键合剂对NEPE推进剂破坏趋势影响的实验定量研究

在采用原位拉伸扫描电镜对不同22#键合剂加入量的NEPE推进剂样条单轴拉伸破坏过程进行观察的基础上,通过图像处理与差分盒维数计算的方法,对22#键合剂加入量对NEPE推进剂力学性能的影响进行了定量比较。结果表明,随22#键合剂的加入量增大,有利于提高固体粒子与粘合剂基体的相互作用力。同时也表明,利用分形维数随延伸率的变化曲线,通过对曲线斜率与拐点位置的比较,可对固体推进剂的力学性能变化趋势进行定量研究。     

NEPE推进剂力学性能的统计特性及贮存老化的影响

固体推进剂力学性能是决定固体推进剂药柱可靠性的关键性能。为准确评估贮存寿命和可靠性,需要掌握固体推进剂力学性能的分布规律以及贮存老化的影响。研究了NEPE推进剂老化过程中抗拉强度、初始模量、最大伸长率和断裂伸长率等力学性能参量的统计分布特性,以及加速老化过程中统计参数的变化规律。研究结果表明:同一老化状态和测试条件下,NEPE推进剂单向拉伸力学性能参量测试值呈正态分布;不同老化状态的力学性能变异系数与老化时间、温度无关,呈正态分布。将不同老化温度、老化时间的力学性能变异系数作为来自同一总体样本的随机变量,求出了NEPE推进剂抗拉强度、最大伸长率、初始模量和脱湿因子的变异系数的99%置信上限,作为固体推进剂药柱贮存可靠性评估的基础数据。     

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。     

复合固体推进剂单向拉伸曲线分析

运用模糊群子理论对影响复合固体推进剂力学性能的因素及其单向拉伸曲线进行了分析，结果发现，推进剂的力学性能可由控制阻碍形变因素和屈服因素的主次对比来调节；不同的拉伸曲线对应于不同的主导控制因素。这对于认识影响推进剂力学性能的本质及其调节方法有较大的促进作用。     

拉伸速率对NEPE推进剂力学性能的影响

运用单向拉伸手段,研究了不同拉伸速率(0.5～500 mm/min)、测试温度(25～70℃)对NEPE推进剂最大抗拉强度σm和最大伸长率εm的影响。试验结果发现,NEPE推进剂σm和εm均与拉伸速率v呈幂律函数关系,建立了相关性较好的幂函数方程σm=k(T)va和εm=f(T)vb。利用该方程,对极慢拉伸速率下NEPE推进剂σm和εm进行了预示,计算结果可为固体火箭发动机设计及推进剂贮存性能研究提供技术支持。     

复合固体推进剂单向拉伸曲线的拟合分析

采用Origin软件处理复合固体推进剂单向拉伸曲线脱湿段,确定了初始模量与脱湿点的计算方法,曲线拟合结果显示Poly模型准确度高普适性强,而指数模型物理意义明确。以Poly拟合NEPE与HTPB两类推进剂吸湿前后与不同拉速下的拉伸曲线,并进行一阶与二阶微分;吸湿影响结果表明,吸湿后两类推进剂均无模量平台期与模量变化率波谷;拉速影响结果表明,初始模量与拉速呈对数关系,HTPB存在模量平台期与模量变化率波谷,而NEPE仅有模量拐点。     

BF3及其衍生物在Al／HTPB／IPDI模拟推进剂中的作用研究

用单向拉伸试验、红外光谱分析、化学分析等实验方法对BF_3及其衍生物在Al/HTPB模拟推进剂中的作用进行了研究。试验结果表明,BF_3及其衍生物加入后显著影响其力学性能,其原因是,BF_3及其衍生物在Al存在下,与HTPB发生凝胶化反应,这导致模拟推进剂凝胶含量、交联密度上升。由此可见,BF_3在推进剂中的作用,不仅仅是MAPO开环聚合的一种催化剂,而且是丁羟粘合剂基体的一种网络调节剂。     

环境压强对NEPE推进剂单向拉伸力学行为的影响

采用单向拉伸实验,研究了不同温度、不同拉速、不同环境压强对NEPE推进剂力学行为的影响。结果表明,环境压强对NEPE推进剂力学行为的影响存在一个阈值,超过该阈值后,环境压强对最大强度的影响不大,对最大伸长率无明显影响规律。同时,采用双剪强度理论,建立了NEPE推进剂最大剪应力强度与环境压强的关系。结果表明,两者呈现较好的线性关系,根据关系式得出,在低温下推进剂最大剪应力强度对环境压强更敏感,并对该关系式的其他应用进行了简要分析。采用SEM法观测结果表明,环境压强主要在抑制颗粒脱湿、降低空穴方面有较强作用。     

基于环境压强下NEPE固体推进剂双剪强度准则

基于双剪强度理论和已有的NEPE固体推进剂强度试验资料,提出了一个NEPE固体推进剂双剪强度准则的推广形式,探讨了该双剪强度准则相关参数的选取问题,验证了该双剪强度准则的合理性。研究表明,多轴应力状态下NEPE固体推进剂强度与应力相关,八面体剪应力随平均主应力的增加呈非线性增加;NEPE推进剂的破坏强度随拉伸速率的增加而提高。     

MAPO含量和AP级配对丁羟推进剂力学性能的影响

为了研究不同MAPO含量和AP颗粒级配对丁羟推进剂力学性能的影响,设计了系列配方推进剂的单向拉伸和原位动态扫描电镜观测实验.通过从宏观到细观视角的切换,分析了MPAO含量和AP级配对推进剂力学性能可能的影响机理.研究结果表明,MAPO对推进剂力学性能的改善机理体现在其对基体和界面两方面的作用,MAPO加入与否比MAPO...     

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。     

二醇类扩链剂对丁羟推进剂力学性能的影响

采用单向拉伸等方法研究了二醇类扩链剂对丁羟推进剂力学性能的影响，结果表明扩链剂改善推进剂的力学性能效果明显，经分析认为微相分离是扩链剂影响推进剂低温力学的一个主要因素。     

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。     

不同温度和拉伸速率下复合推进剂力学性能及破坏模式分析

进行不同温度和拉伸速率下推进剂单向拉伸力学性能试验,并利用扫描电镜对拉伸断口形貌进行了观察,分析了温度和拉伸速率对推进剂力学性能的影响以及不同细观破坏模式,特别是低温、高拉伸速率下推进剂的失效机理;基于时温等效原理,给出了推进剂力学性能主曲线和破坏包络线。研究表明:初始模量、抗拉强度主曲线呈指数递减趋势,在高温、低拉伸速率下其值减少;断裂伸长率主曲线呈多项式关系,在低温、高拉伸速率下明显降低;力学性能主曲线和破坏包络线可以用于不同试验条件下失效应力的预测;推进剂在低温、高拉伸速率条件下内部颗粒产生了明显的破碎,相同温度条件下,拉伸速率越高,颗粒破碎越严重。     

考虑应变率和温度响应的少烟NEPE推进剂粘弹性本构模型

为研究少烟NEPE推进剂力学性能的应变率及温度相关性,使用万能材料试验机分别在不同应变率(4.17×10-4～4.17×10-1s-1)和温度(-40～50℃)下测试了推进剂的力学性能,建立了考虑应变率和温度响应的本构模型。结果表明,少烟NEPE推进剂具有应变率硬化特性,其拉伸应力与对数应变率呈线性关系;降低温度使推进剂的定伸应力和模量增大,升温则相反。结合少烟NEPE推进剂的线性对数应变率效应和温度变化特性,建立了粘弹性本构模型,该模型用多蠕变模式与非线性弹簧的组合来反映力学性能的率相关性,用率相关模型与温度函数的乘积形式来描述力学性能的温度相关性。模型预测与实验曲线对比表明,所建模型在实验温度、应变率、0.1～1.0应变范围内预测的准确性较好,其百分误差小于24%。     

NEPE推进剂在变温环境下的损伤结构及冲击波感度变化研究

为研究NEPE推进剂在变温环境条件下的损伤情况及损伤对其冲击波感度的影响,采用温度循环试验、温度冲击试验及液氮冲击试验对NEPE固体推进剂进行了变温环境考核,用力学性能测试、超声参量检测及CT成像法表征了其损伤结构的变化情况,并利用隔板试验对损伤前后NEPE推进剂的冲击波感度进行了测试.研究结果表明,NEPE推进剂在变温环境下其内部会出现一定损伤,且损伤程度随环境严酷程度的增大而增加,但NEPE推进剂内部的热裂纹对其冲击波感度的影响并不明显.     

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     

NEPE推进剂多功能高效助剂应用研究

研究了e3.e5、e5多功能助剂对NEPE推进剂主要性能的影响。实验结果表明,多功能助剂能明显提高NEPE推进剂的综合性能,20、70、-40℃下εm提高10%~20%以上,动态压强指数降低0.101,自燃温度提高3.9~9.8℃,分解时间延长数倍。e3.e5、e5助剂具有提高推进剂力学性能、降低压强指数、改善化学安定性和安全性能等多种功能,同时具有用量少、使用方便、效果显著、副作用小的优点。     

固体推进剂用有机硅烷类键合剂的制备及性能研究

将3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷,聚乙二醇于65℃进行反应,得到硅烷键合剂BAG-ZD,用FT-IR对反应程度进行跟踪,研究了反应时间、催化剂等对反应的影响程度。结果表明,加入0.1%的二月桂酸二丁基锡,在65℃左右反应3 h时效果最好;对BAG-ZD和WD50(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)进行了水解对比实验,通过电导率的变化对水解反应程度进行了分析,BAG-ZD的水解时间比WD50慢210 min; NEPE药浆吸附试验表明,BAG-ZD能有效作用到AlH_3表面,且均匀分布;单向拉伸试验结果表明,加入BAG-ZD后,推进剂的拉伸强度和最大伸长率均提高了40%左右。     

NEPE推进剂粘接体系中的组分迁移及影响

采用高效液相色谱(HPLC)和等离子发射光谱(ICP),并结合粘接强度的变化,研究了NEPE推进剂粘接体系中组分的迁移及对粘接性能的影响.结果表明,NEPE推进剂中的硝酸酯和稳定剂向HTPB/TDI衬层中的迁移量,随氨基甲酸酯硬段含量的升高而增大;硝酸酯的迁移对衬层的粘接贮存性能无明显不利影响,但显著降低了HTPB/TDI衬层的力学贮存性能;NEPE推进剂中TPB的单向迁移降低了衬层/推进剂界面的粘接性能,稳定剂的单向迁移显著降低了界面的粘接贮存性能.