白炭黑特性对丁羟衬层力学性能的影响

研究了沉淀法白炭黑在HTPB/TDI衬层中的补强效果及白炭黑的分散性、表面羟基含量和类型、空隙容量等对丁羟衬层力学性能的影响。结果表明,沉淀法白炭黑是HTPB/TDI衬层体系良好的补强填料,补强效果分为物理补强和化学补强两部分,化学补强效果取决于表面孤立态羟基及其相对含量,物理补强效果取决于分散性;白炭黑的空隙容量是综合评定白炭黑在HTPB/TDI衬层中补强效果的有效参数。     

NEPE推进剂粘接界面迁移组分定性分析

应用气相色谱-质谱(GC-MS),采用不同的色谱实验条件,用二氯甲烷萃取,对NEPE推进剂/衬层/绝热层ф25 mm圆柱标准粘接试件粘接界面不同沸点的迁移组分进行了定性分析研究。研究结果表明,推进剂中迁移组分主要有增塑剂硝化甘油(NG)、丁三醇三硝酸酯(BTTN)、稳定剂AD和燃速催化剂辛基二茂铁(ODCI),这些迁移组分可向衬层和绝热层迁移;衬层中迁移组分为增塑剂癸二酸二辛酯(DOS),该组分只向绝热层迁移,不向推进剂中迁移。     

BDNPF/A增塑PET推进剂界面组分迁移及影响

针对双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛/缩乙醛(BDNPF/A)增塑的端羟基四氢呋喃-环氧乙烷共聚醚(PET)推进剂/衬层粘接体系,采用分子动力学模拟和高效液相色谱法,研究关键组分在界面层的迁移规律,并考察其对粘接性能的影响。结果表明,固化温度对固化催化剂三苯基铋(TPB)的扩散速率影响显著,随着固化温度的提升,TPB的扩散速率呈数量级增加;BDNPF/A增塑剂中BDNPA在高温下扩散速率明显加快,BDNPF的扩散速率受温度影响较小,BDNPA对PET/端羟基聚丁二烯(HTPB)界面层的固化形成过程影响比BDNPF大;PET/HTPB界面层形成后,甲苯二异氰酸酯(TDI)扩散缓慢,提高TDI用量或增加固化时间有助于界面层扩展;当固化温度为343 K、固化参数为1.6、固化时间为5 d时,界面层中BDNPF/A增塑剂含量下降至0.1%,界面粘接强度提升至0.95 MPa。     

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.     

NEPE推进剂/衬层结构-性能MD模拟（Ⅱ）--复杂体系组分分子迁移和配方设计示例

用分子动力学( MD)方法,对( PEG/NG/BTTN)/NPBA/HMX/AP/PEG/N-100//HTPB/TDI复杂的推进剂/衬层模型体系进行295 K-NVT模拟研究,展示了组分分子的浓度分布和迁移状况,发现HMX和NPBA分子有向界面层迁移趋势,而AP则呈平均分布态势。以RDX等量取代HMX后所得新配方的MD模拟研究表明,前者拉伸模量( E)、体模量( K)和剪切模量( G)、柯西压( C12-C44)和K/G值均有明显下降,表明新配方的刚性、强度和延展性均有下降;新配方中引发键(N—NO2)最大键长(1.528?)明显大于原配方中相应值(1.503?),预示新配方感度增大、安全性将下降;比较RDX、HMX与其他组分之间的结合能,前者小于后者,预示新配方的相容性较差。     

丁羟推进剂粘接体系中的组分迁移

用浸泡增重法研究了衬层、绝热层对DOS和T27的吸收能力,用气相色谱仪研究了HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系中DOS、T27和GFP的迁移。结果表明,HTPB衬层和EPDM绝热层对DOS和T27的吸收能力很强;粘合剂的极性增大或交联密度升高,衬层对DOS、T27的吸收能力下降,但粘合剂的极性增大,对衬层与HTPB推进剂的界面粘接性能不利;在HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系中,DOS、T27或GFP的迁移平衡浓度为粘合剂相的平衡浓度。     

固体火箭发动机推进剂/衬层界面贮存性能研究进展

针对固体火箭发动机推进剂/衬层界面,从性能失效、组分迁移、表征方法和在线监测四方面综述了界面贮存性能研究进展。首先,从界面脱粘和裂纹扩展两方面讨论界面贮存性能失效,提出有必要探索准确获取界面性能参数的方法和发动机层次的界面裂纹扩展试验方法,以完善发动机界面性能失效分析体系。其次,分析增塑剂和安定剂等不同组分的迁移机理,认为分子动力学模拟能降低组分迁移机理研究的成本。如能进一步与组分迁移抑制的工程经验相结合,建立完整的界面组分迁移模拟和评价体系,对组分迁移机理研究具有重要意义。再次,从宏观、细观和微观多个层次讨论了界面贮存性能的表征问题,提出应构建“宏观-细观-微观”的跨尺度综合表征体系,由浅入深,从不同尺度和不同特性全面表征界面贮存性能。最后,分析了实现界面贮存性能在线监测的主要技术途径,指出集成化、微型化和适应性是界面在线监测需要攻克的关键技术。     

TMETN与PEG相容性影响因素的介观动力学模拟

为预测增塑比、温度、PEG相对分子质量对TMETN/PEG相容性的影响规律,采用分子动力学模拟和介观动力学模拟,计算了TMETN(三羟甲基乙烷三硝酸酯)和预聚物PEG(聚乙二醇)的溶度参数(δ)、有序度参数和体系密度分布等。结果表明,随着增塑比增大,体系更容易达到平衡状态、相容性更好,PEG、TMETN聚集情况均得到改善,并且PEG的改善程度更大,这与"加大增塑剂用量会减弱PEG的结晶性"规律一致。随温度升高,PEG、TMETN的极性均增大,同时极性差值增大、介观粒子的有序度参数增大,这均表明体系的相容性变差;并且发现温度对PEG的影响更大,温度越高,体系相容性变差的幅度越大。随着PEG相对分子质量的增大,PEG的极性不断减弱,导致体系的相容性变差,不过变差的幅度在减小;此外,通过"高相对分子质量PEG分子间径向分布函数与TMETN的差异更大"也可得出体系相容性变差的结论。     

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。     

丁羟推进剂吸湿特性

以丁羟推进剂为研究对象，进行了10、30、50℃3种温度多种相对湿度条件下的吸湿试验；采取吸湿率、平衡含湿率作为表征参数，研究了丁羟推进剂吸湿的规律。结果表明，吸湿初期吸湿率随吸湿时间增加而增大，推进剂试样的吸湿在一段时间后可达到平衡，平衡含湿率主要取决于环境相对湿度，受温度的影响较小；通过对吸湿试验所得数据的分析，得到了丁羟推进剂吸湿时的温度和相对湿度条件对其扩散系数的影响规律，给出了扩散系数的温湿度修正模型，用该模型表示扩散系数与温度和相对湿度的关系时，最大相对误差仅为7．11％。     

HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂的界面反应机理

采用富立叶变换红外光谱(FTIR)和全反射红外光谱(FTIR/ATR),研究了半固化的HTPB/TDI衬层表面的活性基团以及不同的—NCO基团与不同羟基的反应速率。结果表明,半固化的HTPB/TDI衬层表面含有大量的—NCO基团;HTPB/TDI衬层和NEPE推进剂粘合剂相的—NCO基与—OH的交叉反应速度较NEPE推进剂的固化反应速度快得多。HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂界面的化学反应机理是粘合剂相中—OH基和—NCO基的交叉反应,其中衬层中TDI分子的—NCO基与PEG分子的—OH基的反应速度稍快于NEPE推进剂中N100分子的—NCO基与HTPB分子的—OH基的反应;在界面区域,HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂通过氨基甲酸酯键形成化学粘接。     

IPDI型HTPB推进剂界面软化因素研究

根据界面推进剂状态和粘接拉伸强度,研究了HTPB—IP—DI推进剂界面软化的影响因素。结果表明,存放期间半固化衬层吸收的水分是HTPB—IPDI推进剂界面软化的根源：衬层吸水量的大小决定界面软化的程度;衬层中的吸水性填料、存放时间和环境湿度影响衬层的吸水量;而衬层中的固化催化剂、推进剂中的碱性功能助剂ZGY及高固化温度等因素对界面软化起着明显的促进作用。     

Ballistic anomalies in solid rocket motors due to migration effects

Double base and composite propellants are generally used for rocket motors, whereby double base propellants basically consist of nitrocellulose plasticized with an explosive plasticizer, mostly nitroglycerine, and in some cases with an additional inert plasticizer and ballistic additives. Composite propellants consist of an oxidizer like ammonium perchlorate and of aluminum, binder and plasticizer and often contain liquid or solid burning rate catalysts. A common feature of both propellants is that they contain smaller or larger amounts of chemically unbonded liquid species which tend to migrate. If these propellants loose part of the plasticizer by migration into the insulation layer, not only will there be a change in mechanical propellant properties but also the bond between propellant and insulation may degrade. However, depending on the severity of these effects, the change in the ballistic properties of the propellant grain caused by plasticizer migration may be of even more importance.In the past, most emphasis was placed on the behaviour of end-burning configurations. However, more recent theoretical and experimental studies revealed that not only for end-burning grain configurations but also for internal burning configurations there is a common effect which is responsible for ballistic anomalies: migration of liquid species from the propellant into the insulation. By using a plasticizer equilibrated insulation in an internal burning configuration the liquid species migration and thus the previously observed ballistic anomalies are avoided. Using this approach for end-burning configurations provides similar positive results. The various factors affecting plasticizer migration are studied and discussed, and several methods to prevent liquid species migration are described as well as methods to obtain plasticizer resistant insulations.     

基于Micro-CT的NEPE推进剂装药界面细观结构

NEPE推进剂装药界面粘接问题是制约NEPE推进剂推广应用的技术瓶颈之一,急需有效的细观结构表征技术,以揭示NEPE推进剂装药界面形成机理。采用Micro-CT技术,开展了NEPE推进剂/衬层/绝热层界面细观结构研究,发现Micro-CT图像可明显区分界面各相以及各相的基体与填充物,可识别不同的固体填充物;绝热层/衬层界面存在有锯齿状的镶嵌结构的扩散层,厚度不超过10μm;推进剂与衬层之间有一定的扩散,存在明显的推进剂与衬层基体富集层,在推进剂一侧,还形成40~80μm的HMX颗粒富集层。     

HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响

研究了HMX含量对HTPB复合固体推进剂微波衰减的影响。实验结果表明:含HMX的HTPB复合固体推进剂的微波衰减随HMX含量的增加而增加,HMX含量由5%增加到50%时,HTPB复合固体推进剂的微波衰减增加了约1倍。     

界面粘接性能的影响因素

从绝热层，衬层，推进剂，工艺等四个方面讨论了影响绝热层／衬层／推进推进剂量面粘接性能的因素，并提出了改善界面粘接性能的技术途径。     

固体火箭发动机预固化技术及其应用

依据HTPB复合推进剂界面特性 ,提出改变固化反应温度与时间来调节交联程度 ,使系统的官能团逐步进行化学反应 ,形成化学键和氢键 ,改善了生成物的力学性能。论述了预固化技术和粘接模型。将其应用于固体发动机推进剂 衬层界面粘接、发动机装药成型和推进剂药柱修补技术 ,经地面热试车和飞行考核 ,以及试件的十年储存试验考核 ,性能可靠 ,满足设计要求