CN112595623A - 一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置 - Google Patents

一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置，测定方法中将样品制成满足要求的形状，通过浸泡将样品中有机可溶物萃取除去，酸洗和水洗依次除去不溶物中含能固体填料如铝粉和氧化剂高氯酸铵，烘干除去水分，从而得到纯净的凝胶组分；该测定方法在测试效率方面大大提高，且方法简便易行，可实现大批量同时测试，操作条件较易实现；测定装置能够满足测定方法对于加热，不同处理液处理、废液收集的要求，使测定方法易于实施，促进测定效率的提高。

Description

一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置
技术领域
本发明属于复合固体推进剂含量测定技术领域，特别涉及一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置。
背景技术
从分子结构上定义，凝胶是一种空间网络交联结构，是由于分子链结构和聚集态结构变化所形成的，在高分子化学中是指高聚物分子通过交联点相互连接。
推进剂的凝胶含量即凝胶百分数，是指推进剂中以粘合剂为主体构成的交联网络结构在推进剂整体中的占比，是表征推进剂交联程度的一个重要指标，推进剂经固化交联后形成三维网络结构，固体推进剂的理化性能主要取决于其三维网络结构性能，凝胶含量是影响网络结构性能的重要因素。通过设计不同固化条件，测定相应的凝胶含量，可以达到跟踪固化推进剂网络的形成与结构状态，深层次地了解推进剂结构演变规律的目的。固化推进剂网络与宏观上的力学性能具有极高的相关性，因此，凝胶含量数据对研究推进剂工艺性能及其老化性能具有重要的指导意义。
复合固体推进剂是以粘合剂为基体并填充含能固体填料(氧化剂、铝粉等)的复合材料，目前可查阅的资料显示，其凝胶含量测试主要通过索提器法除去可溶有机物组分，然后剔除氧化剂、铝粉等金属组分的理论加入量，从而得到凝胶含量的数据。但该方法得到的结果很大程度上只是理论数值，无法反应交联的真实情况，此外，该方法采用索提器提取可溶物时，将推进剂置于沸腾的有机溶剂中，存在一定的安全隐患，且无法实现大批量同时测试，测试效率较低。
因此，有必要提供一种简便有效的测定方法或装置，使其操作简便易行，过程安全，可灵活满足大批量的测试需求。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置，该测定方法中将样品制成满足要求的形状，通过浸泡将样品中有机可溶物萃取除去，酸洗和水洗依次除去不溶物中含能固体填料如铝粉和氧化剂高氯酸铵，烘干除去水分，从而得到纯净的凝胶组分；该测定方法在测试效率方面大大提高，且方法简便易行，可实现大批量同时测试，操作条件较易实现；测定装置能够满足测定方法对于加热，不同处理液处理、废液收集的要求，使测定方法易于实施，促进测定效率的提高，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定装置，包括处理槽、加热炉、有机废液管、无机废液管、回收桶、样品架和红外灯，
所述处理槽为桶形结构，下缘与加热炉的上表面密封连接，下端安装有机废液管和无机废液管，有机废液管和无机废液管外接阀门，出口端与回收桶连接，用于导出处理槽中用后的处理液；
所述样品架架设在处理槽内部，其上开设多个通孔，用于固定多个砂芯坩埚，砂芯坩埚中盛有样品，多个样品在处理槽中能够同时处理；
所述红外灯用于对处理槽中的样品进行辐照加热处理，所述加热炉用于对处理槽中的样品进行电加热处理。
第二方面，一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法，包括如下步骤：
步骤1，将试样制成所需形状，将盛有试样的砂芯坩埚放入样品架中，旋转样品架至样品架可通过处理槽内壁凸台，降低样品架高度至处理槽最下部内壁凸台，旋转样品架至样品架不可通过处理槽内壁凸台，通过凸台支撑样品架；
步骤2，向处理槽中加入有机溶剂至没过试样，静置浸泡不少于24h，然后搅拌5～10min，调整样品架高度至最高层，打开有机废液管，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭有机废液管；
步骤3，继续重复步骤2至少两次；
步骤4，室温下，向砂芯坩埚中滴加无机酸溶液至上述试样，至反应不再剧烈，根据反应剧烈程度调节滴加速度，然后向处理槽中加入无机酸溶液与试样反应，将不低于250w红外灯置于砂芯坩埚正上方处加温不少于3h，至不产生气泡，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，用煮沸的蒸馏水冲洗三次，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭无机废液管；
步骤5，向处理槽中加入煮沸的蒸馏水至砂芯坩埚1/2～3/4位置，煮沸20～40min，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，滤干；
步骤6，重复步骤5至少两次；
步骤7，将将水洗后盛有试样的砂芯坩埚干燥至恒重，计算凝胶含量。
根据本发明提供的一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法及测定装置，具有以下有益效果：
(1)本发明叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定装置能够满足测定方法对于加热，不同处理液处理、废液收集的要求，使测定方法易于实施，提高测定效率；
(2)本发明叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法与现有技术相比，在测试效率方面大大提高，且方法简便易行，可实现大批量同时测试，操作条件较易实现，测试精度高，可靠性强。
附图说明
图1示出本发明一种优选实施方式中测定装置的结构示意图；
图2示出本发明一种优选实施方式中样品架的俯视图；
图3示出本发明一种优选实施方式中处理槽的俯视图。
附图标号说明
1-处理槽；2-样品架；21-手持件；3-有机废液管；4-回收桶；5-加热炉；6-红外灯；7-无机废液管；8-砂芯坩埚。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
根据本发明的第一方面，提供了一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定装置，如图1所示，包括处理槽1、加热炉5、有机废液管3、无机废液管7、回收桶4、样品架2和红外灯6，
所述处理槽1为桶形结构，下缘与加热炉5的上表面密封连接，下端安装有机废液管3和无机废液管7，有机废液管3和无机废液管7外接阀门，出口端与回收桶4连接，用于导出处理槽1中用后的处理液；
所述样品架2架设在处理槽1内部，其上开设多个通孔，用于固定多个砂芯坩埚8，砂芯坩埚8中盛有样品，可满足多个样品在处理槽1中的同时处理，以及同一样品的平行处理，提高测定效率，且由于处理环境相同，保证了结果的准确性和可对比性，如图2所示；
所述红外灯6用于对处理槽1中的样品进行辐照加热处理，所述加热炉5用于对处理槽1中的样品进行电加热处理。
在本发明一种优选的实施方式中，如图1至图3所示，所述处理槽1的内壁上设置有凸台，高度方向上凸台成直线排列，同一高度处凸台数至少为3个；所述样品架2外缘分布有凹槽，所述凹槽宽度略大于处理槽1内壁上凸台的宽度，样品架2旋转后，凸台位于凹槽中时，样品架2可以在处理槽1中上下移动，凸台位于凹槽外时，凸台用于支撑样品架2。
在本发明一种优选的实施方式中，所述样品架2中心加工手持件21，手持件在外力带动下使样品架2旋转和高度调整，如图2所示。
在本发明一种优选的实施方式中，所述加热炉5内部安装电阻丝，通电后对上方处理槽1中的处理液加热。
根据本发明的第二方面，提供了一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法，原理为将样品制成满足要求的形状，通过浸泡将样品中有机可溶物萃取除去，酸洗和水洗依次除去不溶物中含能固体填料如铝粉和氧化剂高氯酸铵，烘干除去水分，从而得到纯净的凝胶组分；具体包括如下步骤：
步骤1，将试样制成所需形状，将盛有试样的砂芯坩埚放入样品架中，旋转样品架至样品架可通过处理槽内壁凸台，降低样品架高度至处理槽最下部内壁凸台，旋转样品架至样品架不可通过处理槽内壁凸台，通过凸台支撑样品架；
步骤2，向处理槽中加入有机溶剂至没过试样，静置浸泡不少于24h，然后搅拌5～10min，调整样品架高度至最高层，打开有机废液管，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭有机废液管；
步骤3，继续重复步骤2至少两次；
步骤4，室温下，向砂芯坩埚中滴加无机酸溶液至上述试样，至反应不再剧烈，根据反应剧烈程度调节滴加速度，然后向处理槽中加入无机酸溶液与试样反应，将不低于250w红外灯置于砂芯坩埚正上方处加温不少于3h，至不产生气泡，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，用煮沸的蒸馏水冲洗三次，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭无机废液管；
步骤5，向处理槽中加入煮沸的蒸馏水至砂芯坩埚1/2～3/4位置，煮沸20～40min，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，滤干；
步骤6，重复步骤5至少两次；
步骤7，将将水洗后盛有试样的砂芯坩埚干燥至恒重，计算凝胶含量。
在本发明一种优选的实施方式中，步骤1中，所述将试样制成所需形状是指，切除样品边皮3±0.5mm，制成约(0.5±0.1)mm×(5±0.5)mm×(30±1.0)mm的长条。
在本发明一种优选的实施方式中，步骤2中，所述有机溶剂为四氢呋喃。
在本发明一种优选的实施方式中，步骤4中，所述无机酸溶液为盐酸(5wt％～30wt％)-甲醇溶液，盐酸与甲醇的体积比为1︰1。无机酸水溶液对凝胶渗透性弱，难于去除推进剂内部固体填料如铝粉，研究发现，无机酸的有机溶液特别是盐酸(5wt％～30wt％)-甲醇溶液，对凝胶渗透性满足要求，能够高效实施酸溶性物质(如铝粉、镁粉等金属燃料)的去除。
在本发明一种优选的实施方式中，步骤7中，通过真空干燥法在110±5℃下将砂芯坩埚干燥至恒重。
实施例
实施例1
采用图1所示的测定装置实施叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定，样品制样要求是将样品边皮3mm切除，制成约0.5mm×5mm×30mm的长条，测试步骤如下：
步骤1：砂芯坩埚恒重及样品称取：将砂芯坩埚置于110±5℃真空干燥箱中1h左右取出，放入干燥器内，冷却30min称量，重复称量至恒重(m1)；称取制备好的试样约3g(m2)于恒重后的砂芯坩埚中；
步骤2：把盛有试样的砂芯坩埚放入样品架中，旋转样品架至样品架可通过处理槽内壁凸台，降低样品架高度至处理槽最下部内壁凸台，旋转样品架至样品架不可通过处理槽内壁凸台，通过凸台支撑样品架，加入四氢呋喃至砂芯坩埚2/3位置，放置不少于24h后，搅拌5min；调整样品架高度至最高层，打开有机废液管，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭有机废液管；
步骤3：重复步骤2一次；
步骤4：加入四氢呋喃至刚没过砂芯坩埚，放置不少于24h后，轻轻搅拌5min，调整样品架高度至最高层，打开有机废液管，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭有机废液管；
步骤5：室温下，向砂芯坩埚中用滴管滴加盐酸(20wt％)-甲醇溶液(体积比为1︰1)至上述试样，至反应不再剧烈，根据反应剧烈程度调节滴加速度，然后向处理槽中加入盐酸(20wt％)-甲醇溶液(体积比为1︰1)与试样反应，将250w红外灯置于砂芯坩埚正上方约25cm～30cm处加温不少于3h，至不产生气泡，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，用煮沸的蒸馏水冲洗三次，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭无机废液管；
步骤6：向处理槽中加入煮沸的蒸馏水至砂芯坩埚2/3位置，煮沸30min，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，滤干；
步骤7：重复步骤6两次；
步骤8：将水洗后盛有试样的砂芯坩埚置于110±5℃真空干燥箱中，开启真空泵使箱内余压不大于0.003MPa，保持不少于8h。
步骤9：慢慢打开放空阀，真空干燥箱恢复常压状态，取出砂芯坩埚，放入干燥器内，冷却30min称量，重复称量至恒重(m3)。
按公式计算凝胶含量的质量分数：
Figure BDA0002793906820000071
式中：
W——凝胶含量的质量分数，以百分数表示(％)；
m1——砂芯坩埚的质量，单位为克(g)；
m2——砂芯坩埚与推进剂的总质量，单位为克(g)；
m3——砂芯坩埚与凝胶含量的总质量，单位为克(g)。
采用上述测定方法测定试样中凝胶含量，结果见表1。
表1
Figure BDA0002793906820000072
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定装置，其特征在于，包括处理槽(1)、加热炉(5)、有机废液管(3)、无机废液管(7)、回收桶(4)、样品架(2)和红外灯(6)；
所述处理槽(1)为桶形结构，下缘与加热炉(5)的上表面密封连接，下端安装有机废液管(3)和无机废液管(7)，有机废液管(3)和无机废液管(7)外接阀门，出口端与回收桶(4)连接，用于导出处理槽(1)中用后的处理液；
所述样品架(2)架设在处理槽(1)内部，其上开设多个通孔，用于固定多个砂芯坩埚(8)，砂芯坩埚(8)中盛有样品，多个样品在处理槽(1)中能够同时处理；
所述红外灯(6)用于对处理槽(1)中的样品进行辐照加热处理，所述加热炉(5)用于对处理槽(1)中的样品进行电加热处理。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述处理槽(1)的内壁上设置有凸台，高度方向上凸台成直线排列，同一高度处凸台数至少为3个；所述样品架(2)外缘分布有凹槽，所述凹槽宽度略大于处理槽(1)内壁上凸台的宽度，样品架(2)旋转后，凸台位于凹槽中时，样品架(2)可以在处理槽(1)中上下移动，凸台位于凹槽外时，凸台用于支撑样品架(2)。
3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述样品架(2)中心加工手持件(21)，手持件(21)在外力带动下使样品架(2)旋转和高度调整。
4.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，所述加热炉(5)内部安装电阻丝，通电后对上方处理槽(1)中的处理液加热。
5.一种叠氮聚醚推进剂中凝胶含量的测定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将试样制成所需形状，将盛有试样的砂芯坩埚放入样品架中，旋转样品架至样品架可通过处理槽内壁凸台，降低样品架高度至处理槽最下部内壁凸台，旋转样品架至样品架不可通过处理槽内壁凸台，通过凸台支撑样品架；
步骤2，向处理槽中加入有机溶剂至没过试样，静置浸泡不少于24h，然后搅拌5～10min，调整样品架高度至最高层，打开有机废液管，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭有机废液管；
步骤3，继续重复步骤2至少两次；
步骤4，室温下，向砂芯坩埚中滴加无机酸溶液至上述试样，至反应不再剧烈，根据反应剧烈程度调节滴加速度，然后向处理槽中加入无机酸溶液与试样反应，将不低于250w红外灯置于砂芯坩埚正上方处加温不少于3h，至不产生气泡，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，用煮沸的蒸馏水冲洗三次，滤干后再次调整样品架高度至底层，关闭无机废液管；
步骤5，向处理槽中加入煮沸的蒸馏水至砂芯坩埚1/2～3/4位置，煮沸20～40min，调整样品架高度至最高层，打开无机废液管，滤干；
步骤6，重复步骤5至少两次；
步骤7，将将水洗后盛有试样的砂芯坩埚干燥至恒重，计算凝胶含量。
6.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，步骤1中，所述将试样制成所需形状是指，切除样品边皮3±0.5mm，制成约(0.5±0.1)mm×(5±0.5)mm×(30±1.0)mm的长条。
7.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，步骤2中，所述有机溶剂为四氢呋喃。
8.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，步骤4中，所述无机酸溶液为盐酸(5wt％～30wt％)-甲醇溶液，盐酸与甲醇的体积比为1︰1。
9.根据权利要求1所述的测定装置，其特征在于，步骤7中，通过真空干燥法在110±5℃下将砂芯坩埚干燥至恒重。
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