一種液體浸潤法測試推進(jìn)劑裝藥絕熱層材料體膨脹系數(shù)的方法
【專利說明】一種液體浸潤法測試推進(jìn)劑裝藥絕熱層材料體膨脹系數(shù)的 方法
[0001] 本發(fā)明屬于推進(jìn)劑技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種推進(jìn)劑裝藥絕熱層材料的體膨脹系數(shù) 測試方法方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 體膨脹系數(shù)是指材料在單位溫度下單位體積的形變。理論上絕熱層、襯層和推進(jìn) 劑藥柱的體膨脹系數(shù)應(yīng)當(dāng)在數(shù)值上基本相等，使長貯條件下下絕熱層、襯層和藥柱的體積 形變程度一致。反之，絕熱層、襯層和藥柱的體膨脹系數(shù)相差較大，從而使這三部分在長貯 過程中體積形變有較大差異，接觸面之間局部應(yīng)力增加、貼合性變差，導(dǎo)致脫粘，直接影響 裝藥的質(zhì)量與使用壽命。因此，能夠準(zhǔn)確地測量絕熱層材料的熱膨脹系數(shù)，對指導(dǎo)包覆工 藝，保證裝藥質(zhì)量及確保裝藥質(zhì)量安全尤為重要。
[0003] 體膨脹系數(shù)屬于材料的熱膨脹系數(shù)研究范疇，是材料在冷熱環(huán)境中自身形變的特 有屬性。材料的熱膨脹系數(shù)可分為線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)兩種。線膨脹系數(shù)是指在單位 溫度下，只考慮材料本身影響的情況時材料在單位長度方面的形變；體膨脹系數(shù)是指材料 在單位溫度下單位體積方面的形變。近幾十年來，世界各國對材料的熱膨脹系數(shù)測試技術(shù) 進(jìn)行了大量的研究建立多種測試方法與裝置，如光杠桿法、直接觀測法、光干涉法、X光法、 電容法、光柵法、機(jī)械杠桿法、熱調(diào)幅法、超聲微波法、密度測量法、電阻測量法等，并制定了 多種標(biāo)準(zhǔn)。這些測定方法和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍極廣，能夠準(zhǔn)確測量耐火材料、熔融金屬、建筑材 料、粉末、涂層材料及其他復(fù)合材料的線膨脹系數(shù)。
[0004] 然而，目前現(xiàn)有的熱膨脹系數(shù)研究手段均為針對線膨脹系數(shù)的測量，而體膨脹系 數(shù)一般是通過線膨脹系數(shù)計(jì)算得到。由于材料的體膨脹系數(shù)受到環(huán)境溫度、化學(xué)成分、加工 方法、幾何形體特征等多種因素的影響。因此，從線膨脹系數(shù)計(jì)算得到體膨脹系的方法對于 各向同性的均勻材料來說，具有較高的準(zhǔn)確性。但是對于各向異性的混合材料來說，由于內(nèi) 部化學(xué)成分分布的不均勻性，加工方法造成的密度分布不均，或加工工藝造成的結(jié)構(gòu)缺陷 等因素影響，想要通過線膨脹系數(shù)計(jì)算得到體膨脹系數(shù)，需要測定大量的數(shù)據(jù)，并且得到的 結(jié)果準(zhǔn)確性較低。因此，需要發(fā)展直接，準(zhǔn)確的體膨脹系數(shù)測試技術(shù)，以得到準(zhǔn)確地體膨脹 系數(shù)，從而能夠更好地指導(dǎo)材料的加工工藝及工程應(yīng)用。
[0005] 目前廣泛使用的推進(jìn)劑裝藥絕熱層材料主要以耐燒蝕的高分子材料、無機(jī)填充材 料混合制成，化學(xué)及物理性質(zhì)較穩(wěn)定，但是由于推進(jìn)劑包覆裝藥一般在密封的環(huán)境中，當(dāng)環(huán) 境溫度變化時，絕熱層一般都會產(chǎn)生尺寸變化現(xiàn)象，并且這個尺寸變化的程度受到環(huán)境溫 度，材料配方，包覆工藝，藥柱形狀及尺寸等因素的影響，即絕熱層的熱膨脹系數(shù)在不同情 況下是有較大差別的，準(zhǔn)確測定炸藥的熱膨脹系數(shù)，對于指導(dǎo)炸藥配方及裝藥工藝改進(jìn)，保 證其安全性具有重要的意義。
【附圖說明】
[0006] 圖1為體膨脹系數(shù)測試裝置系統(tǒng)原理圖；

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對上述現(xiàn)有絕熱層材料體膨脹間接測量方法存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的 在于，提供一種具有快速、準(zhǔn)確、能夠?qū)^熱層材料體膨脹系數(shù)記性進(jìn)行直接測量的方法。
[0008] 為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：
[0009] 采用液體浸潤法對絕熱層材料體膨脹系數(shù)測試，原理見附圖1 :
[0010] 體膨脹系數(shù)測量原理是是將待測固體樣品完全浸入一種性質(zhì)穩(wěn)定的惰性液體 (如二甲基硅油）中，在加熱狀態(tài)下測定液體與待測樣品共同的體積變化值，由于液體熱膨 脹溫度系數(shù)穩(wěn)定，從而可以得到待測固體樣品的熱膨脹溫度系數(shù)值。
[0011] 其中樣品室中放入惰性液體及樣品，樣品室設(shè)計(jì)為帶細(xì)管的樣式，當(dāng)溫度升高時， 待測固體體積變大（惰性液體體積同時也會增大），使得細(xì)管中液體液位升高，通過激光位 移傳感器測量細(xì)管中液面的高度以及儲油室的液位高度，從而可以得到惰性液體的體積以 及變化量，結(jié)合溫度的變化量，就可以計(jì)算出待測固體的體膨脹系數(shù)。
[0012] 具體測試步驟如下：
[0013] 在樣品測試之前，先進(jìn)行惰性液體的膨脹系數(shù)的標(biāo)定：
[0014] (1)精密升降裝置調(diào)節(jié)到最高位，升降電機(jī)把試樣盒等升起；；
[0015] (2)人工向內(nèi)筒中注入一定量的惰性液體，然后把試樣盒翻轉(zhuǎn)放入托盤；
[0016] (3)將試樣盒等下降到內(nèi)筒中，到位后停止；
[0017] (4)啟動電磁閥連接真空栗，進(jìn)行抽氣，形成一定負(fù)壓，保持一定時間后，關(guān)閉真空 栗，再將電磁閥連接大氣；
[0018] (5)調(diào)節(jié)精密升降裝置，回讀液位變化，直到到達(dá)指定的下限位置，記下升降高度 H1、溫度T1以及液位高度h。；
[0019] (6)進(jìn)行加熱，直到溫度達(dá)到上限KKTC，軟件記錄下溫度變化過程中及最后的溫 度T 2和液位高度h 1;
[0020] (7)之后將精密升降裝置調(diào)節(jié)到最高位，等待降溫完成。
[0021] 根據(jù)兩次溫度差T2-T1，以及兩次液位高度差hfh。，可以計(jì)算出惰性液體的膨脹系 數(shù)。標(biāo)定過程不需要每次都做，溫度變化不大、間隔時間短、同一批次惰性液體情況下，可以 只做一次標(biāo)定。
[0022] 正式測試是在惰性液體的膨脹系數(shù)標(biāo)定之后進(jìn)行的，這時內(nèi)筒中已有標(biāo)定過的惰 性液體，正式測試按照如下步驟運(yùn)行：
[0023] (1)精密升降裝置調(diào)節(jié)到最高位，升降電機(jī)把試樣盒等升起；
[0024] (2)等待惰性液體基本滴完后，人工取下樣品盒，放入樣品，將試樣盒正放入托 盤；
[0025] (3)將試樣盒等下降到內(nèi)筒中，到位后停止；
[0026] (4)啟動電磁閥連接真空栗，進(jìn)行抽氣，形成一定負(fù)壓，保持一定時間后，關(guān)閉真空 栗，再將電磁閥連接大氣；
[0027] (5)調(diào)節(jié)精密升降裝置，回讀液位變化，直到到達(dá)指定的下限位置h。（與標(biāo)定前未 加熱時的液位相同），此時的升降高度H 2;
[0028] (6)進(jìn)行加熱，直到溫度達(dá)到需要的上限溫度。在此過程中，軟件記錄下溫度變化 過程中及最后的溫度T2和液位變化值h 2;
[0029] (7)之后將精密升降裝置調(diào)節(jié)到最高位，等待降溫完成。
[0030] 標(biāo)定時· γ ^ (T2-T1) = dh。) S。，其中Vlj 常溫下注入的惰性液體體積， S0一一浮標(biāo)上升后液位截面積，γ ^-一惰性液體體膨脹系數(shù)，
[0031] 放入樣品所引起的惰性液體體積變化為％為：VS= (H2-H1) Sw，其中Sw為砝碼面積，
[0032] 正式測試時有
一一樣品體膨脹系 數(shù)，
[0033] 通過自動測控系統(tǒng)軟件計(jì)算可以得到樣品的體膨脹系數(shù)：ys= (hi-h。）·&/ [(H2-H1) · Sw(T2-T1)];
[0034] 上述測試方法，其特征在于，通過同時加熱惰性液體和待測絕熱層樣品，通過測量 惰性液體液面的變化，間接求出絕熱層樣品的體積變化。
[0035] 上述測試方法，其特征在于，由于在絕熱層樣品的體膨脹測試過程中，所選膨脹液 也會有一定程度的膨脹，由于氣體膨脹系數(shù)變化較大，因此要求膨脹液中盡量不能有氣體 存在，在進(jìn)行試驗(yàn)之前要對液體進(jìn)行預(yù)排氣，以避免因氣體存在造成的誤差。
[0036] 上述測試方法，其特征