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摘要
端羟基聚丁二烯(HTPB)固体推进剂是目前使用最广泛的含能复合固体动力
源,具有一次加工、长期使用的特点,达到失效状态便会被销毁,因此准确预估
HTPB推进剂的使用寿命对于火箭或导弹的发射具有重大现实意义。HTPB推进剂
使用寿命的准确预估依赖于深入的老化研究,目前,对老化的研究主要集中在力
学性能、红外分析和热性能分析等方面。力学性能分析为破坏性测试,红外分析
和热性能分析的响应不够精准,在实际检测中的应用受限。相比之下,电学性能
检测在高聚物老化领域中已经广泛应用,且对老化状态评估具有较高的可信度。
基于此,本文从电学性能检测的角度出发,预估了以体积电阻率为失效参量时
HTPB推进剂的贮存寿命。
HTPB推进剂是由多种物质组成的非均质混合物,其老化过程十分复杂,各成
分的老化特性及成分间的相互作用决定了推进剂的老化特性,对其主要组分HTPB、
高氯酸钠(AP)、N,N-二苯基对苯二胺(DPPD)进行70℃条件下的加速老化试
验,从热性能分析的角度出发,测试并计算样品老化前后的热分解动力学参数。
从红外分析的角度出发,观察样品老化前后结构和特征官能团的变化,最后综合
分析得出各组分的作用及不同组分间的相互作用。测试结果表明,HTPB在N2气
氛和空气气氛下的热分解特性不同,氧化性气氛会促进HTPB的分解;老化后
HTPB和AP发生反应的活化能降低,老化速率变快;DPPD老化前后的结构几乎
没有变化,在空气中热效应明显,会与空气中的氧气发生反应。研究表明,在不
同组分的混合物中,AP是决定整体热分解行为的关键,AP会攻击HTPB引发反
应,DPPD的加入会减缓混合物整体的老化进程。
HTPB固体推进剂的老化涉及多个物理化学反应,氧化交联反应是HTPB推进
剂老化过程中的关键因素,老化具体表现为微观结构的改变和多种性能的衰减。
从电学性能检测的角度出发,研究了HTPB推进剂在老化过程中体积电阻率和介
电常数的变化规律,并对药柱老化过程中表面形貌、细观结构、官能团及气体中
氯含量的变化进行研究。利用SPSS对不同性能进行相关性分析,建立起电学性能
与交联密度、溶胀比等性能参数间的联系,在此基础上建立了HTPB推进剂老化
寿命预估模型,并以体积电阻率为失效参量预估出HTPB推进剂的贮存寿命。计
算结果表明,指数寿命预估模型的置信概率最高,达到99%以上。当体积电阻率、
介电常数和凝胶含量的变化出现拐点时,对应于推进剂自然贮存的年限约为23年。
关键词:HTPB推进剂;老化研究;体积电阻率;贮存寿命;相关性分析
70℃.Fromthepointofviewofthermal
performanceanalysis,thethermaldecompositionkineticparametersofsamplesbefore
andafteragingweretestedandcalculated.Fromtheperspectiveofinfraredanalysis,the
changesofthestructureandcharacteristicfunctionalgroupsofthesamplebeforeand
afteragingwereobserved.Finally,thefunctionofeachcomponentandtheinteraction
betweendifferentcomponentswereobtainedbycomprehensiveanalysis.Theresults
revealthatthethermaldecompositioncharacteristicsofHTPBaredifferentinN2and
airatmospheres.TheoxidationatmospherecanpromotethedecompositionofHTPB.
Afteraging,theactivationenergyoftherea
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