一种三元乙丙绝热材料表面处理方法
【专利说明】一种三元乙丙绝热材料表面处理方法
[0001]
技术领域
[0002]本发明涉及固体火箭发动机内绝热材料预处理技术领域，具体地说是涉及一种三元乙丙绝热材料表面处理方法。
[0003]
【背景技术】
[0004]固体火箭发动机装药的推进剂/衬层/绝热层三种材料间的界面粘接质量直接影响发动机结构的完整性和工作的可靠性，界面脱粘易造成壳体过热、失强而导致发动机失效甚至解体。据报道，国外试验失败的固体火箭发动机中有三分之一是由于界面脱粘所引起，其中推进剂/衬层界面脱粘又是最主要的失效模式。
[0005]固体火箭发动机装药界面粘接相比传统的粘接模式更为复杂，在其粘接过程中，固体推进剂和衬层均由多组分料浆固化反应而形成。此外，为满足各自性能的要求，推进剂、衬层和绝热层的高分子网络骨架中含有多种功能助剂以及制备过程中带入的水分等小分子，在基体网络之间以结合或游离的方式共存，发动机装药后，各组件材料中游离的小分子物质将在化学势的驱动下发生迁移，特别是在推进剂和衬层固化反应过程中伴随的活性组分迁移，可导致固化体系偏离设计，甚至无法正常固化，结果表现为界面粘接失效。
[0006]研究表明，丁羟推进剂/三元乙丙绝热层粘接体系中近界面推进剂弱强度层的形成机制是:固化剂异氰酸酯分子因从推进剂向衬层迁移，以及绝热层中水分等含活泼氢小分子“穿越”衬层向推进剂迁移并与近界面推进剂中的异氰酸根发生副反应，均使近界面推进剂中的固化剂异氰酸酯被额外损耗，进而导致其固化参数低于推进剂本体的设计值，未能达到较高的固化交联程度，强度降低，成为弱强度层。发动机装药在固化成型过程中，当界面区域，特别是近界面推进剂因固化交联建立的强度不能抵御其固化收缩产生的应力时，则易出现微裂纹甚至脱粘。
[0007]
【发明内容】
[0008]为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种工艺简单、能显著提高固体火箭发动机装药界面粘接强度、保证装药结构完整的三元乙丙绝热材料表面处理方法。
[0009]为实现上述技术方案，本发明所提供的三元乙丙绝热材料表面处理方法，其步骤包括:
步骤一、将硫化成型的三元乙丙绝热材料经过打磨、清洗和烘干后，降温至5~50°C ；步骤二、将表面处理剂均匀涂刷或喷涂于三元乙丙绝热材料表面，使用溶剂时在6(T10(TC下烘干除去溶剂，形成异氰酸根富集层，从而改善固体推进剂/衬层/绝热层界面粘接性能。
[0010]进一步，上述表面处理剂的成份按重量配比由以下组份组成:异氰酸酯，100份；固化催化剂，(T0.2份；增塑剂，(TlO份；溶剂，(Γ2000份。
[0011]进一步，表面处理剂的用量按三元乙丙绝热材料单位投影面积上异氰酸根-NCO摩尔数控制，其范围为0.1moI/m2?0.6mol/m2。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点包括:
1.表面处理工艺简单，易实施；
2.能够消除近界面推进剂弱强度层，提高固体火箭发动机装药界面的粘接强度。
【附图说明】
[0013]图1为本发明所提供的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合【附图说明】本发明的使用进行说明。参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。
[0015]实施例1
预先将二月桂酸二丁基锡与癸二酸二辛酯按重量比5:95配制成溶液。在室温下，分别将10g改性六次甲基多异氰酸酯、Ig 二月桂酸二丁基锡-癸二酸二辛酯溶液、100g醋酸乙酯加入混合容器中，搅拌均匀，即制成表面处理剂。
[0016]将硫化成型的三元乙丙绝热材料试件经过打磨、清洗和烘干后，降温至25V，然后将上述表面处理剂按异氰酸根-NCO在三元乙丙绝热材料单位投影面积上的摩尔数为
0.3mol/m2的用量均匀涂刷于三元乙丙绝热材料表面，然后置于80°C下烘干I小时除去溶剂，制作丁羟推进剂/三元乙丙绝热层装药界面粘接试件，测得推进剂本体抗拉强度为979kPa，联合扯离强度为941kPa，较未处理试件的联合扯离强度提高了 478kPa。
[0017]实施例2
在室温下，分别将10g改性六次甲基多异氰酸酯、500g醋酸乙酯加入混合容器中，搅拌均匀，即制成表面处理剂。
[0018]将硫化成型的三元乙丙绝热材料试件经过打磨、清洗和烘干后，降温至25V，然后将上述表面处理剂按异氰酸根-NCO在三元乙丙绝热材料单位投影面积上的摩尔数为
0.5mol/m2的用量均匀涂刷于三元乙丙绝热材料表面，然后置于80°C下烘干I小时除去溶剂，制作丁羟推进剂/三元乙丙绝热层装药界面粘接试件，测得推进剂本体抗拉强度为977kPa，联合扯离强度为978kPa，较未处理试件的联合扯离强度提高了 471kPa。
[0019]实施例3
预先将乙酰丙酮铁与邻苯二甲酸二丁酯按重量比2:98配制成溶液。在室温下，分别将10g异佛尔酮二异氰酸酯、2g乙酰丙酮铁-邻苯二甲酸二丁酯溶液加入混合容器中，搅拌均匀，即制成表面处理剂。
[0020]将硫化成型的三元乙丙绝热材料试件经过打磨、清洗和烘干后，降温至25V，然后将上述表面处理剂按异氰酸根-NCO在三元乙丙绝热材料单位投影面积上的摩尔数为
0.4mol/m2的用量均匀涂刷于三元乙丙绝热材料表面，制作丁羟推进剂/三元乙丙绝热层装药界面粘接试件，测得推进剂本体抗拉强度为979 kPa，联合扯离强度为951kPa，较未处理试件的联合扯离强度提高了 488kPa。
[0021]实施例4
以异佛尔酮二异氰酸酯直接作为表面处理剂。
[0022]将硫化成型的三元乙丙绝热材料试件经过打磨、清洗和烘干后，降温至25V，然后将上述表面处理剂按异氰酸根-NCO在三元乙丙绝热材料单位投影面积上的摩尔数为
0.4mol/m2的用量均匀涂刷于三元乙丙绝热材料表面，制作丁羟推进剂/三元乙丙绝热层装药界面粘接试件，测得推进剂本体抗拉强度为945kPa，联合扯离强度为976kPa，较未处理试件的联合扯离强度提高了 499kPa。
[0023]实施例5
预先将乙酰丙酮铁与邻苯二甲酸二丁酯按重量比2:98配制成溶液。在室温下，分别将10g甲苯二异氰酸酯、2g乙酰丙酮铁-邻苯二甲酸二丁酯溶液加入混合容器中，搅拌均匀，即制成表面处理剂。
[0024]将硫化成型的三元乙丙绝热材料试件经过打磨、清洗和烘干后，降温至25V，然后将上述表面处理剂按异氰酸根-NCO在三元乙丙绝热材料单位投影面积上的摩尔数为
0.45mol/m2的用量均匀涂刷于三元乙丙绝热材料表面，制作丁羟推进剂/三元乙丙绝热层装药界面粘接试件，测得推进剂本体抗拉强度为979kPa，联合扯离强度为935kPa，较未处理试件的联合扯离强度提高了 472kPa。
[0025]虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【主权项】
1.一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，包括: 步骤一、将硫化成型的三元乙丙绝热材料经过打磨、清洗和烘干后，降温至5~50°c ； 步骤二、将表面处理剂均匀涂刷或喷涂于三元乙丙绝热材料表面，使用溶剂时在6(T10(TC下烘干除去溶剂，形成异氰酸根富集层，从而改善固体推进剂/衬层/绝热层界面粘接性能。2.依据权利要求1所述的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述表面处理剂的成份按重量配比由以下组份组成:异氰酸酯，100份；固化催化剂，(T0.2份；增塑剂，0~10份；溶剂，(Γ2000份。3.依据权利要求2所述的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述异氰酸酯为改性六次甲基多异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、4，4' - 二苯基甲烷二异氰酸酯、4，4' - 二环己基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯中的一种。4.依据权利要求2所述的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述固化催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、异辛酸锌、乙酰丙酮铁、三苯基铋系列中的一种。5.依据权利要求2所述的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述增塑剂为癸二酸二丁酯，邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯中的一种。6.依据权利要求2所述的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述溶剂是醋酸乙酯、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、环己烷中的任意一种。7.依据权利要求1或2所述的一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述表面处理剂的用量按三元乙丙绝热材料单位投影面积上异氰酸根-NCO摩尔数控制，其范围为 0.lmol/m2 ?0.6mol/m2。8.依据权利要求2?7所述的任意一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其特征在于，所述表面处理剂的制备步骤如下: 步骤一、将固化催化剂与增塑剂按重量比配制成溶液； 步骤二、在室温下，依次按重量配比将异氰酸酯、固化催化剂与增塑剂的溶液、溶剂加入混合容器中，搅拌均匀，即制成表面处理剂。
【专利摘要】本发明提供一种三元乙丙绝热材料表面处理方法，其步骤包括：首先将硫化成型的三元乙丙绝热材料经过打磨、清洗和烘干后，降温至5~50℃；其次将表面处理剂均匀涂刷或喷涂于三元乙丙绝热材料表面，使用溶剂时在60~100℃下烘干除去溶剂，形成异氰酸根富集层。上述表面处理剂的成份按重量配比由以下组份组成：异氰酸酯，100份；固化催化剂，0~0.2份；增塑剂，0~10份；溶剂，0~2000份。表面处理剂的用量按三元乙丙绝热材料单位投影面积上异氰酸根-NCO摩尔数控制，其范围为0.1mol/m2~0.6mol/m2。本发明的有益效果在于可消除近界面推进剂弱强度层，提高界面粘接强度。
【IPC分类】C08J7/06, C08L23/16
【公开号】CN105585727
【申请号】CN201410564809
【发明人】詹国柱, 楼阳, 黄洪勇, 吴祝骏, 左海丽, 邱磊
【申请人】上海新力动力设备研究所
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年10月22日