进行理论研究。     

陶瓷盖板结构的应力分析

主要根据拉、压不同模量弹性力学理论,采用空间轴对称体有限元法,对多脉冲发动机的陶瓷盖板结构进行了应力分析。根据发动机的工作特点,在应力分析中考虑了动力响应的问题。为了得到符合工作要求的较为理想的陶瓷盖板结构形式,研究了盖板形状、尺寸大小、支承条件对应力分布的影响。     

M40石墨纤维/环氧F46复合材料弹性常数计算公式分析

M40石墨纤维/环氧F46复合材料是目前应用于卫星结构的主要材料。根据实验数据与已有多种计算公式作了比较,提出了适用于该材料的弹性常数计算公式。     

剪切模量的近似函数和精确数值积分表达式

以粘弹性理论为基础，采用拉氏逆变换、迭代和数值积分的方法，分别推导出由应力松弛模量E(t)、粘弹泊松比v(t)计算固体推进剂剪切模量G(t)的近似函数和精确数值积分表达式。     

体积松弛模量与体积蠕变柔量的研究

简述了体积松弛模量Ｋ（ｔ）与体积蠕变柔量Ｂ（ｔ）之间的精确与近似转换关系，提出一种根据实测Ｂ（ｔ）诊断Ｋ（ｔ）的数值积分算法。通过体积蠕变实验室出一种丁羟固体推进剂Ｂ（ｔ）和Ｋ（ｔ）的实测与转换计算结果。     

聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维制备及性能研究

采用4,6-二氨基间苯二酚(DAR)与对苯二甲酸(TPA)缩聚的方法制备PBO聚合物溶液,在180~200℃使聚合物形成液晶态,利用干喷湿纺制法制备纤维。采用DSC、Raman及XRD等方法对纤维进行表征。制备的纤维与商品纤维相比,具有相同的结构和热性能,但表面形貌和强度有差异;两种纤维具有6个相同的主要Raman光谱带,但制备纤维的峰面积较小。制备的PBO纤维热降解温度达650℃,热牵伸处理可使纤维的模量提高至240~300 GPa。     

聚对苯撑苯并双嗯唑（PBO）纤维制备及性能研究

采用4，6-二氨基间苯二酚（DAR）与对苯二甲酸（TPA）缩聚的方法制备PBO聚合物溶液，在180—200℃使聚合物形成液晶态，利用干喷湿纺制法制备纤维。采用DSC、Raman及XRD等方法对纤维进行表征。制备的纤维与商品纤维相比，具有相同的结构和热性能，但表面形貌和强度有差异；两种纤维具有6个相同的主要Raman光谱带，但制备纤维的峰面积较小。制备的PBO纤维热降解温度达650℃，热牵伸处理可使纤维的模量提高至240～300GPa。