纳米氧化锌对EPDM绝热层中残留硬脂酸含量的影响

研究了(200±10)、(90±10)、(50±10)、(30±10) nm四种纳米氧化锌和普通氧化锌对三元乙丙(EPDM)绝热层硫化后胶片中残留硬脂酸含量的影响。结果表明,随着纳米氧化锌比表面积增大,绝热层硫化后胶片中残留硬脂酸含量明显下降,且只有比表面积大于普通氧化锌的纳米氧化锌,才对绝热层中残留硬脂酸含量具有改善效果。此外,含有较大比表面积的(30±10) nm氧化锌的绝热层硫化后残留硬脂酸含量仅为其他胶片的43.48%～50.84%。因此,采用比表面积较大的纳米氧化锌材料有利于促进氧化锌与硬脂酸的反应完全,降低EPDM绝热层中残留硬脂酸含量,改善绝热层界面粘接性能。     

EPDM绝热层组分对硫化胶中残留硬脂酸含量的影响

为降低EPDM绝热层中残留硬脂酸含量,分析了EPDM绝热层中硬脂酸与氧化锌的原材料性能和反应活性,当绝热层中无其他组分存在时,两者在橡胶高温硫化过程中可反应完全生成硬脂酸锌,此时硫化胶中硬脂酸基本不发生残留。通过液相色谱等手段测定绝热层硫化胶片中残留硬脂酸含量,研究了EPDM绝热层组分对硬脂酸与氧化锌反应的影响程度和影响机理,发现在一些常用的工艺助剂,如补强剂、阻燃剂和树脂等影响下,氧化锌与硬脂酸会发生可逆化学反应,导致绝热层硫化胶片中游离硬脂酸的含量增加,影响程度与工艺助剂本身特性和用量有关。     

硫化剂种类对EPDM绝热层性能的影响研究

发动机壳体共固化过程是实现绝热层性能的关键工艺过程.为了优化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层配方性能,科学制定复合材料发动机壳体的共固化工艺制度,提高壳体绝热层成型质量,研究了常用硫化剂种类对EPDM绝热层硫化特性、力学性能、耐热性能和热失重率的影响.结果表明,EPDM/过氧化物体系的起始硫化反应温度较高,硫化速率快,E...     

推进剂用铝粉与水反应特性研究

用高压反应釜实时监测系统原位研究了铝/水反应的放热过程,提取了反应过程中3个特征温度(反应放热起始温度,反应速率最大温度,反应基本结束温度)和反应特征参数(反应放热起始温度点,反应速度,反应放热量),从而建立关于铝/水体系应用于固体推进剂的评价体系。同时,还探究了铝粉粒径、铝/水原料摩尔配比及加热功率对铝/水反应特性的影响规律。结果表明,在30～250℃温度区间内,纳米铝/水体系较微米铝/水体系性能更好,当铝粉粒径大于13μm时,没有明显放热;高功率加热条件有助于激发纳米铝迅速处于高活性状态,降低了反应放热起始温度,并高效释能;纳米铝/水的最佳原料摩尔配比区间为[1∶2,1∶2.2]。     

纳米可燃剂对HMX的热分解性能及热分解动力学参数的影响

以二甲基亚砜为溶剂,利用超声辅助喷雾重结晶原理制备了含有不同比例的纳米Al、Si可燃剂的HMX混合粒子;用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对制备的复合粒子进行性能表征;重点研究了基于Kissinger法下所得含不同比例纳米可燃剂的混合粒子热分解性能。结果表明,与未加纳米可燃剂的HMX相比,加入质量分数为20%的纳米Al可燃剂细化的HMX的活化能Ea、活化熵ΔS、活化焓ΔH,活化自由能ΔG分别降低了26.07、19.23、26.09、11.75 k J/mol,随着纳米可燃剂含量的增加,催化效果越来越明显而且相同比例的纳米Al可燃剂比纳米Si可燃剂催化效果更好。也就是说,纳米可燃剂能够提高高温下HMX的反应速率,对HMX的热分解有明显的催化作用。     

纳米Ni、Ni-P、Ni-B粒子制备及催化AP热分解的研究

采用改进的化学镀镍方法,制备了纯度较高的纳米Ni、Ni-P及Ni-B粒子。运用透射电子显微镜(TEM)和X-ray射线衍射(XRD)方法对纳米粒子的物相、组织形貌和粒度进行了表征,并通过TG-DTA热分析实验,研究了制备的纳米粒子对AP热分解过程的催化影响。结果表明,纳米Ni粒子为面心立方晶体,呈现球形且平均粒径为60 nm左右;纳米Ni-P、Ni-B粒子为非晶合金,粒子呈现松散的聚集状态,形状不规则,粒径分布分别为10~80 nm和30~50 nm。制备的纳米粒子对AP低温和高温热分解反应均有促进作用,对高温分解的催化效果更明显,而Ni-B粒子的催化效果最为显著。加入质量分数为5%的Ni或Ni-P粒子,能将AP的高温热分解峰温分别降低53℃或80℃左右;而加入质量分数为5%的Ni-B粒子,能将AP的高温热分解峰提前125℃左右,与其在321.68℃的低温热分解峰重合,并使得整体热分解在368.33℃时就完全结束。     

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.     

纳米CuFe_2O_4的制备及其对高氯酸铵热分解的催化性能

以硝酸铜、硝酸铁为反应物,氨水为沉淀剂,PEG-400为分散剂,通过共沉淀法合成了纳米CuFe_2O_4。利用XRD、FE-SEM、TEM表征了纳米CuFe_2O_4颗粒的结构、粒径及形貌。同时,采用DSC研究了纳米CuFe_2O_4对AP热分解的催化性能。结果表明,所得的产物主要为尖晶石结构的CuFe_2O_4,粒径约为200 nm,呈类球形。DSC分析表明,纳米CuFe_2O_4对AP的催化效果优于单独使用共沉淀法制备的纳米CuO、纳米Fe2O3或者纳米CuO+Fe_2O_3(CuO和Fe_2O_3的摩尔比是1∶1)混合物的催化效果。纳米CuFe_2O_4对不同粒径的AP均具有显著的催化作用,且2%含量为纳米CuFe_2O_4催化AP的最佳使用量,可使64、6、1μm AP的高温分解峰温分别从441.3、433.8、416.9℃降低至356.8、379.8、355.2℃;表观分解热分别从941、1167、1312 J/g增加至1734、1 838、1 855 J/g;同时使64、6、1μm AP的热分解反应速率常数分别增大。随着AP粒径的减小,其团聚性增强,很难与纳米CuFe_2O_4形成均匀混合物。因此,想要提高纳米CuFe_2O_4对超细AP的催化性能,应该从解决纳米CuFe_2O_4和超细AP的分散均匀性入手。     

不同聚集因素对燃烧室凝相颗粒粒度分布的影响

设计了一种凝相颗粒收集装置,可对燃烧室内不同聚集状态下的粒子进行完整的收集,并对颗粒的形态影响较小。针对HTPB推进剂,开展了不同流通面积和颗粒浓度条件下的粒子收集实验,利用扫描电镜和激光粒度分析仪,对收集到的粒子进行了分析。结果表明,不同聚集状态下的凝相颗粒粒径均分布在0.1～200μm之间,随着流通面积的减小,小于3μm的颗粒逐渐减少,3～10μm之间的颗粒变化不大,大于10μm的颗粒逐渐增加,颗粒平均粒径d43和d50均逐渐增大,且d43和d50的变化率也逐渐增加;随着颗粒浓度的增加,颗粒平均粒径d43和d50增大较明显。     

中温硫化三元乙丙橡胶绝热层配方研究

介绍了中温(80℃)硫化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的各项性能,考察了促进剂种类对EPDM硫化特性的影响。结果表明,二硫代氨基甲酸盐类促进剂对中温硫化EPDM的硫化促进作用最好,该中温硫化EPDM绝热层的本体性能与高温硫化胶相当,且综合性能优良;发动机壳体修补工艺试验结果表明,配方性能和工艺性能均满足发动机修补要求。     

飞行过载下燃烧室凝相粒子沉积特征数值研究

固体发动机燃烧室部分凝相粒子在飞行过载作用下产生沉积,严重影响发动机工作性能。通过确定燃烧室粒子参数和建立燃烧室内两相流场数值方法,获得了发动机不同轴向过载下粒子运动及沉积规律。与试验数据进行对比分析,验证了计算方法的准确性。数值结果表明,随着轴向过载增大,后封头及喷管潜入段粒子沉积质量逐渐增大。沉积粒子粒径大于凝相粒子平均值,即粒子粒径越大,越容易沉积。轴向过载增大,减小了粒子在发动机内部的驻留时间,凝相粒子平均驻留时间均大于0.13 s。     

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。     

两相环境下EPDM绝热层多因素耦合烧蚀预估

为保证发动机能在恶劣的环境中运行,在绝热层的设计中,绝热层的厚度将直接影响着发动机结构的稳定性,而绝热层的烧蚀预估对于绝热层厚度的合理设计非常重要。为解决固体火箭发动机三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层烧蚀性能工程预估问题,结合固体火箭发动机内两相流动的环境特点,以热化学烧蚀三方程模型和扩散化学动力学双控制机制为基本数学模型,以炭化层表面孔隙率为耦合参数,并综合考虑气流和粒子的侵蚀效应,建立了绝热层多因素耦合烧蚀模型的控制方程。通过对控制方程的隐式求解和对绝热层温度分布以及烧蚀线、炭化线、热解线位置的综合分析,获得了两相环境下EPDM绝热层的理论炭化烧蚀率。所得烧蚀率与实验结果对比,误差小于10%,表明给出的烧蚀预估方法可用于固体火箭发动机两相环境下EPDM绝热层烧蚀工程分析。     

芳纶纤维对EPDM绝热层力学行为的影响

研究了芳纶纤维长度和用量变化对三元乙丙绝热层力学行为的影响。结果表明,随着芳纶短纤维用量增加和长度增大,绝热层的抗拉强度和伸长率均呈下降趋势,初始模量呈上升趋势,而且平行压延方向的变化程度明显大于垂直压延方向。此外,芳纶纤维明显改变了绝热层平行压延方向的拉伸应力-应变曲线形态,而且随着纤维用量增加和长度增大,绝热层的应力屈服点和初始模量逐渐提高,但最大拉伸应力和应变逐渐降低。     

RDX/硬脂酸铅复合粒子的制备及其性能表征

为改善RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和安全性能,以硬脂酸铅为包覆剂,采用化学沉淀法对RDX填料进行了表面包覆,制备了RDX/硬脂酸铅复合粒子。用SEM、XPS对包覆效果进行了表征;对包覆前后样品的机械感度进行了测试和对比;采用DSC对分别由包覆前后RDX制成的推进剂进行了热分解催化性能测试。结果表明,经过硬脂酸铅包覆,RDX的机械感度得到明显降低,撞击感度特性落高(H50)升高了17.6 cm,摩擦爆炸概率(P)降低了60%。与加有纯RDX的推进剂样品相比,添加RDX/硬脂酸铅复合粒子推进剂样品的硝化棉/硝化甘油放热峰峰温降低了约3.7℃,总放热量也得到了提高。     

奥克托金复合改性双基推进剂的燃烧特性

研究了奥克托金复合改性双基推进剂的燃烧波结构,测定了燃速与HMX含量的关系。在HMX含量低于50%时,燃速随HMX含量的增加而降低;在HMX含量高于50%时,燃速随HMX含量的增加而增大。在HMX含量低的区域内,燃速主要受气相反应速率控制,HMX的加入使暗区反应速率增大,嘶嘶区的反应速率降低,气相反馈给燃烧表面的热量减少。在HMX含量高的区域内,燃速主要受凝聚相反应速率控制,燃烧表面的反应热随着HMX含量的增加而增加。     

纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧性能的影响

采用盐助溶液燃烧法制备了平均粒径为10 nm、分散性良好的钙钛矿型纳米NdCoO3。用DSC考察了不同质量分数的纳米NdCoO3对AP和双基粘接剂热分解的影响,研究了纳米NdCoO3对小球粘接高燃速推进剂燃烧的催化作用。结果表明,随纳米NdCoO3催化剂质量分数的增加,催化效率先增大后减小,在质量分数为3%时催化效率最佳,此时AP高温分解峰温大幅降低,双基粘接剂的分解峰温也得到降低,二者的表观分解热增大。同时,对应的小球粘接高燃速推进剂燃速较高,压强指数较低。     

工质粘性对两股射流撞击雾化特性影响试验研究

为揭示工质粘性对两股射流撞击雾化特性的影响规律,在大气开放环境下开展了不同粘度系数工质的射流撞击雾化试验。由相位多普勒粒子分析仪(PDPA)测量了撞击点下游10 mm,20 mm,30 mm与40 mm平面位置处液滴的粒径分布和速度分布等信息。试验结果表明:粘度系数增大,雾场某点处的液滴粒径有增大的趋势,运动速度有减小的趋势;雾场液滴粒径达到平衡状态时与撞击点的距离将会增加;撞击点下游某一平面的液滴平均运动速度将会减小;当粘度系数一定时,距离撞击点越远,该平面的液滴平均运动速度越小。     

预分散酚醛中空微球对三元乙丙橡胶绝热层性能的影响及梯度化绝热层的研究

分别制备了预分散酚醛中空微球填充三元乙丙橡胶绝热层和梯度化三元乙丙橡胶绝热层,旨在开发低密度的新型高性能绝热材料。扫描电镜观察表明,预分散酚醛中空微球能完好、均匀地分散于三元乙丙橡胶基体中。由于酚醛中空微球具有很低的粒子密度和高的热阻性能,随预分散酚醛中空微球含量的增加,绝热层的密度、热导率和热扩散率显著降低,同时绝热层的比热容明显增大,表现出优异的绝热性能。与芳砜纶浆粕填充三元乙丙橡胶绝热层、酚醛中空微球填充三元乙丙橡胶绝热层相比,梯度化三元乙丙橡胶绝热层具有优异的绝热性能和耐烧蚀性能,同时又具有很低的密度,将在火箭发动机上具有广阔的应用前景。     

含氟有机物对含铝固体推进剂燃烧特性的影响

为抑制高铝含量固体推进剂燃烧产物的团聚,研究铝含量为18%、含有机氟化物(OF)的固体推进剂不同燃烧区域中铝粒子燃烧的特性。利用高速摄影系统研究熔铝粒子在推进剂燃面的团聚过程;通过对推进剂燃烧火焰特定位置的低温淬熄,获得终止燃烧的含铝固体粒子,并进行形貌和成分分析;使用动态粒径测试系统、激光粒度仪分别对推进剂燃烧火焰区及最终固体燃烧产物的粒子尺寸进行了表征。结果表明,有机氟化物产生的气态氟化烃可抑制熔铝粒子在燃烧表面的团聚,可使推进剂火焰中燃铝粒子的尺寸降低约50%,固体燃烧产物中大尺寸(D≥10μm)颗粒的体积分数下降约74.2%。燃烧性能测试结果表明,有机氟化物使推进剂的爆热及理论火焰温度分别下降9.5%和8.8%,燃速也发生了降低。