固体推进剂用IPN型衬层的研究

发布时间：2017-10-27 07:38

  本文关键词：固体推进剂用IPN型衬层的研究

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【摘要】：固体火箭发动机中推进剂/衬层/绝热层组成的界面被称为Ⅱ界面,Ⅱ界面粘接是否有事关发动机的工作成败。会导致Ⅱ界面粘接失效的主要因素有衬层本体性能较差、Ⅱ界面处化学反应单一及Ⅱ界面处小分子迁移等。为了解决这些问题,研究人员常通过增加固体填料,引入键合剂等途径来解决,但都难以系统解决Ⅱ界面粘接问题。通过引入第二网络体系与丁羟聚氨酯衬层形成互穿网络聚合物(interpenetrating polymer network, IPN),可在分子级别改善聚氨酯衬层的性能,可以看做是以化学的手段实现聚合物物理共混的技术手段。本文以端羟基聚丁二烯(HTPB)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸乙酯(EA)、环氧树酯(EP)为原料,采用同步互穿法分别制备了聚氨酯/聚丙烯酸酯--PU/P(MMA-EA)、聚氨酯/环氧树脂--PU/EP IPN型固体火箭发动机衬层。采用四因素三水平的正交实验方法初步确立了互穿聚合物网络衬层的基础参数。四个因素分别为：固化参数、交联参数、硬段质量分数以及互穿聚合物网络Ⅰ和Ⅱ的比例。正交试验结果显示当固化参数为1.35、交联参数为0.25、硬段含量为30%且体系配比为90/10时PU/P(MMA-EA)IPN衬层的力学性能较好。采用示差扫描量热法(DSC)对IPN衬层网络结构形成过程中的固化反应动力学进行了研究,并运用Kissnger极值法、Crane法确定了改性树脂体系的固化反应动力学参数。利用傅立叶红外光谱(FTIR)研究了IPN衬层的反应速率常数、固化反应速率的影响因素。利用流变仪研究了PU/P(MMA-EA) IPN衬层粘度增长速率的影响因素。结果表明随着PU和P(MMA-EA)两体系配比的接近,IPN衬层的固化反应表观活化能逐渐降低,反应速率加快,反应级数均为1.065；反应温度及丙烯酸酯含量的变化很大影响着-NCO的消耗速率；反应温度、固化参数、交联参数及硬段含量均对粘度增长速率有较大影响。通过调节催化剂含量、固化参数、硬段含量、交联参数、引发剂含量、以及IPN中体系配比,研究了一系列参数变化对IPN衬层本体性能以及推进剂／衬层／绝热层界面粘接性能的影响规律。研究结果表明：随着固化参数、硬段含量、P(MMA-EA)含量及EP含量的增加IPN衬层的抗拉强度不断增大,随着催化剂含量和引发剂含量的增加IPN衬层的抗拉强度先增大后减小,随着交联参数的增大IPN衬层的抗拉强度不断减小。随着催化剂含量和交联参数的增大IPN衬层的延伸率不断减小,随着硬段含量的增加IPN衬层的延伸率不断增大,随着引发剂含量、P(MMA-EA)含量及EP含量的增加IPN衬层的延伸率先增大后减小,而固化参数对IPN衬层的延伸率影响较小。各参数变化对推进剂／衬层／绝热层界面粘接性能的影响规律与力学性能相近。利用正电子湮没寿命谱仪(PALS)测试了PU/P(MMA-EA) IPN的正电子湮没参数,并运用量子理论模型计算出其平均自由体积半径约为0.385nm。采用溶剂萃取法测量了不同体系配比PU/P(MMA-EA) IPN的凝胶含量,并计算出其交联密度约为5.41×10"6mol·cm-3。利用差热分析仪测试了PU/P(MMA-EA)IPN的热分解过程,结果显示PU/P(MMA-EA)IPN的热分解包括二个阶段,第一阶段为硬段分解,第二阶段为软段长链高分子裂解和聚烯烃网络分解。并采用DMA测试仪分析了PU/P(MMA-EA)IPN的动态热机械性能。研究了不同体系配比衬层的损耗因子、储能模量及损耗模量与温度的关系。
【关键词】：互穿聚合物网络 衬层 反应动力学 力学性能 界面粘接 网络特征
【学位授予单位】：上海应用技术学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V512;TQ430.1
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 IPN材料的概述12-14
• 1.2.1 IPN的网络结构12-13
• 1.2.2 IPN的制备方法13-14
• 1.3 IPN材料的研究方法14-17
• 1.3.1 FTIR14-15
• 1.3.2 PALS15-16
• 1.3.3 DMA16
• 1.3.4 DSC16-17
• 1.3 IPN技术在固体推进剂衬层中的研究进展17-19
• 1.3.1 IPN衬层的网络结构17-18
• 1.3.2 IPN衬层的工艺性能18
• 1.3.3 IPN衬层的本体性能18-19
• 1.3.4 IPN的界面粘接作用19
• 1.4 本论文的研究目的及研究内容19-21
• 1.4.1 研究目的及意义19-20
• 1.4.2 研究内容20-21
• 第二章 实验部分21-27
• 2.1 实验材料21-22
• 2.2 样品制备22-23
• 2.2.1 PU/P(MMA-EA)衬层的制备22
• 2.2.2 PU/EP衬层的制备22-23
• 2.3 实验仪器与样品测试23-27
• 第三章 IPN型衬层的本体性能27-52
• 3.1 互穿聚合物网络基础参数研究27-29
• 3.1.1 基础参数确定27-28
• 3.1.2 红外光谱分析28-29
• 3.2 IPN衬层的固化反应特征29-36
• 3.2.1 动力学参数29-33
• 3.2.2 反应速率33-35
• 3.2.3 粘度增长速率35-36
• 3.3 IPN衬层的本体及粘接性能36-50
• 3.3.1 催化剂含量的影响36-38
• 3.3.2 固化参数的影响38-41
• 3.3.3 硬段含量的影响41-42
• 3.3.4 交联参数的影响42-44
• 3.3.5 引发剂的影响44-47
• 3.3.6 体系配比的影响47-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 IPN型衬层的网络特征52-74
• 4.1 IPN衬层的表面特性52-59
• 4.1.1 PU/P(MMA-EA)衬层的表面张力52-54
• 4.1.2 PU/EP衬层的表面张力54-55
• 4.1.3 PU/P(MMA-EA)衬层的润湿性55-57
• 4.1.4 PU/EP衬层的润湿性57-59
• 4.2 IPN衬层的自由体积特征59-64
• 4.2.1 体系配比的影响60-61
• 4.2.2 交联参数的影响61-62
• 4.2.3 PU/P(MMA-EA)衬层的自由体积特征62-63
• 4.2.4 PU/EP衬层的自由体积特征63-64
• 4.3 IPN衬层的凝胶含量及交联密度64-68
• 4.3.1 PU/P(MMA-EA)衬层的凝胶含量64-65
• 4.3.2 PU/EP衬层的凝胶含量65-66
• 4.3.3 PU/P(MMA-EA)衬层的交联密度66-67
• 4.3.4 PU/EP衬层的交联密度67-68
• 4.4 IPN衬层的热性能68-72
• 4.4.1 热分解过程68-69
• 4.4.2 损耗因子69-71
• 4.4.3 储能模量71-72
• 4.4.4 损耗模量72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 结论74-76
• 5.1 本文的主要结论74-75
• 5.2 本文的创新点75
• 5.3 进一步研究工作建议75-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-81
• 硕士期间发表的论文81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：1102577