CN103711609B - 用于提高epdm绝热层、htpb衬层和nepe推进剂界面粘接性能的方法 - Google Patents
用于提高epdm绝热层、htpb衬层和nepe推进剂界面粘接性能的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，即控制发动机内EPDM绝热层表面涂覆的HTPB衬层的厚度在0.7mm～1.5mm，通过控制HTPB衬层厚度，实现了在不改变衬层、推进剂配方及实施工艺的基础上，显著提高和稳定EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂界面粘接性能的目的，工艺方法简单、易于实现、具有较强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，属于推进剂技术领域。
背景技术
固体火箭发动机装药中绝热层/衬层/推进剂界面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，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、推进剂及实施工艺等。
NEPE推进剂的粘合剂为端羟基聚乙二醇PEG。衬层基材所用的端羟基聚丁二烯HTPB的分子结构和极性与PEG相差很大。虽然HTPB与PEG的物理相容性较差，但提高界面粘接强度和粘接可靠性的最有效技术途径是增强衬层与推进剂界面区域的化学反应。HTPB和PEG粘合剂的活性官能团均为伯羟基，均可采用异氰酸酯类化合物固化。因此，在界面区域，HTPB衬层和NEPE推进剂可以通过粘合剂相的-OH基和-NCO基的反应形成化学粘接。
在衬层/推进剂界面，粘合剂相的化学反应如果是以推进剂粘合剂相的-NCO基与衬层粘合剂相的-OH基的反应为主，则界面推进剂的固化参数会下降，界面推进剂的强度会降低，形成弱边界层，造成推进剂／衬层界面粘接强度的下降；因此为了防止界面推进剂强度降低并获得良好的界面粘接性能，应该在衬层和推进剂界面建立以衬层表面的-NCO基与推进剂粘合剂相的-OH基为主的反应，即在半固化衬层表面必须保留足够的-NCO基团含量。
采取合适的衬层工艺措施，确保半固化衬层表面保留足够的-NCO基团含量，以有效提高绝热层/衬层/推进剂界面的粘接性能，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不足，提供用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，该方法在不调整现有衬层、推进剂配方和包覆、浇注工艺的基础上，实现稳定提高EPDM绝热层/HTPB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：
用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，其特征在于：使发动机燃烧室内EPDM绝热层表面的HTPB衬层的涂覆厚度为0.7mm～1.5mm。
在上述用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法中，HTPB衬层中采用的粘合剂为HTPB，固化剂为TDI。
在上述用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法中，HTPB衬层中还包括：粘结促进剂：MAPO和硼酸酯键合剂BAG-22；补强填料：ZnO和白炭黑；固化剂:TTI；固化催化剂：TPB。
在上述用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法中，EPDM绝热层为DCP硫化的EPDM绝热层。
在上述用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法中，NEPE推进剂采用的粘合剂为聚乙二醇PEG，固化剂为多官能度异氰酸酯N-100。
在上述用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法中，NEPE推进剂中还包括：氧化剂：高氯酸铵AP；硝胺类化合物：奥克托金HMX；铝粉：Al；增塑剂：硝化甘油NG和丁三醇三硝酸酯BTTN；键合剂：中性聚合物NPBA；防老剂：MNA和2-NDPA。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
（1）、本发明通过大量实验给出了EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂中HTPB衬层的最佳厚度为0.7mm～1.5mm，即在按发动机衬层的通用包覆工艺方法或按衬层联合粘接试件的通用制作工艺方法制作联合粘接试件过程中，控制衬层的厚度在0.7mm～1.5mm，在此厚度下可以显著提高EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂界面粘接性能；
（2）、本发明通过控制HTPB衬层厚度，实现了在不改变衬层、推进剂配方及实施工艺的基础上，显著提高和稳定EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂界面粘接性能的目的，工艺方法简单、易于实现、具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明实施例中衬层厚度与粘接拉伸强度关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和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揭露的技术范围内，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。
实施例1
以绝热层厚度2mm、面积为25mm*100mm的矩形EPDM绝热层/金属粘接试件，参照QJ2038.1A-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》的要求，制作不同衬层厚度的EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂联粘试件；HTPB衬层的组份及配比见表1、NEPE推进剂的组份及配比见表2。
表1
表2
将制作好的联粘试件，采用INSTRON4202型万能材料拉伸机在20℃下进行粘接拉伸强度测试，测试结果见图1，如图1所示为本发明实施例中衬层厚度与粘接拉伸强度关系曲线。
图1结果表明：在不同拉伸速度（1mm/min、20mm/min）下，衬层厚度在0.2mm～2mm范围内对粘接强度的影响规律是一致的，即衬层厚度增加，粘接强度升高。当衬层厚度小于0.7mm时，衬层厚度对粘接强度影响显著。
实施例2
采用表1给出的衬层组份及配比、表2给出的推进剂组份及配比，制作EPDM绝热层/衬层/NEPE推进剂联合粘接剥离试件，测试HTPB/TDI衬层厚度对90°和180°粘接剥离强度的影响，数据见表3。
表3
从表3数据可以看出，在0.2～1mm范围内，联合粘接的90°和180°剥离强度随衬层厚度的增加而明显增加，破坏方式也明显改善，由衬层/推进剂界面破坏变成推进剂内聚破坏；当衬层厚度大于0.7mm后，剥离强度趋于稳定。
实施例3
制作绝热层厚度10mm～20mm、面积为25mm*100mm的矩形EPDM绝热层/金属粘接试件，采用表1给出的衬层组份及配比、表2给出的推进剂组份及配比，参照QJ2038.1A-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》的要求，制作不同衬层厚度的EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂联粘试件；采用INSTRON4202型万能材料拉伸机在20℃下进行拉伸强度测试，测试结果见表4。
表4
由表4可以得出，在不同厚度的绝热层上，衬层厚度对粘接性能影响显著，衬层厚度增加，粘接强度升高，衬层厚度达到0.7mm时，粘接拉伸强度趋于稳定。
实施例4
采用绝热层厚度2mm、面积为25mm*100mm的矩形EPDM绝热层/金属粘接试件及表1给出的衬层组份及配比、表2给出的推进剂组份及配比，参照QJ2038.1A-2004《固体火箭发动机燃烧室界面粘接强度测试方法第一部分：矩形试件扯离法》的要求，制作不同衬层厚度的EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂联粘试件；试验衬层厚度对0.20MPa下矩形试件粘接定载性能的影响，结果见表5。
表5
表5数据表明，随着衬层厚度的增加，EPDM绝热层/HTPB衬层/NEPE推进剂联粘试件粘接强度明显提高，粘接定载性能也随之上升;衬层厚度达到0.7mm时，粘接定载性能趋于稳定。
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 (4)
1.用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，其特征在于：使发动机燃烧室内EPDM绝热层表面的HTPB衬层的涂覆厚度为0.7mm～1.5mm；所述HTPB衬层中采用的粘合剂为HTPB，固化剂为TDI，所述HTPB衬层中还包括：粘结促进剂：MAPO和硼酸酯键合剂BAG-22；补强填料：ZnO和白炭黑；固化剂:TTI；固化催化剂：TPB。
2.根据权利要求1所述的用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，其特征在于：所述EPDM绝热层为DCP硫化的EPDM绝热层。
3.根据权利要求1所述的用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，其特征在于：所述NEPE推进剂采用的粘合剂为聚乙二醇PEG，固化剂为多官能度异氰酸酯N-100。
4.根据权利要求3所述的用于提高EPDM绝热层、HTPB衬层和NEPE推进剂界面粘接性能的方法，其特征在于：所述NEPE推进剂中还包括：氧化剂：高氯酸铵AP；硝胺类化合物：奥克托金HMX；铝粉：Al；增塑剂：硝化甘油NG和丁三醇三硝酸酯BTTN；键合剂：中性聚合物NPBA；防老剂：MNA和2-NDPA。
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