CN103670798B - 一种提高nepe推进剂与衬层界面粘接性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，采用EPDM绝热层，将硫化处理后的EPDM绝热层在温度为150℃～180℃、压力为0.1MPa～10MPa的条件下，烘烤2h～6h；EPDM绝热层为DCP硫化的EPDM绝热层，硫化处理的条件为:压力5～15MPa，温度140-170℃，时间25-120min，本发明将EPDM绝热层通过特殊工艺进行高温处理，在不影响EPDM使用性能且不调整现有衬层、推进剂配方和包覆、浇注工艺的基础上，可以降低含活泼氢的小分子游离组分的含量，进而显著削弱EPDM绝热层对界面粘接性能的不利影响，提高衬层/NEPE推进剂的界面粘接性能。

Description

一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法
技术领域
本发明涉及NEPE高能推进剂技术领域，涉及一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，尤其是涉及一种用于提高NEPE推进剂与HTPB衬层界面粘接性能的EPDM绝热层处理方法。
背景技术
固体火箭发动机装药中绝热层/衬层/推进剂界面的粘接性能的优劣直接关系到发动机的结构完整性和可靠性，而衬层/推进剂之间的界面粘接又是最薄弱的，其界面的脱粘已成为固体火箭发动机最主要的失效模式。研究表明影响界面粘接性能的因素主要来源于绝热层、衬层、推进剂及实施工艺。其中绝热层的影响主要体现在活性组分的迁移、活性基团的影响以及对固化剂的吸收。
与NEPE推进剂配套的衬层一般为多异氰酸酯固化的端羟基聚丁二烯衬层，绝热层一般为过氧化物(如过氧化二异丙苯DCP)硫化的EPDM耐烧蚀材料。
EPDM绝热层硫化过程中，DCP分解引发交联发生如下反应：
①DCP均裂形成两个烷基自由基
②烷基自由基从橡胶分子链上夺取氢原子
③两个邻近的橡胶分子自由基结合，形成碳-碳交联键
因此，2-苯基-2-丙醇（以下简称为PB）是DCP硫化的EPDM绝热层的固有副产物。另外EPDM绝热材料本身含有一定量的工艺助剂（如硬脂酸YS等）、防老剂、阻燃剂等物质。故EPDM绝热层中存在含-NH基、-OH基、-COOH基等活性官能团的小分子游离物质，这些物质可与异氰酸酯类物质，如TDI、N-100等发生反应。HTPB衬层与EPDM绝热层极性相近，这些游离的小分子物质可以向衬层及衬层/推进剂界面迁移。在推进剂固化过程中向界面迁移的含活泼氢的小分子物质与衬层、推进剂中的-NCO基团发生反应，当界面区域中这些含活泼氢的小分子物质含量超过某一临界值时，将显著影响推进剂粘合剂相的固化反应及界面区域-NCO基的反应竞争性，进而显著影响衬层/NEPE推进剂界面粘接性能。因此，降低绝热层中活性游离小分子物质向衬层及界面处的迁移量，对提高衬层/NEPE推进剂界面粘接性能具有非常重要的意义。
如何有效降低EPDM绝热层对界面粘接性能的不利影响，提高NEPE高能推进剂/衬层的界面粘接性能，目前尚未见国内外公开的文献报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，在不影响EPDM使用性能且不调整现有衬层、推进剂配方和包覆、浇注工艺的基础上，实现了显著提高衬层/NEPE推进剂界面粘接性能的目的。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，采用EPDM绝热层，将硫化处理后的EPDM绝热层在温度为150℃～180℃、压力为0.1MPa～10MPa的条件下，烘烤2h～6h。
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，EPDM绝热层为DCP硫化的EPDM绝热层，EPDM绝热层包括如下质量份数的组份：
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，EPDM绝热层经硫化处理的条件为:压力5～15MPa，温度140-170℃，时间25-120min。
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，阻燃剂为氧化砷、氢氧化铝或聚磷酸铵中的一种或组合。
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，补强填料为炭黑、白炭黑或碳酸钙中的一种或组合。
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，增粘树脂为壬基酚醛树脂、对叔丁基酚醛树脂或聚萜烯树脂中的一种或组合。
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，促进剂为氧化锌、氧化镁或氧化铅中的一种或组合。
在上述提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法中，还包括8-20份的助剂，助剂为偶联剂、防老剂和增塑剂。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
（1）、本发明与NEPE推进剂配合的绝热层是过氧化二异丙苯(DCP)硫化的EPDM耐烧蚀材料，材料本身含有大量的含活泼氢的小分子游离组分，如硬脂酸（YS）、DCP的分解必然副产物PB等，高温下可以使EPDM绝热层中的低沸点小分子物质挥发、促进YS的反应，本发明将EPDM绝热层通过特殊工艺进行高温处理，可以降低含活泼氢的小分子游离组分的含量，进而显著削弱EPDM绝热层对界面粘接性能的不利影响，提高衬层/NEPE推进剂的界面粘接性能；
（2）、本发明通过大量试验确定了EPDM绝热层高温处理方法为：硫化处理后的EPDM绝热层在温度为150℃～180℃、压力为0.1MPa～10MPa的条件下，烘烤2h～6h，通过该工艺实现了在不影响EPDM绝热层的使用性能，又不改变原有衬层、推进剂配方及实施工艺的基础上，显著提高了衬层/NEPE推进剂界面粘接性能的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明将硫化处理后的EPDM绝热层在温度为150℃～180℃、压力为0.1MPa～10MPa的条件下，烘烤2h～6h，再按常规包覆工艺喷涂或刷涂衬层，衬层达到半固化状态后浇注推进剂并固化。
实施例1
按QJ2038.1A-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第1部分：矩形试件扯离法》的规定，采用不同批EPDM绝热层制作面积为25mm×100mm的矩形EPDM绝热层/金属粘接试件，试件的处理条件见表1。按照QJ2038.1A的规定制作EPDM绝热层/衬层/NEPE推进剂联合粘接试件（EPDM绝热层、衬层、推进剂配方见表2、表3、表4），测试20℃、拉速为20mm/min条件下的粘接拉伸强度，测试结果见表4。
表1EPDM绝热层的处理条件
编号 金属/绝热层试件硫化及处理方法
JC-1 10MPa下经160℃硫化0.5h
JC-2 10MPa下经160℃硫化0.5h后，0.1MPa下160℃烘烤3h
表2EPDM绝热层配方组成（质量份数）
表3衬层配方组成（质量百分比）
表4NEPE推进剂组成（质量百分比）
组分 AP+硝铵+Al PEG+硝酸酯+N-100 助剂
配比/% 76～77 22～23.5 0.5～1
表5EPDM绝热层的处理条件对粘接性能的影响
结合表1和表5的数据可以看出，金属/绝热层试件的硫化方式和后处理方法均可以影响衬层/NEPE推进剂的界面粘接性能。三种绝热层以JC-2的方式进行硫化和后处理的衬层/NEPE推进剂的界面粘接强度显著高于绝热层以JC-1的方式进行硫化的界面粘接强度，粘接强度分别提高54.7%、54.5%、23.3%。绝热层J0706、J30801以JC-3、JC-4的方式进行硫化和后处理的衬层/NEPE推进剂的界面粘接强度也高于绝热层以JC-1的方式进行硫化的界面粘接强度。说明EPDM绝热层硫化后经160℃烘烤3h或延长模压硫化时间3h以上，可显著提高衬层/NEPE推进剂界面粘接性能。
实施例2
按QJ2038.1A的规定，制作25mm×100mm的矩形EPDM绝热层/金属粘接试件（EPDM绝热层在10MPa下经160℃硫化0.5h），将硫化好的试件按表6的方式进行绝热层后处理。按照QJ2038.1A的规定制作绝热层/衬层/NEPE推进剂矩形联合粘接试件（EPDM绝热层、衬层、推进剂配方同实施例1）。粘接拉伸强度的测试条件同实施例1。按QJ3279-2006《固体火箭发动机衬层界面粘接定载性能测试方法》对联合粘接试件进行承载能力测试，测试结果见表7。结果表明，绝热层硫化后经高温烘烤处理可显著提高衬层/NEPE推进剂的界面粘接强度和界面持久承载能力。
表6
编号 金属/绝热层试件后处理方法
JC-1 ---
JC-2 0.1MPa、160℃烘烤3h
JC-3 0.1MPa、150℃烘烤6h
JC-4 0.1MPa、180℃烘烤2h
表7
绝热层处理方法 粘接强度，MPa 0.2MPa下承载时间，d
JC-1 0.69 2,3,2,4,6
JC-2 0.87 56,60,117,>126,>126
JC-3 1.03 >126(N=5)
JC-4 1.06 >150(N=5)
实施例3
按QJ2038.1A的规定，制作2组25mm×100mm的矩形EPDM绝热层/金属粘接试件（EPDM绝热层在10MPa下经160℃硫化0.5h）及联合粘接试件（EPDM绝热层、衬层、推进剂配方同实施例1）。其中一组试件在1MPa下经160℃烘烤3h。分别利用气相色谱、HPLC-ELSD测定了两组试件中EPDM绝热层中的PB、YS的含量（见表8），并按实施例1中的测试条件测得的粘接拉伸强度见表9。
表8
表9
从表8数据可以看出，绝热层在1MPa下经160℃烘烤3h与未经高温处理的绝热层相比，PB的含量降低90%以上，YS的含量也降低55%以上。说明绝热层在1MPa下160℃烘烤3h可以显著降低绝热层中含活泼氢的小分子物质的含量。表9的数据也进一步表明，绝热层在1MPa下160℃烘烤3h可以显著提高衬层/推进剂的界面粘接强度。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，采用EPDM绝热层，其特征在于：将硫化处理后的EPDM绝热层在温度为150℃～180℃、压力为0.1MPa～10MPa的条件下，烘烤2h～6h；
所述EPDM绝热层为DCP硫化的EPDM绝热层，EPDM绝热层包括如下质量份数的组份：
2.根据权利要求1所述的一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，其特征在于：所述EPDM绝热层经硫化处理的条件为:压力5～15MPa，温度140-170℃，时间25-120min。
3.根据权利要求1所述的一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，其特征在于：所述阻燃剂为氧化砷、氢氧化铝或聚磷酸铵中的一种或组合。
4.根据权利要求1所述的一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，其特征在于：所述补强填料为炭黑、白炭黑或碳酸钙中的一种或组合。
5.根据权利要求1所述的一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，其特征在于：所述增粘树脂为壬基酚醛树脂、对叔丁基酚醛树脂或聚萜烯树脂中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，其特征在于：所述促进剂为氧化锌、氧化镁或氧化铅中的一种或组合。
7.据权利要求1所述的一种提高NEPE推进剂与衬层界面粘接性能的方法，其特征在于：还包括8-20份的助剂，助剂为偶联剂、防老剂和增塑剂。
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