丁羟推进剂的热加速老化力学性能及寿命预估

用单轴拉伸试验和扯离试验测试了不同老化温度(55、65、75和85℃)下热加速老化后丁羟(HTPB)推进剂的力学性能及其粘接试件的扯离强度,用Berthlot方程预估了推进剂及其粘接试件的寿命。结果表明,HTPB推进剂的最大延伸率随老化时间的增加呈现降低趋势;老化温度越高,推进剂的最大延伸率降低幅度越大,85℃贮存30d时最大延伸率降幅为29.81%,而55℃贮存30d时最大延伸率降幅仅为4.34%;粘接试件的扯离强度随着老化时间的增加呈降低趋势,老化时间相同时,扯离强度随老化温度的升高而降低。预估HTPB推进剂和推进剂粘接试件的贮存寿命分别为9.4y和15.9y。     

NEPE推进剂老化过程中结构与力学性能的关系

为考察NEPE推进剂的老化特性,在60,65,70和75℃老化了推进剂样品,研究了其在常温时的抗拉强度σm,初始模量E0与黏合剂母体凝胶质量分数ω、化学交联密度υe、物理交联密度υp之间的关系.用动态热机械分析仪(DMA)测试了多个频率下老化样品的损耗因子tanδ、损耗模量半高峰宽D h/2.结果表明,高温加速老化过程中NEPE推进剂样品σm和E0下降的原因是推进剂黏合剂母体结构的ω,υe 和υp下降.NEPE推进剂降解和解聚由黏合剂母体结构变化引起.     

HTPB推进剂自然贮存与高温加速老化力学性能研究

研究了自然贮存和70、60、50℃加速老化下HTPB推进剂的力学性能变化规律。结果表明,2种条件下HTPB推进剂老化规律相同,表现为强度升高、伸长率降低。以最大伸长率为表征参量,结合自然贮存试验结果,得到HTPB推进剂老化性能与温度、时间的关系。     

HTPB推进剂湿热加速老化实验研究

对HTPB推进剂进行了不同湿热条件下的加速老化实验,并测量了不同老化时间推进剂的失重百分数、力学性能以及恢复吸湿后力学性能的恢复情况,描述了湿热老化实验过程中的实验现象,结合温度和湿度对推进剂作用机理,对实验现象、力学性能的变化和恢复情况进行了分析。结果表明：HTPB推进剂在湿热老化过程中发生了组分分解、降解和迁移,同时产生“晶析”现象;湿热老化过程可以分为三个阶段,其中第一阶段为吸湿占主导的阶段,第三阶段为氧化交联占主导的阶段,第二阶段与湿热老化的应力水平有关,温度≥60℃、湿度≥75%RH条件下为高聚物断链稍占优势的阶段,60℃/65%RH条件下为氧化交联稍占优势的阶段;不同湿热老化条件对HTPB推进剂失重的影响机理不同,85%RH湿度条件下以吸湿占主导作用,≤75%RH湿度条件下吸湿、组分的分解和迁移随老化时间分阶段起作用,温度对化学变化起加速作用;物理老化引起的力学性能几乎可以完全恢复,由化学老化引起的性能退化无法恢复。     

复合固体推进剂老化特征研究进展

对复合固体推进剂老化特征及其影响因素以及在老化研究中常用试验方法和寿命预估方法进行了概述,详细阐述了国内外HTPB(端羟基聚丁二烯)、NEPE(硝酸酯增塑聚醚)、叠氮聚醚3种不同黏合剂体系推进剂老化性能的研究进展和相关结论。     

NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的表征

为研究NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的变化规律,对加速老化后的NEPE推进剂进行了单向拉伸试验和傅里叶红外光谱试验;采用二阶高斯拟合与对数拟合方法分别建立了老化过程中的抗拉强度模型与强度拐点出现时间与老化温度的相关性模型;通过红外光谱数据和抗拉强度数据的相关度分析,发现了抗拉强度拐点后与其高度相关的红外特征峰。结果表明,NEPE推进剂老化过程中抗拉强度先出现波动,一段时间后抗拉强度加速下降,其强度拐点出现时间和老化温度呈对数平方关系lg~2(t)=-0.217T+18.397。处于拐点后的抗拉强度可由推进剂自身红外光谱特征峰定量表征;推进剂抗拉强度与推进剂红外光谱中769cm~(-1)与1639cm~(-1)波数的光谱二阶导数值的加和有最大相关度,并建立了拟合方程,而这两处波长分别为O—NO_2的变形振动吸收峰和不对称伸缩振动吸收峰对应的波数处;证明了利用傅里叶红外光谱表征NEPE推进剂抗拉强度的可行性。     

环境湿度对NEPE类固体推进剂力学性能的影响

采用动态吸湿性能分析法测定高能推进剂的吸湿性,以典型配方NEPE(硝酸酯增塑聚醚)推进剂和低易损性推进剂为研究对象,考察了湿度对其力学性能的影响。结果表明:典型配方NEPE推进剂和低易损性推进剂吸湿性差别很大;高湿环境下,2种高能推进剂的力学性能变化差异明显;经干燥处理,典型配方NEPE推进剂存放3 d后,抗拉强度和伸长率完全恢复,而低易损性推进剂存放10 d,其抗拉强度只恢复至原先的一半。     

星型PAO黏合剂在NEPE推进剂中的应用

星型PAO作为一种新型高能固体推进剂用黏合剂,其特有的3星或4星结构,能提高NEPE推进剂交联网络的交联比例,且交联点间有较长的柔韧结构,能充分抵抗拉长和撞击的破坏,可有效改善NEPE推进剂的力学性能,并在一定程度上降低推进剂的感度。文中主要对星型PAO的结构特点及其在NEPE推进剂中的应用情况进行了评述和总结。     

NEPE推进剂主要组分分解机理的分子模拟研究进展

针对NEPE推进剂的贮存老化性能,综述了国内外采用分子模拟技术并结合具体实验研究该推进剂的增塑剂、黏合剂、固化剂等组分的降解老化反应结果,分析了研究方法的优缺点,最后展望了分子模拟技术的发展前景。     

NEPE推进剂拉伸断裂行为研究

通过单向拉伸力学性能实验,考察了不同测试温度和不同拉伸速率条件下NEPE推进剂力学性能的变化情况。采用扫描电镜(SEM)和原位拉伸SEM观察了推进剂拉伸断面形貌。结果表明,在低温测试条件下,NEPE推进剂最大伸长率较常温条件下显著降低,最大抗拉强度较常温和高温条件下显著升高,NEPE推进剂的破坏主要表现在黏合剂的撕裂和固体颗粒的断裂;在高温、慢拉伸速率的测试条件下,推进剂断裂时结构被破坏的程度较大,NEPE推进剂的破坏首先发生在固体颗粒堆积处,再到黏合剂网络结构。推进剂断裂的过程是推进剂拉伸取向与裂纹扩展之间的竞争过程。     

含1,1–二氨基–2,2–二硝基乙烯推进剂的能量特性参数计算研究

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pc∶p0=70∶1)下,计算了含1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的各类推进剂的能量特性参数,分析了氧化剂(AP、RDX、CL-20)及黏合剂(HTPB、PET、GAP、PBAMO)等成分对FOX-7推进剂能量特性的影响。结果表明,将AP加入HTPB/FOX-7推进剂配方中取代FOX-7可有效改善氧条件,有利于推进剂能量的提高。在黏合剂含量较低(质量分数<8%)的推进剂体系中,使用惰性黏合剂有利于提高推进剂的能量;而在黏合剂含量较高(质量分数>10%)的推进剂体系中,使用含能黏合剂提高推进剂能量的幅度优于惰性黏合剂,且GAP优于PBAMO。用FOX-7取代NEPE推进剂中的AP,推进剂最大理论比冲可达2 567 N.s/kg。由GAP/FOX-7/RDX组成的无烟推进剂,在很宽的范围内都可以达到2 400 N.s/kg以上的理论比冲值。     

湿热环境对浇铸改性双基推进剂力学和燃烧性能的影响

研究了JZSJ浇铸改性双基推进剂在65℃、相对湿度(RH)80%的湿热老化条件下力学性能(表面硬度)和燃烧性能(燃速)的变化规律,并与65℃热老化条件下的性能变化进行了比较。结果表明,在65℃、RH 80%的湿热老化条件下,随老化时间延长,推进剂表面硬度上升,燃速下降;与热老化相比,湿热老化对推进剂硬度和燃速影响显著。分析认为推进剂中硝化甘油(NG)含量的损失是引起推进剂硬度和燃速急剧变化的主要原因,这是由于在湿热老化条件下NG不仅挥发、分解而且会水解所致。     

湿热环境下HTPB推进剂的吸湿性能

在60℃/75%RH、60℃/85%RH、70℃/75%RH和70℃/85%RH环境下对HTPB推进剂进行了吸湿试验,测定了吸湿率和力学性能参数,分析了吸湿规律、吸湿影响因素和力学性能恢复能力。结果表明,HTPB推进剂在湿热环境下的吸湿不同于常温吸湿;不同湿度下的吸湿率变化规律具有明显差异,75%RH环境下吸湿率呈现出先上升后下降的变化规律,而85%RH环境下吸湿率只呈现出上升规律。高温和高湿环境对推进剂吸湿性能影响显著,去湿处理后推进剂力学性能不能完全恢复。     

双(二羰基环戊二烯铁)对高氯酸铵热分解性能的影响

采用SEM(扫描电镜)、XPS(X射线光电子能谱)等表征了双(二羰基环戊二烯铁)(简称Fe1)的微观形貌和Fe元素的价态,采用摩擦感度、静电感度和冲击感度测试了Fe1与推进剂相关组分HTPB(端羟基聚丁二烯)、AP(高氯酸铵)、HMX(奥克托今)的安全性能,采用DSC-TG(差热–热重)研究了AP/Fe1及HTPB/Al/AP/HMX/Fe1推进剂的催化热分解性能。结果表明:Fe1的pH为5.79,密度为1.76g/cm~3,其中Fe为零价;Fe1与推进剂相关组分HTPB、AP、HMX的安全性能良好;Fe1催化AP的热分解,AP的转晶峰温提前了2℃,低温分解峰和高温分解峰分别提前了6℃和54℃;在HTPB/Al/AP/HMX推进剂中添加质量分数为5%的Fe1,AP的高温分解峰提前48.1℃;Fe1具有大幅提高HTPB推进剂燃速的潜力。     

团聚硼颗粒在HTPB富燃料推进剂中的流变特性

为了探索球形团聚硼颗粒的制备效果,对端羟基聚丁二烯(HTPB)黏合剂、不同类型的团聚硼颗粒与HTPB黏合剂以一定质量配比形成的悬浮液,以及含团聚硼颗粒HTPB富燃料推进剂流变特性进行了对比研究。结果表明,HTPB黏合剂的表观黏度随温度的升高而降低,最终趋于某一定值;在一定温度下,无定形硼粉经团聚改性后,团聚硼颗粒与HTPB形成悬浮液的表观黏度和屈服值较团聚前降低,且两者均随时间的增加而增加;采用含团聚硼颗粒的富燃料推进剂药浆的流变特性大大改善,有利于含硼富燃料推进剂能量的提高和燃烧性能的改善。     

一种改性聚乙烯材料贮存使用寿命分析

通过湿热加速老化试验,研究了湿热环境(温度50℃、湿度95%)对一种改性聚乙烯(PE)材料力学性能的影响。结果表明,随试验时间的延长,改性PE材料的拉伸强度和弯曲强度总体呈增加趋势,缺口冲击强度总体呈下降趋势。然后以缺口冲击强度作为评价指标,通过统计分析的方法,预测该改性PE材料在湿热环境下的贮存使用寿命为1 a,取老化试验湿热环境与自然贮存环境(温度25℃、湿度50%)的相关系数为20,可得改性PE材料在常温环境下的贮存使用寿命至少为20 a,达到设计要求15 a以上的规定。     

湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性及力学性能的影响

用TG、5s爆发点和单向拉伸试验,研究了湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性和力学性能的影响。结果表明,在相对湿度70%、温度75℃下经历6d的湿热老化后,RDX/AP-NEPE推进剂在TG曲线上的3个质量损失阶段的表观活化能均略有降低,水分对AP分解活化能的影响较为明显,使其活化能降低9.3%。湿热老化前后,5s爆发点Tb分别为303.7℃和302.7℃。随着老化时间的增加,延伸率和抗拉强度都呈降低趋势,至第6d延伸率从106.0%降至36.7%,抗拉强度从0.631MPa降至0.541MPa。在75℃下干燥热老化6d后,RDX/AP-NEPE推进剂3个阶段的表观活化能、5s爆发点、抗拉强度和延伸率都没有明显的变化。初期老化过程中,水分对RDX/AP-NEPE推进剂的力学性能和AP的分解活化能影响较大,但对热感度基本没有影响。     

RDX/AP/HTPB复合推进剂老化的研究

本文采用高温加速老化的方法,通过测定RDX/AP/HTPB复合推进剂单轴拉伸力学性能、硬度、交联密度和线性燃速等参数随老化时间的变化,利用扫描电镜等实验手段,研究了RDX/AP/HTPB复合推进剂的老化。此外,还测得了这类推进剂的热失重曲线。结果表明,以RDX部分取代AP后,提高了推进剂的热稳定性。     

RDX/AP/HTPB复合推进剂老化的研究

本文采用高温加速老化的方法,通过测定 RDX/AP/HTPB 复合推进剂单轴拉伸力学性能、硬度、交联密度和线性燃速等参数随老化时间的变化,利用扫描电镜等实验手段,研究了 RDX/AP/HTPB 复合推进剂的老化。此外,还测得了这类推进剂的热失重曲线。结果表明,以 RDX 部分取代 AP 后,提高了推进剂的热稳定性。     

不同温度条件下HTPB推进剂干燥恢复研究

以在30℃、RH为100%条件下湿老化5 d的丁羟(HTPB)推进剂试样为研究对象,分别进行了在10、30、50℃3种温度下的干燥恢复试验,测试了干燥恢复过程中推进剂试样的失水率和力学性能。综合分析了试验数据,得到了不同温度下干燥时初始阶段推进剂试样的失水率、抗拉强度恢复速率,以及各力学性能参量恢复度90%且伸长率比值1.2的恢复时间。对抗拉强度测试中得到的断面照片进行了对比和分析,将样品30℃干燥恢复1、4、9 d后的单向拉伸曲线绘制在一张图上进行比较寻找规律,在对试验数据和试验现象分析总结的基础上探讨了HTPB推进剂干燥恢复过程中氢键的作用规律。