偶联剂MAPO提高HTPB推进剂延伸率的机理研究

用单轴拉伸和红外光谱法研究偶联剂ＭＡＰＯ在ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂中的作用。实验结果表明：ＰＡＰＯ能提高ＨＴＰＢ推进剂的强度和起始模量，并不提高延伸率。ＭＡＰＯ提高延伸率是和配方中相应扩链剂配合的协同结果。二胺类化合物ＦＬ和ＭＡＰＯ匹配可提高ＨＴＰＢ推进剂延伸率。用比较拉伸贮能的方法可探索推进剂内部结构的变化。     

NEPE高能推进剂力学性能模拟计算

将颗粒填充聚合物三相结构(颗粒相-中间相-基体相)和粘弹模型相结合,提出了NEPE高能固体推进剂三相结构粘弹模型,建立了NEPE高能推进剂力学性能与其配方组成、固体填料粒径及级配、弹性母体(基体)的拉伸强度和模量、界面层模量等参数的数学关系,进行了编程计算,其拉伸强度和伸长率90%的计算值和测试结果相对误差小于20%。     

环境压强对固体推进剂力学行为的影响

为了解环境压强对固体推进剂的力学行为的影响，以NEPE固体推进剂为研究对象，利用高压材料试验机，研究了室温中两种拉速条件下的NEPE推进剂力学行为变化规律。结果表明：NEPE推进剂的抗拉强度、伸长率、断裂伸长率均随环境压强的增加而增大。建立了环境压强对NEPE推进剂力学行为影响的数学模型，提出了力学性能压强指数的概念，并对测试结果进行了简要分析。     

相分离对NEPE推进剂性能的影响

采用低温贮存及性能测试的方法研究了相分离对NEPE推进剂力学性能、危险性能以及燃烧性能的影响规律。在-20℃贮存条件下,增塑比小于等于2 8时NEPE推进剂存在相分离,相分离程度随增塑比降低及低温贮存时间增加而增大。发生相分离以后,NEPE推进剂的低温力学性能下降并且最大伸长率的波动幅度增大;NEPE推进剂的冲击感度显著降低,摩擦感度有轻微增加;NEPE推进剂在2 94～8 83MPa范围内的燃速升高了0 3～0 7mm/s。为了稳定NEPE推进剂的性能,应采取有效措施控制NEPE推进剂的相分离。     

MAPO 提高丁羟推进剂伸长率条件的研究

丁羟粘合剂的高熵弹性和与ＡＰ界面的高粘结强度是丁羟推进剂具有高伸长率的必要条件。实验研究的结果表明：只有当丁羟粘合剂具有高的熵弹性时,加入键合剂ＭＡＰＯ才能显著提高丁羟推进剂的伸长率;扩链剂的存在不是键合剂ＭＡＰＯ提高丁羟推进剂伸长率的必要条件。     

基于原位X射线成像的推进剂损伤演化表征

为实现对硝酸酯增塑聚醚（NEPE）固体推进剂的细观损伤及其演化行为的可视化表征，基于自主研制的原位力学试验系统与第3代高分辨同步辐射X射线三维成像技术，对拉伸速率为0.1 mm/s下的NEPE固体推进剂单调拉伸过程进行三维成像原位观测和表征，获取初始状态固体推进剂的细微观形貌及其随拉伸载荷的演化特征，提取并分析其内部典型损伤的体积与球度随载荷的演化规律。结果表明：同步辐射原位成像技术能够准确获取NEPE固体推进剂的细观结构特征，可以基于灰度差异对固体推进剂的AP颗粒、Al颗粒、基体以及缺陷等实现特征的准确识别。研究发现，NEPE固体推进剂内部缺陷主要有2种，一种为颗粒内的孔洞，一种为AP颗粒/基体界面的初始脱湿。推进剂细观损伤首先表现为初始的界面脱湿形成的孔隙：在拉伸载荷较小时，推进剂的损伤形式主要表现为较大的AP颗粒脱湿形成的孔隙；在拉伸载荷较大时，除AP颗粒脱湿外可以观察到Al颗粒的脱湿，大量的AP颗粒脱湿后形成的孔隙相互融合，最终导致固体推进剂宏观断裂。对固体推进剂内部孔隙定量化表征的结果表明，孔隙体积随着拉伸载荷增大而增加，而球度变化与初始缺陷相关，有初始缺陷时，球度呈现单调减...     

偶联剂对推进剂填料界面影响研究

本文用不同界面性质填料的推进剂,经单轴拉伸试验,研究偶联剂对不同填料提高推进剂力学性能的偶联效应.结果表明:MAPO对包AP、未包AP起偶联作用,T313-B、T603、5527对A1起偶联作用;T313组合偶联剂兼顾了单元偶联剂各自的效应,且对包AP有显著的正协同效应.本文还解释了T313在配方中提高力学性能的作用;提出了选择推进剂偶联剂的方向.     

NEPE推进剂力学性能与化学安定性关联老化行为及机理

为了剖析NEPE推进剂力学性能老化特性,研究了其力学性能与化学安定性关联老化行为及其机理。力学性能与化学安定性对比以及正交试验结果表明:两者的老化行为存在关联性,且呈“两段式”。通过理化参数与化学安定性对比以及高效液相色谱测试,阐明了关联老化行为的内在机理是:安定剂不断与硝酸酯分解出的氮氧化物反应生成亚硝基产物,抑制硝酸酯的自催化分解,安定剂通过对硝酸酯分解产物的稳定作用而间接地对粘合剂母体起到了稳定作用,从而形成了NEPE推进剂特有的力学性能与化学安定性老化“两段式”关联行为。     

NEPE推进剂中聚乙二醇的结晶性

利用X射线衍射技术研究了NEPE推进剂中聚乙二醇的结晶特性。探讨了填料、化学交联和增逆剂对聚乙二醇结晶的影响，实验结果表明上述几种因素都会显著降低聚乙二醇的结晶性。     

AP与HMX作用的“连锁互动”机制

研究了NEPE推进剂中AP与HMX的相互作用。基于凝相机理与热解实验,从分子层面和化学反应的角度,结合价键、形式电荷、链反应等理论和固体单元推进剂的燃烧状况,提出了AP与HMX间的“连锁互动”机制。有NH3与NO2等活性物种参与的“放热连锁、物种互动”过程,可以有效提高NEPE推进剂燃速并在一定程度上改善其燃烧性能。     

考虑围压效应的N15固体推进剂本构模型

利用自制围压试验系统,完成了不同围压下N15固体推进剂的力学性能测试,结果显示:围压对推进剂初始模量影响不大,但最大抗拉强度、断裂强度、最大伸长率和断裂伸长率均随着围压的增大而增大;结合推进剂细观结构及断面分析,初步揭示了围压对推进剂力学性能的影响机理,由于围压的存在,推进剂内部颗粒脱湿度降低,孔洞由于受到压迫,其形成扩展过程延缓,裂纹萌发扩展被抑制,从细观结构上证明了围压对推进剂具有强化效果;根据弹性-黏弹性对应原理建立了考虑围压效应的N15推进剂本构模型,结果表明所建立的本构模型准确度较好,能够准确描述围压对N15推进剂力学性能的影响。      

不同拉伸速率下改性双基推进剂的力学特性

为研究改性双基推进剂力学性能的率相关性,开展了不同速率下改性双基推进剂单轴拉伸力学性能试验,并利用扫描电镜对拉伸断面的形貌进行了观察,分析了拉伸速率对推进剂力学性能以及断面形貌的影响,以及不同拉伸速率下的破坏模式。结果表明：随拉伸速率的增加,推进剂应力-应变曲线逐渐出现应变强化现象,且现象越来越明显;推进剂的初始模量、强度随拉伸速率的增大呈现上升趋势;推进剂的断裂伸长率随拉伸速率的增大,呈现先上升后下降的趋势,在0.24%·s-1应变速率附近达到极值;随拉伸速率的增大,推进剂的破坏模式分别表现为颗粒“脱湿”、基体断裂、颗粒断裂。     

丁羟固体推进剂力学性能模拟计算

提出了丁羟固体推进剂力学性能的三相结构模型(分散相-界面相-连续相),建立了丁羟固体推进剂力学性能与弹性母体的伸长率和弹性模量、推进剂组分固体含量、粒径、级配、粘合剂和键合剂等的数学关系,进行了编程计算;推进剂抗拉强度和伸长率的计算结果与实验值吻合较好,并用该软件计算研究了弹性母体的伸长率及模量?AP的粒径及级配?键合剂的含量等对推进剂力学性能的影响规律。     

应变控制下NEPE推进剂非线性疲劳损伤

为研究高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的非线性疲劳损伤特性,基于损伤力学和黏弹性理论,建立了一种非线性疲劳损伤模型.该模型考虑了材料疲劳过程中刚度衰减的特征.建立的疲劳损伤模型,通过动态热机械分析仪(DMA)进行5组不同应变水平下的疲劳实验,获得模型参数,并对模型进行验证,利用电荷耦合器件图像传感器(CCD)进行显微观察,分析了应变加载历史对NEPE推进剂微观上的影响.结果表明:提出的损伤演化模型能够很好地描述NEPE推进剂应变控制下的非线性疲劳损伤;定应变往复拉伸造成了推进剂颗粒与基体的脱湿,在循环初期脱湿速度较快,随着循环周期增加,脱湿程度逐渐趋于稳定.      

纳米级碳酸铅在NEPE推进剂中的应用

研究了纳米级碳酸铅对ＮＥＰＥ推进剂燃速压力指数的影响。采用ＤＳＣ分析了纳米级碳酸铅与ＮＥＰＥ推进剂主要组分硝酸酯的相容性以及对推进剂固化反应的催化作用和对高氯酸铵、硝胺常压热分解的催化作用,并利用恒压静态燃速仪测试了推进剂在４ＭＰａ￣１１ＭＰａ的燃烧速度和燃速压力指数。发现纳米组碳酸锅表现出与硝酸酯良好的相容性,对推进剂的固化反应和硝胺的热分解均有很强的催化作用,对高氯酸铵的热分解则没有明显的影响     

硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆固化反应研究

从推进剂药浆固化的动态流变特征出发，用DRA动态流变学方法研究了硝酸酯增塑聚醚推进剂的固化反应动力学。结果表明：它可提供推进剂药浆固化的表观凝胶化时间和固化反应的表观活化能；活化能随动态条件的不同而异，具有明显的固化反应指纹特征；动态流变学方法可对药浆直接进行固化反应动力学研究。对于深入研究推进剂性能将有很好的实际意义。     

Service life prediction of AP/Al/HTPB solid rocket propellant with consideration of softening aging behavior

The aging behavior of softening composite solid propellant was investigated by measuring its mechanical and ballistic prosperities during prolonged storage at elevated and room temperatures. Accelerated aging was conducted at 65 °C for 231 days while the normal aging was performed at 25 ± 3 °C and relative humidity less than 50% for 8 years. The mechanical properties were obtained from uniaxial tensile tests for the aged propellant specimens while the ballistic properties were determined from static firing tests of subscale motors aged for 112 days at 65 °C. The mechanical results show that the maximum tensile strength and Young's modulus initially increase and subsequently decrease with increasing aging time, while the maximum tensile strain generally increases with increasing aging time. The ballistic properties like burning rate show a small change which cannot affect the ballistic performance. The experimental results show that the changes in the mechanical properties are significant during the aging period, but the burning rate does not undergo significant changes. From this study, it is observed that the propellant ages through a combination of reactions like post-cure, oxidative cross-linking, chain scission, and hydrolysis. The chain scission and the hydrolysis effect are the most significant process, which makes the propellant soft and extendible. The observed aging mechanism has been modeled using an exponential function with two terms which can describe the complex behavior of the aging. By applying Arrhenius equation,the activation energy values were obtained based on the propellant mechanical properties. The shelf life of this propellant formulation at 25 °C is predicted to be 13 years using the modulus as failure criteria and control parameter.     

宽使用温度范围的丁羟高燃速推进剂配方研究

研究了细AP含量、增塑剂癸二酸二异辛酯（DOS）含量和键合剂LW1等因素对HTPB／IPDI高燃烧推进剂－55℃低温力学性能的影响，获得了一个使用范围广（－55℃－＋70℃）、综合性能优良的丁羟高燃速推进剂配方。该推进剂除具有能量高、燃速高等特点外，还有优良的力学性能。70℃最大抗拉强度（σm）蒺、MPa,25℃,70℃最大伸长率（εm）大于45％，－55℃时的伸长率大于30％。