硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)完整性和貯存壽命評(píng)估技術(shù)，特別是一種硝 酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，制約硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑使用的關(guān)鍵問題是界面粘接，特別是推 進(jìn)劑/襯層的界面粘接性能是決定發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命的關(guān)鍵因素。推進(jìn)劑/襯層界面粘接性 能的測(cè)試方法已經(jīng)形成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即QJ2038. 1A-2004固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室界面粘接 強(qiáng)度測(cè)試方法。該方法是在一定的溫度和拉伸速率下，以單向拉伸的方式測(cè)定聯(lián)合粘接矩 形試件的最大抗拉強(qiáng)度來評(píng)價(jià)界面粘接質(zhì)量，其缺陷是：試樣制備量大價(jià)高，配方調(diào)試耗時(shí) 費(fèi)力，測(cè)試過程煩瑣，試驗(yàn)周期較長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是要提供一種硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng) 估方法，它能夠可靠地實(shí)現(xiàn)界面粘接性能的快速評(píng)價(jià)，有效地降低人工成本、節(jié)省試驗(yàn)、檢 測(cè)費(fèi)用。
[0004] 本發(fā)明解決問題的技術(shù)方案是： 設(shè)計(jì)一種硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法，包括下列步驟： 步驟一，確定檢測(cè)條件：試樣準(zhǔn)備，設(shè)備選用，標(biāo)準(zhǔn)選定。界面粘接強(qiáng)度測(cè)定，試樣采用 聯(lián)合粘接矩形試件；設(shè)備選用時(shí)，采用大型材料試驗(yàn)機(jī)；檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)選定為QJ2038. 1A-2004 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室界面粘接強(qiáng)度測(cè)試方法。界面顯微紅外光譜測(cè)定，利用矩形件單向 拉伸測(cè)試后的試樣；設(shè)備選用時(shí)，采用顯微紅外光譜儀；檢測(cè)方法，在推進(jìn)劑/襯層界面法 線方向一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，見圖2。
[0005] 步驟二，實(shí)施檢測(cè)過程：光譜檢測(cè)，坐標(biāo)標(biāo)記。光譜檢測(cè)時(shí)，進(jìn)行顯微紅外光譜檢 測(cè)，檢測(cè)范圍在推進(jìn)劑/襯層粘接界面法線方向一定區(qū)域內(nèi)，檢測(cè)區(qū)域間隔為20mm ;坐標(biāo)標(biāo) 記時(shí)，根據(jù)紅外光譜檢測(cè)時(shí)的特征峰，確定界面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，即界面擴(kuò)散層厚度。
[0006] 步驟三，完成性能評(píng)價(jià)：經(jīng)驗(yàn)公式建立，評(píng)價(jià)指標(biāo)分析。根據(jù)界面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)， 建立界面擴(kuò)散層厚度與宏觀力學(xué)性能的關(guān)系式，即建立粘接強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，利用經(jīng)驗(yàn)公 式評(píng)價(jià)界面粘接的基本配方與粘接強(qiáng)度的關(guān)系。
[0007] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：由于試樣準(zhǔn)備階段利用矩形試件單向拉伸測(cè)試后的試 樣、無需反復(fù)制備矩形試件進(jìn)行粘接強(qiáng)度測(cè)試，因而降低了人工成本、節(jié)省了檢測(cè)費(fèi)用。同 時(shí)由于檢測(cè)設(shè)備選用顯微紅外光譜儀，因而可以得到推進(jìn)劑/襯層粘接界面微米級(jí)區(qū)域內(nèi) 特征官能團(tuán)紅外吸收峰的變化，進(jìn)而間接得到以硝酸酯為擴(kuò)散主體的擴(kuò)散層厚度，并且為 經(jīng)驗(yàn)公式建立提供了條件。另外由于在檢測(cè)實(shí)施階段，可以根據(jù)紅外光譜檢測(cè)時(shí)的特征峰 來確定界面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，因而可以用于推進(jìn)劑/襯層的配方篩選與調(diào)試、粘接界面貯 存性能評(píng)估。本發(fā)明還具有過程簡單、操作方便、指標(biāo)合理和評(píng)價(jià)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0008] 圖1是試樣結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖2是典型檢測(cè)區(qū)域示意圖。
[0010] 圖中，1、推進(jìn)劑，2、襯層，3、絕熱層。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面通過附圖提供的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0012] 采用65 °C老化不同時(shí)間的硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/HTPB襯層/絕熱層聯(lián)合粘接矩 形試件。
[0013] 步驟一，確定檢測(cè)條件：試樣準(zhǔn)備，設(shè)備選用，標(biāo)準(zhǔn)選定。界面粘接強(qiáng)度測(cè) 定，試樣采用聯(lián)合粘接矩形試件；設(shè)備選用時(shí)，采用大型材料試驗(yàn)機(jī)；檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)選定為 QJ2038. 1A-2004固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室界面粘接強(qiáng)度測(cè)試方法。界面顯微紅外光譜測(cè)定， 利用矩形件單向拉伸測(cè)試后的試樣；設(shè)備選用時(shí)，采用顯微紅外光譜儀；檢測(cè)方法，在推進(jìn) 劑/襯層界面法線方向一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，見圖2。
[0014] 步驟二，實(shí)施檢測(cè)過程：光譜檢測(cè)，坐標(biāo)標(biāo)記。光譜檢測(cè)時(shí)，進(jìn)行顯微紅外光譜檢 測(cè)，檢測(cè)范圍在推進(jìn)劑/襯層粘接界面法線方向一定區(qū)域內(nèi)，檢測(cè)區(qū)域間隔為20mm ;坐標(biāo)標(biāo) 記時(shí)，根據(jù)紅外光譜檢測(cè)時(shí)的特征峰，確定界面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，即界面擴(kuò)散層厚度。
[0015] 通過光譜檢測(cè)，分別得到5個(gè)不同老化時(shí)間下試樣推進(jìn)劑/襯層界面法線方向不 同位置的顯微紅外光譜圖。在檢測(cè)范圍的推進(jìn)劑/襯層粘接界面法線方向一定區(qū)域內(nèi)，設(shè) 定為-200mm至+200mm，其中代表推進(jìn)劑一側(cè)，" + "號(hào)代表襯層一側(cè)；檢測(cè)區(qū)域間隔為 20mm，即每隔20mm測(cè)試一次顯微紅外光譜。在檢測(cè)獲得的顯微紅外光譜圖中，如果有明顯 的硝酸酯聚集，可以選擇兩個(gè)硝酸酯聚集的特征峰為整個(gè)紅外譜圖中的最強(qiáng)峰，即特征峰 1660cm ^16650111和特征峰1270cm ^1275011 \將推進(jìn)劑/襯層的物理界面的位置坐標(biāo)設(shè) 定為0,據(jù)此判定，可以得到推進(jìn)劑/襯層界面擴(kuò)散層坐標(biāo)，即推進(jìn)劑/襯層界面擴(kuò)散層厚 度dt，形成65°C時(shí)不同老人時(shí)間界面擴(kuò)散層厚度與粘接強(qiáng)度列表，即表1為擴(kuò)散層厚度與 粘接強(qiáng)度列表。表1中，P/L-P表TK界面偏推進(jìn)劑一側(cè)；P/L-L表TK界面偏襯層一側(cè)。
[0016]
步驟三，完成性能評(píng)價(jià)：經(jīng)驗(yàn)公式建立，評(píng)價(jià)指標(biāo)分析。根據(jù)界面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，建立 界面擴(kuò)散層厚度與宏觀力學(xué)性能的關(guān)系式，即建立粘接強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，利用經(jīng)驗(yàn)公式評(píng) 價(jià)界面粘接的基本配方與粘接強(qiáng)度的關(guān)系。
[0017] 將不少于5個(gè)子樣的粘接強(qiáng)度分別與編號(hào)一一對(duì)應(yīng)的推進(jìn)劑/襯層界面擴(kuò)散層厚 度dt相關(guān)聯(lián)，以擴(kuò)散層厚度dt為自變量，粘接強(qiáng)度為因變量，回歸二者的關(guān)系，得到經(jīng) 驗(yàn)關(guān)系式，置信水平應(yīng)> 90%。
[0018] 從表1可以看出：擴(kuò)散層厚度dt與粘接強(qiáng)度具有高度負(fù)相關(guān)性，即隨著老化過程 中擴(kuò)散層厚度增大，推進(jìn)劑/襯層的界面粘接強(qiáng)度是逐漸減小的。針對(duì)本例中二者的經(jīng)驗(yàn) 關(guān)系式為：
對(duì)推進(jìn)劑和襯層配方中可反應(yīng)組分相同的同體系推進(jìn)劑/襯層/絕熱層進(jìn)行檢測(cè)，獲 得聯(lián)合粘接矩形試件的粘接強(qiáng)度，建立界面擴(kuò)散層厚度dt與粘接強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系，間接得 到硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/HTPB襯層體系的界面粘接強(qiáng)度，最終實(shí)現(xiàn)與配方體系類似的試 樣界面粘接性能快速評(píng)估。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法，其特征在于包括下 列步驟： 步驟一，確定檢測(cè)條件：試樣準(zhǔn)備，設(shè)備選用，標(biāo)準(zhǔn)選定； 步驟二，實(shí)施檢測(cè)過程：光譜檢測(cè)，坐標(biāo)標(biāo)記； 步驟三，完成性能評(píng)價(jià)：經(jīng)驗(yàn)公式建立，評(píng)價(jià)指標(biāo)分析。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法， 其特征是：設(shè)備選用時(shí)，采用顯微紅外光譜儀。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法， 其特征是：光譜檢測(cè)時(shí)，進(jìn)行顯微紅外光譜檢測(cè)，檢測(cè)范圍在推進(jìn)劑/襯層粘接界面法線方 向一定區(qū)域內(nèi)，檢測(cè)區(qū)域間隔為20_ ;坐標(biāo)標(biāo)記時(shí)，根據(jù)紅外光譜檢測(cè)時(shí)的特征峰，確定界 面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，即界面擴(kuò)散層厚度。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法， 其特征是：建立經(jīng)驗(yàn)公式和分析評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，根據(jù)界面擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，建立界面擴(kuò)散層厚 度與宏觀力學(xué)性能的關(guān)系式，即建立粘接強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)公式，利用經(jīng)驗(yàn)公式評(píng)價(jià)界面粘接的 基本配方與粘接強(qiáng)度的關(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明是一種硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能快速評(píng)估方法，它包括下列步驟：步驟一，確定檢測(cè)條件：試樣準(zhǔn)備，設(shè)備選用，標(biāo)準(zhǔn)選定；步驟二，實(shí)施檢測(cè)過程：光譜檢測(cè)，坐標(biāo)標(biāo)記；步驟三，完成性能評(píng)價(jià)：經(jīng)驗(yàn)公式建立，評(píng)價(jià)指標(biāo)分析。本發(fā)明所述方法利用顯微紅外光譜儀測(cè)定界面法線方向一定區(qū)域的紅外光譜，得到擴(kuò)散層位置坐標(biāo)，建立擴(kuò)散層厚度與宏觀力學(xué)性能的經(jīng)驗(yàn)公式，利用經(jīng)驗(yàn)公式評(píng)價(jià)界面粘接的基本配方與粘接強(qiáng)度的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑/襯層界面粘接性能的快速評(píng)估，所述方法可以用于推進(jìn)劑/襯層的配方篩選與調(diào)試、粘接界面貯存性能評(píng)估。本發(fā)明具有人工成本較低、檢測(cè)費(fèi)用節(jié)省、以及過程簡單、操作方便、指標(biāo)合理和評(píng)價(jià)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01N19/04
【公開號(hào)】CN105319159
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410330543
【發(fā)明人】龐愛民, 楊根, 桑麗鵬, 池旭輝, 彭松, 尹華麗, 杜錫娟, 張峰濤, 常華, 朱學(xué)珍, 封學(xué)華
【申請(qǐng)人】湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所
【公開日】2016年2月10日
【申請(qǐng)日】2014年7月11日