固体火箭发动机复合固化衬层的研制

论文摘要

与传统的热固化衬层相比,复合固化衬层具有预固化时间短,生产费用低的特点。本研究采用手提式紫外光固化仪、傅立叶红外光谱仪、转子粘度计、电子万能试验机、线烧蚀仪、SEM和热分析仪等分析测试手段,研究了复合固化衬层的粘度、凝胶速度、聚酯型聚氨酯丙烯酸酯含量（SM6402）、复合光引发剂的含量、键合剂（MAPO）含量和SiO2含量对衬层的力学性能和密度的影响,测定了衬层与相关界面的粘结性能、线烧蚀率、热分解温度和玻璃化转变温度,分析了衬层的微相结构形态。研制的固体火箭发动机复合固化衬层由二个体系组成:1)由SM6402和二苯甲酮（BP）/安息香乙醚（BE）复合光引发剂组成的光固化体系;2)由HTPB和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）组成的热固化体系。研制出的复合固化衬层的主要组成为HTPB:50.0%～60.0%,IPDI:10.8%～16.9%,SM6402:30.0%～40.0%,BP/BE:2.0%～4.0%,MAPO:1.7%～2.5%,SiO2:5.5%～6.5%。复合固化衬层的综合性能满足研制要求。研究结果表明:1)在50℃以下,复合固化衬层的粘度增加缓慢,其适用期大于3h,能够满足发动机燃烧室衬层涂覆要求;2)复合光引发体系的含量一般选择2.0%～4.0%;3)确定复合固化衬层的预固化工艺为:365nm UV光的照射距离控制在40mm～60mm,光照时间在5s～10s之间;4)衬层的抗拉强度和伸长率均在HTPB/SM6402质量比为60/10时出现最大值,SM6402的光固化体系与HTPB热固化体系互穿网络（IPN）的互补性明显;5)复合光引发剂含量对复合固化衬层的抗拉强度、伸长率和密度影响不明显;6)随着MAPO用量的增加,衬层的伸长率存在下降趋势,MAPO的用量以1.7%较为合适;7)轻质二氧化硅含量的增加,导致衬层流动性能和涂覆工艺性能变差,故合适的用量在5.5%～6.5%之间;8)SEM照片表明,复合固化衬层的断面和表面都存在明显的相分离,呈非均相海岛状结构,复合固化互穿网络间交叉渗透,形成机械缠结;9)复合固化衬层的玻璃化转变温度为-64.9℃,热分解温度为366.9℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 固体火箭发动机复合固化衬层概述
• 1.1.1 衬层及其作用
• 1.1.2 衬层的基本组成
• 1.1.3 衬层成型工艺
• 1.1.4 衬层的发展方向
• 1.2 光固化技术
• 1.2.1 光固化技术的特点
• 1.2.2 光固化技术的应用
• 1.2.3 国外光固化技术的发展
• 1.2.4 国内光固化技术的发展
• 1.3 本论文立题依据与研究内容
• 1.3.1 立题依据
• 1.3.2 论文研究内容
• 1.3.3 研究技术指标
• 第二章 实验和研究方法
• 2.1 实验用原材料和设备
• 2.2 复合固化衬层性能测试与表征
• 2.2.1 凝胶含量的测定
• 2.2.2 转子粘度的测定
• 2.2.3 凝胶性能的测定
• 2.2.4 抗拉强度和伸长率的测定
• 2.2.5 密度的测定
• 2.2.6 线烧蚀率的测定
• 2.2.7 与金属试件的剪切强度测定
• 2.2.8 联合扯离强度的测定
• 2.2.9 红外光谱分析
• 2.2.10 热分析实验
• 2.2.11 扫描电镜实验
• 2.3 本章小结
• 第三章 复合固化衬层固化及基础配方的确定
• 3.1 复合固化衬层的固化
• 3.1.1 复合固化衬层的热固化
• 3.1.2 复合固化衬层的光固化
• 3.1.3 复合固化衬层的粘接
• 3.2 基材的选择
• 3.2.1 热固化体系的确定
• 3.2.2 光固化体系的确定
• 3.3 助剂的选择
• 3.3.1 键合剂的确定
• 3.3.2 扩链剂的确定
• 3.3.3 填料及催化剂的确定
• 3.4 复合固化衬层基础配方的确定
• 3.4.1 复合固化衬层基础配方
• 3.4.2 复合固化衬层的成型工艺
• 3.5 本章小结
• 第四章 复合固化衬层性能研究
• 4.1 复合固化衬层的工艺性能
• 4.2 复合固化衬层光固化凝胶速度
• 4.2.1 复合光引发剂含量对衬层凝胶速度的影响
• 4.2.2 光照距离和光照时间对衬层凝胶速度的影响
• 4.3 复合固化衬层的力学性能
• 4.3.1 SM6402含量对衬层力学性能的影响
• 4.3.2 复合光引发剂含量对衬层力学性能的影响
• 4.3.3 键合剂含量对衬层力学性能的影响
• 4.3.4 轻质二氧化硅含量对衬层力学性能的影响
• 4.4 复合固化衬层的密度
• 4.4.1 SM6402含量对衬层密度的影响
• 4.4.2 复合光引发剂含量对衬层密度的影响
• 4.4.3 键合剂含量对衬层密度的影响
• 4.4.4 轻质二氧化硅含量对衬层密度的影响
• 4.5 复合固化衬层配方及综合性能
• 4.5.1 复合固化衬层与绝热层、推进剂的界面粘接性能
• 4.5.2 复合固化衬层与金属的粘接性能
• 4.5.3 复合固化衬层的耐烧蚀性能
• 4.5.4 复合固化衬层的表、断面相形态结构
• 4.5.5 复合固化衬层的热分析
• 4.5.6 复合固化衬层综合性能
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果