绝热材料胶含量测定方法与流程

[0001]
本发明涉及固体火箭发动机测试技术领域，具体为一种t-1绝热材料胶含量测定方法。


背景技术：

[0002]
绝热层是固体火箭发动机内防热结构的重要部分，起着防止发动机燃烧室壳体内温度达到危及自身结构完整性及抵抗高温、高燃气流及颗粒物冲蚀的作用。
[0003]
碳纤维增强的绝热材料(t-1绝热材料)是采用碳纤编织物浸渍酚醛树脂和丁腈橡胶的胶液所制得，具有良好的隔热、耐烧蚀、抗冲刷等性能。t-1绝热材料中酚醛树脂和丁腈橡胶的胶液含量要足够，才能保证在工艺压力作用下能够充分填充碳纤维骨架，保证足够的层间粘接强度。当胶液含量不足时，酚醛树脂和丁腈橡胶组成的胶液不足以完全填充碳纤维骨架，从而影响t-1绝热材料之间粘接面积，使绝热材料的粘结性能达不到标准要求，不能有效的粘贴于燃烧室内壁上，导致燃烧室壳体与燃气接触部分被烧坏。
[0004]
t-1绝热材料在实际生产过程中由于受到生产设备、控制仪器、工艺过程和其他因素的影响，多层浸胶时上层浸胶量与下层浸胶量差异较大，使其实际含胶量和设定量之间存在很大的差别,胶料在绝热材料中的分布均匀度也存在一定的波动，这些因素将直接影响到生产的产品质量。目前工业生产中对t-1绝热材料中胶含量的测定方法有tg灼烧失重分析法，但是这种方法，测试过程繁琐，成本高，且测试取样量小，导致样品中胶的真实含量与检测含量相差太多，测试结果不准确，离散性大。
[0005]
因此,建立简单可靠准确的确定绝热材料中胶含量分布的方法对t-1绝热材料的生产和研究都将具有十分重要的意义。


技术实现要素：

[0006]
本发明提供一种绝热材料胶含量测定方法，该测试方法简单高效，测试过程及结果易于判断和控制，且能得到准确性、一致性较好的结果。
[0007]
本发明的技术方案是，一种绝热材料胶含量测定方法，包括以下步骤：
[0008]
s1、准确称取待测绝热材料试样m，置于恒重的容器中，称量试样与容器质量为m1，向容器中加入混合溶剂，使试样在混合溶剂中充分分散，静置沉淀后，倒出容器中的液体，留不溶物于容器内；
[0009]
s2、将装有不溶物的容器烘干，使容器内的溶液挥发尽干，称量容器与不溶物的质量m2；
[0010]
s3、以试样减少的质量计算绝热材料胶含量，具体公式为：
[0011][0012]
式中：
[0013]
ω：绝热材料胶含量，％；
[0014]
m：试样质量，g；
[0015]
m1：溶解清洗前试样与容器的总质量，g；
[0016]
m2：溶解清洗后不溶物与容器的总质量，g。
[0017]
进一步地，所述的绝热材料是碳纤编织物浸渍酚醛树脂及丁腈橡胶的胶液所制得。
[0018]
进一步地，s1中所述的混合溶剂采用丙酮和乙酸乙酯按质量比1:2-4混合而成。
[0019]
进一步地，s1中的混合溶剂为丙酮和乙酸乙酯按质量比1:3混合而成。
[0020]
进一步地，s1中溶解时，对容器进行水浴加热，加热温度控制在30℃-40℃。
[0021]
进一步地，水浴加热时，先搅拌1min-2min，然后静置1min-2min后倒出液体。
[0022]
进一步地，s1中得到的不溶物中再次向容器内加入溶剂进行溶解静置和分离；共加入溶剂1-6次。
[0023]
更优选地，试验采用溶剂进行溶解4次。
[0024]
进一步地，s2中烘干温度为130～150℃。
[0025]
进一步地，s2中烘干时间为0.5-1h。
[0026]
本发明具有以下有益效果：
[0027]
1、本发明采用混合溶剂进行溶解，能够快速有效地将酚醛树脂和丁腈橡胶胶液从绝碳纤维材料中解析出来，且检测结果准确性高，为固体火箭发动机绝热层的质量控制提供技术支持。
[0028]
2、本发明在溶剂溶解过程中，给予一定温度水浴的加热环境，一方面有助于样品的快速充分溶解，缩短测试时间，提高测试结果准确度。另一方面水浴加热方式使变化过程易于观察，避免直接加热造成的剧烈反应与温度的不可控制。
[0029]
3、胶含量测试过程中，胶的完全溶解和溶剂的完全挥发是影响测试准确的重要因素，溶解次数不够时，t-1绝热材料中的胶不能完全溶解在试剂中，使测试结果偏小，如果溶剂未完全挥发，使得测试结果偏大。通过多次溶剂溶解和溶剂挥发条件的控制，确保样品中胶快速充分溶解以及溶剂安全的完全挥发，保证测试结果准确性。
具体实施方式
[0030]
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
[0031]
实施例1：
[0032]
称取t-1绝热材料试样2g，精确至0.0001g，其为2.0968g，置于已恒重的150ml烧杯中，称量试样与烧杯总质量，其为86.2641g，加入丙酮与乙酸乙酯按重量比1:3配制的混合溶剂40ml于装有试样的烧杯内，35℃水浴加热，先搅拌1min使试样在烧杯中充分分散，静置1min略微沉淀后倒出浑浊液体，留黑色絮状物(碳纤编织物)于烧杯内，反复加混合溶剂溶解4次，至搅拌溶解后混合溶剂溶液清澈透亮，最后倒出液体，将烧杯及其内的不溶物放入130℃烘箱内烘干0.5h，烧杯内溶液尽干，移入干燥器内冷却至室温，称量质量，其为85.3520g。以试样减少的质量计算胶含量，用公式(1)表示：
[0033]
[0034][0035]
式中：
[0036]
ω：t-1绝热材料胶含量，％；
[0037]
m：试样质量，g；
[0038]
m1：溶解清洗前试样与烧杯的总质量，g；
[0039]
m2：溶解清洗后不溶物与烧杯的总质量，g。
[0040]
具体地，测得t-1绝热材料的胶含量为43.50％。
[0041]
实施例2：
[0042]
称取t-1绝热材料试样2g，精确至0.0001g，其为2.2282g，置于已恒重的150ml烧杯中，称量试样与烧杯总质量，其为85.0760g，加入丙酮与乙酸乙酯按重量比1:2配制的混合溶剂40ml于装有试样的烧杯内，40℃水浴加热，先搅拌2min使试样在烧杯中充分分散，静置2min略微沉淀后倒出浑浊液体，留黑色絮状物(碳纤编织物)于烧杯内，反复加混合溶剂溶解5次，至搅拌溶解后混合溶剂清澈透亮，最后倒出液体，将烧杯及其内的不溶物放入150℃烘箱内烘干0.5h，至烧杯内溶液尽干，移入干燥器内冷却至室温，称量质量，其为84.1212g。以试样减少的质量计算胶含量，
[0043][0044]
具体地，测得t-1绝热材料的胶含量为42.85％。
[0045]
实施例3：
[0046]
称取t-1绝热材料试样2.0132g，置于已恒重的150ml烧杯中，称量试样与烧杯总质量，其为84.7808g，加入丙酮与乙酸乙酯按重量比1:2配制的混合溶剂40ml于装有试样的烧杯内，40℃水浴加热，先搅拌2min使试样在烧杯中充分分散，静置1min略微沉淀后倒出浑浊液体，留黑色絮状物(碳纤编织物)于烧杯内，反复加混合溶剂溶解4次，至搅拌溶解后混合溶剂溶液清澈透亮，最后倒出液体，将烧杯及其内的不溶物放入130℃烘箱内烘干1h，至烧杯内溶液尽干，移入干燥器内冷却至室温，称量质量，其为83.9143g。以试样减少的质量计算胶含量，
[0047][0048]
具体地，测得t-1绝热材料的胶含量为43.04％。
[0049]
实施例4：
[0050]
分别选取丙酮，乙酸乙酯，丙酮与乙酸乙酯按重量比1:2、1:3、1:4配制的混合溶剂，三氯甲烷共6种不同的有机试剂作为溶剂测试某批次t-1绝热材料胶含量。在溶解过程中发现，试样在丙酮与乙酸乙酯混合溶剂中分散迅速，且溶剂变得很混浊，多次搅拌溶解后烧杯内混合溶剂逐渐清澈透亮。而采用单独丙酮、乙酸乙酯及三氯甲烷作为溶剂时，试样分散缓慢，溶剂稍变浑浊。具体测试结果见表1。
[0051]
表1
[0052][0053]
可见不同溶剂对测试结果影响很大，选用分析纯丙酮和乙酸乙酯按质量比1:3混合后为溶剂，测得t-1绝热材料胶含量的标准偏差为0.02，因此优选分析纯丙酮和乙酸乙酯按质量比1:3的溶液为t-1绝热材料的溶剂。
[0054]
实施例5：在溶剂溶解过程中，给予一定的加热环境有助于样品快速充分溶解，缩短测试时间，提高测试结果准确度。考虑到溶剂为有机试剂，易燃易挥发，水浴加热温度能控制在比较合适的范围内，且水浴加热避免直接加热造成过度剧烈与温度的不可控制，且变化过程易于观察。本实验选择30-40℃水浴环境中进行溶剂溶解测试。
[0055]
溶解次数不够时，t-1绝热材料中的胶不能完全溶解在试剂中，使测试结果偏小。每次溶解将样品烧杯放在30-40℃的水浴中搅拌1min-2min，使试样在烧杯中充分分散，静置1min-2min，略微沉淀后倒出浑浊液体，留黑色絮状物于烧杯内。重复溶解步骤1-6次，测t-1绝热材料中的胶含量，测试结果见表2。
[0056]
表2
[0057][0058]
由上表可知，当溶解次数小于4次时，实验结果明显偏小，溶解过程中也可观察到最后一次溶解后溶剂呈浑浊状态。当溶解次数等于大于4次时，测试结果趋于稳定，溶解过程中观察到最后一次溶解后溶剂清澈透亮，说明样品中胶完全溶解，故优选溶解次数为4次。
[0059]
实施例6：
[0060]
准确度验证
[0061]
测试条件的选择和优化后，采用胶含量为42％～49％的t-1绝热材料标准试样，即在制作时，已知纤维含量及胶含量，以丙酮：乙酸乙酯质量比1：3为溶剂，在水浴中反复溶解
4次，静置沉淀后倒出浑浊液体，留黑色絮状物于烧杯内，后放入130℃烘箱内烘干0.5h，称取质量。以试样减少的质量计算胶含量，测试结果见表3。
[0062]
表3 溶剂溶解法测定t-1绝热材料胶含量
[0063][0064][0065]
由于标准试样中胶含量在缓慢挥发，因此测试结果均小于理论值。测试值与理论值相对误差小于2％，即本发明提供的方法测试准确度符合要求。
[0066]
实施例7：
[0067]
精密度验证
[0068]
称取某批次t-1绝热材料试样2g，以丙酮：乙酸乙酯质量比1：3为溶剂，在水浴中反复溶解4次，静置沉淀后倒出浑浊液体，留黑色絮状物于烧杯内，后放入130℃烘箱内烘干1h，称取质量。以试样减少的质量计算胶含量，平行测试5次，测试结果见表4。
[0069]
表4 溶剂溶解法测定t-1绝热材料胶含量
[0070][0071]
由上表可知，平行测试5次，胶含量的相对标准偏差为0.51％，小于2％，实验结果证明溶剂溶解法测试精密度符合要求。