本发明属于复合固体推进剂贮存性能研究领域，具体涉及一种基于宏观力学模型的复合固体推进剂填料/基体界面作用老化性能评价方法。
背景技术：
复合固体推进剂是固体火箭发动机的动力源。作为一种高分子复合材料，复合固体推进剂在长期贮存过程中必须具备良好的力学性能，才能够保证固体发动机的结构完整性。一般而言，贮存过程中影响复合固体推进剂力学性能的主要因素有两个方面：一是高分子粘合剂基体网络结构的交联或降解；二是高分子粘合剂基体与固体填料的界面作用变化。因此，研究推进剂贮存过程中填料/基体界面作用对于揭示复合固体推进的老化机理、开发防老化技术等具有重要的意义。
现阶段，环境扫描电镜(sem)技术是研究贮存过程中复合固体推进剂填料/基体界面变化的主要手段。以扫描电镜直接观察复合固体推进剂拉伸破坏后试件断面，通过图形处理技术，计算获得不同老化时间断面上填料所占面积与断面面积之比，可以实现量化评价老化过程中复合固体推进剂中填料/基体界面作用变化规律。但是扫描电镜技术可观察区域小，以扫描电镜技术研究复合固体推进剂填料/基体界面，有很强的随机性和主观选择性，且该方法需要较昂贵的环境扫面电子显微镜和专业的图像处理技术。
技术实现要素：
本发明的目的是，提供一种基于宏观力学模型的复合固体推进剂填料/基体界面作用老化性能评价方法，用于评价老化过程中复合固体推进剂填料/基体界面变化，能够通过力学拉伸曲线实现量化评价老化过程中填料基体界面的变化规律。
本发明的技术方案如下：一种基于宏观力学模型的复合固体推进剂填料/基体界面作用老化性能评价方法，包括如下步骤：1)获得固体推进剂试样在不同老化时间的应力-应变单轴拉伸曲线，记为σ(t)-λ(t)曲线；2)通过步骤1)获得的应力-应变单轴拉伸曲线获得某一定应变λi下对应的应力值σi(t)；3)获得不同老化时间的固体推进剂试样的交联密度ve(t)；4)根据公式(1)计算得到不同老化时间t对应的某一定应变λ下的kλ(t)；
其中：kλ(t)—老化t时刻某一定应变λ对应的评价填料/基体界面性能的特征参量；
kλ(0)—老化时间为0的某一定应变λ对应的评价填料/基体界面性能的特征参量，通过庞氏kv值法求取；
σ(t)—老化t时刻某一定应变λ对应的拉伸强度；
σ(0)—老化时间为0某一定应变λ对应的拉伸强度；
ve(t)——老化t时刻试样的交联密度；
ve(0)——未老化试样的交联密度；
5)获得kλ(t)随老化时间t的变化规律。
进一步的，上述公式(1)中试样的交联密度ve(t)和ve(0)可以分别用固体推进剂试样的凝胶百分数gel(t)和gel(0)取代进行计算。
本发明的评价方法应用于固体填充高分子复合材料体系。
本发明评价方法中的公式(1)的推导过程如下：
填充弹性体的应力-应变方程为
σ＝ve(1+kdfsfhf)rt(λ-λ-2)(2)
其中：σ——填充弹性体一定伸长率下的拉伸应力；
ve——交联网络的有效交联密度；
λ——弹性体的伸长率；
k——填料对弹性体拉伸应力的补强系数，是填料基体/界面作用强弱的反映；
df——填料密度；
sf——填料比表面积；
hf——填料体积分数；
r——气体常数；
t——温度。
一般而言，对于制备完成的复合固体推进剂，填料密度df、填料比表面积sf、填料体积分数hf随老化时间不会发生明显的变化；而交联密度ve、补强系数k随老化时间会产生一定的变化。因此，老化一定时间t后的复合固体推进剂应力-应变方程如下式(3)所示：
σ(t)＝ve(t)[1+k(t)dfsfhf]rt(λ-λ-2))(3)
令k(t)＝k(t)dfsfhf
则式(3)可写成：
σ(t)＝ve(t)[1+k(t)]rt(λ-λ-2)(4)
对于未老化试样，应力-应变方程为：
σ(0)＝ve(0)[1+k(0)]rt(λ-λ-2)(5)
其中，对于某一定应变下，k(0)是可通过庞氏k值法求得的常量。
联立式(4)和式(5)，则可得：
本发明是基于复合材料宏观力学模型的复合固体推进剂填料/基体界面老化性能评价方法，是不同于现有技术的新方法。
具体实施方式
下面结合具体实例对本发明进行进一步的详细说明，但本发明并不局限于此，应包括权利要求的全部范围，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
以简化复合固体推进剂试样为研究对象，该试样的基本组成如表1所示。
表1复合固体推进剂试样的基本组成
将试样密封于铝箔袋内，放置于70℃油浴烘箱中进行高温加速老化，取样间隔为10天。
通过单轴拉伸试验，获得不同老化时间试样的拉伸应力σ-应变λ曲线，从应力σ-应变λ曲线上获得不同老化时间λ＝50％时对应的拉伸应力σ50％(t)；通过溶胀-萃取法测定不同老化时间试样的凝胶分数gel(t)；通过庞氏k值法求得λ＝50％时对应k(0)＝1.9149。根据公式(1)计算不同老化时间λ＝50％时对应的k50％(t)值，结果见表2。同一体系下k50％(t)值越大，填料与基体的界面作用越强。
通过环境扫描电镜(sem)获得该试样的拉伸断面照片，通过图像处理技术获得不同老化时间断面上填料所占的面积比s，结果见表2。填料所占面积比s值越小，说明填料与基体的界面作用越强。
表2不同老化时间λ＝50％时对应的试样相关性能参数
试验结果显示，k50％(t)值随老化时间前期下降快，后趋于不变；填料所占面积比s值随老化时间前期迅速增大，后趋于不变。试验结果表明该试样中填料/基体界面作用在老化过程中明显下降，且在老化初期下降速率快。以k50％(t)值评价界面作用的结果与以填料所占面积比s评价的结果一致。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本技术领域专业技术人员的公知技术。