固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法
【专利摘要】本发明是一种用于火箭发动机衬层与推进剂界面可靠性评价技术的固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法。检测步骤包括:样品制备，条件选取，检测实施，数据处理和评价分析；检测对象是衬层或推进剂粘合剂受检样品、异氰酸酯基团、亚甲基基团，检测条件是粘合剂体系与固化剂的固化反应；检测过程包括：测量峰、参比峰、吸光度、吸光度比值、启始时段吸光度比值、t时段吸光度比值。它利用涂片透射红外光谱分析法，对衬层/推进剂界面粘接化学反应动力学进行检测，通过数据处理和评价分析，以固化反应的速率常数来定性定量判定推进剂组分对界面主反应动力学影响程度。本发明还具有方法简单、操作方便、费用节省和数据准确的优点。
【专利说明】固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种固体火箭发动机衬层与推进剂界面可靠性评价技术，特别是一种 固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法。
【背景技术】
[0002] 在壳体粘接式装药各粘接界面中，衬层/推进剂界面是最薄弱的粘接界面，也是 固体火箭发动机最容易产生界面脱粘失效的粘接界面。在粘接界面区域，衬层和推进剂中 粘合剂相的羟基与固化剂的异氰酸酯基发生的交叉反应是界面粘接的主化学反应，如丁羟 衬层中端羟基聚丁二烯（HTPB)与甲苯二异氰酸酯（TDI)的反应。而衬层或绝热层中其他 含羟基、氨基基团组分与固化剂发生的反应是界面粘接的其他化学反应，其反应动力学都 影响着界面粘接性能，而衬层/推进剂粘接界面直接决定界面主粘接化学反应的好坏。
[0003] 现有技术中，关于衬层/推进剂界面、衬层或绝热层的相关组分对粘合剂与固化 剂体系的化学反应动力学问题，尚没有成熟的应用技术和公开的文献报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法， 它能够有效地判定衬层/推进剂中组分对粘接界面主化学反应的动力学影响，可靠地用定 性定量指标评价衬层/推进剂界面粘接化学反应动力学状态。
[0005] 本发明的技术方案是： 设计一种固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法，包括下列五个步骤：样 品制备，条件选取，检测实施，数据处理，评价分析；在条件选取阶段，检测方法采用涂片透 射或全反射红外光谱分析法，检测对象是衬层或推进剂粘合剂受检样品的异氰酸酯基团和 亚甲基基团，检测条件是粘合剂体系与固化剂的固化反应；在检测实施阶段，完成以下检 测，包括：测量峰、参比峰、吸光度、吸光度比值、启始时段吸光度比值、t时段吸光度比值； 在数据处理阶段，分析固化度，绘制曲线，拟合曲线，获取直线斜率；在评价分析阶段，根据 直线斜率、速率常数和反应动力学参数之间的相互关系，实现推进剂衬层或绝热层界面固 化反应程度的定性定量评价。
[0006] 在条件选取阶段，检测对象是衬层或推进剂粘合剂受检样品，以及衬层或推进剂 粘合剂受检样品在2265CHT1波数处异氰酸酯基团为测量峰和在1436CHT1波数处亚甲基基团 为参比峰；检测条件是粘合剂体系与固化剂的固化反应，以及在不同固化反应时间段红外 特征吸收峰的吸光度和吸光度比值Α^/Α^。
[0007] 在数据处理阶段，根据吸光度比值数据分析固化反应固化度，绘制固化反应固化 度与时间关系曲线，根据二级反应动力学方程拟合曲线，获得的直线斜率为固化反应速率 常数。
[0008] 本发明的有益技术效果是：本发明由于采用了涂片透射或全反射红外光谱分析 法，因而样品制备简单、分析速度较快。同时由于以受检样品在2265CHT1波数处异氰酸酯基 团为测量峰和在1436CHT1波数处亚甲基基团为参比峰，因而避开的单次检测误差、消除了 特异样品缺陷。另外由于根据二级反应动力学方程拟合曲线获得直线斜率为固化反应速率 常数，因而可能定性定量地评价推进剂衬层或推进剂的固化反应程度。本发明还具有方法 简单、操作方便、费用节省和数据准确的优点。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合实施例分二组对本发明进一步说明。
[0010] 第一组，丁羟衬层与硝酸酯增塑的聚醚（NEPE)推进剂界面固化反应动力学参数检 测。
[0011] 步骤一，样品制备：丁羟衬层固化反应样品制备：按固化参数R=l.〇，R为异氰酸酯 基与羟基的物质的量比值，称取50g的端羟基聚丁二烯粘合剂（HTPB)和甲苯二异氰酸酯固 化剂（TDI)，快速搅拌均匀后，均分成5份，每份重10g，分别加入0. 5%重量的固化催化剂 和1?5%重量的衬层或绝热层中其他配方组分，继续混匀后置于一定温度的恒温烘箱中 进行固化反应。
[0012] 步骤二，条件选取：采用红外光谱仪，检测方法为全反射红外光谱分析法，检测 对象是丁羟衬层受检样品，以及受检样品在2265CHT 1波数处异氰酸酯基为测量峰和在 1436CHT1波数处亚甲基基团为参比峰，检测条件是丁羟粘合剂与固化剂的固化反应，以及在 不同固化反应时间段测量峰的吸光度与参比峰吸光度比值A Na/ACH2。
[0013] 步骤三，检测实施：完成以下检测，包括：测量峰、参比峰、吸光度、吸光度比值、初 始吸光度比值、t时吸光度比值。在固化反应的不同时刻，取已经制备好的样品涂在仪器的 全反射部位上进行测试，分别得到初始反应和反应t时刻的测量峰、参比峰的吸光度值，得 到它们的初始比值为Q，t时刻比值为C t，以azl-Ct/Q计算固化度数值。
[0014] 步骤四，数据处理：分析固化度，绘制曲线，拟合曲线，获取直线斜率。
[0015] 根据吸光度比值数据分析固化反应固化度。绘制固化反应固化度与时间关系曲 线：以固化反应时间t为横坐标，固化度a为纵坐标，绘制a随时间t的关系曲线，包括加入 衬层或绝热层组分后得到的关系曲线。拟合曲线：根据二级反 应动力学方程
【权利要求】
1. 一种固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法，包括下列五个步骤：样品 制备，条件选取，检测实施，数据处理，评价分析，其特征在于：在条件选取阶段，检测方法 采用涂片透射或全反射红外光谱分析法，检测对象是衬层或推进剂粘合剂受检样品的异氰 酸酯基团和亚甲基基团，检测条件是粘合剂体系与固化剂的固化反应；在检测实施阶段，完 成以下检测，包括：测量峰、参比峰、吸光度、吸光度比值、启始时段吸光度比值、t时段吸光 度比值；在数据处理阶段，分析固化度，绘制曲线，拟合曲线，获取直线斜率；在评价分析阶 段，根据直线斜率、速率常数和反应动力学参数之间的相互关系，实现推进剂衬层或绝热层 界面固化反应程度的定性定量评价。
2. 根据权利要求1所述的固体推进剂的衬层与界面反应动力学参数测定方法，其特征 是：在条件选取阶段，检测对象是衬层或推进剂粘合剂受检样品，以及衬层或绝热层受检样 品在2265CHT 1波数处异氰酸酯基团为测量峰和在1436CHT1波数处亚甲基基团为参比峰；检 测条件是粘合剂体系与固化剂的固化反应，以及在不同固化反应时间段红外特征吸收峰的 吸光度和吸光度比值A Na/ACH2。
3. 根据权利要求1所述的固体推进剂与衬层界面反应动力学参数测定方法，其特征 是：在数据处理阶段，根据吸光度比值数据分析固化反应固化度，绘制固化反应固化度与时 间关系曲线，根据二级反应动力学方程拟合曲线，获得的直线斜率为固化反应速率常数。
【文档编号】G01N21/3563GK104280359SQ201310319787
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】庞爱民, 徐胜良, 胡伟, 马新刚, 黄志萍, 章园园, 蔡如琳, 赵志刚, 吴倩 申请人:湖北航天化学技术研究所