一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法组成比例

提供了一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法，通过测试推进剂中主要填料、基体表面的酸性参数和碱性参数，根据界面粘结的酸碱作用理论，计算出填料‑基体界面酸碱作用焓，以此作为填料‑基体界面特性的定量表征参数，在此基础上，结合推进剂的配方参数，以填料体积分数、界面酸碱作用焓等为输入参数，预估低温下的最大抗拉强度(σm)和最大伸长率(εm)。

A Low Temperature Mechanical Properties Prediction Method of PBT Propellant Based on Reversed Gas Chromatography Data and Formula

【技术实现步骤摘要】
一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法
本专利技术涉及固体推进剂
，尤其涉及一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法。
技术介绍
现代高技术战争对导弹的突防能力和生存能力提出了很高的要求，增加射程、提高飞行速度、提高机动性和增强隐蔽性是导弹的发展方向，这就使得火箭发动机中的复合固体推进剂药柱承受更加严酷的力学载荷，对复合固体推进剂的力学性能提出了更高的要求。从材料体系的角度看，复合固体推进剂是一种颗粒增强的聚合物基复合材料，其连续相，即弹性基体由固化后的粘合剂和增塑剂组成，氧化剂和金属燃料等固体填料作为分散相其增强作用。从推进剂中各组份自身的性质来看，复合固体推进剂的材料体系复杂，基体是高分子聚合物及有机的小分子增塑剂，填料是无机化合物、有机化合物和金属材料。复合固体推进剂的力学性能主要取决于填料、基体和填料-基体界面的性质。从贮存和使用环境来分析，导弹及固体火箭发动机要求复合固体推进剂在较为宽广的温度范围内，具有良好的力学性能，一般要求复合固体推进剂在-55℃～70℃范围内具有较好的最大抗拉强度(σm)和最大伸长率(εm)。在科研和生产实践中，一般采用单轴拉伸等试验方法来表征复合固体推进剂的力学性能。采用试验方法来表征力学性能具有结果可靠的优点，但试验的周期较长，成本较高，尤其是高低温试验，需要较为精确地控制温度等试验条件，所需时间和经济成本较高，且试验对象为复合固体推进剂，这是一种含能材料，制备过程和试验过程中具有一定的危险性。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中研究周期长、实验存在危险性的不足，提出一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法，以有效地缩短研究周期，降低成本和危险性。本专利技术的技术方案如下：一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法，所述PBT复合固体推进剂用A3(2,2二硝基丙醇缩甲醛与2,2二硝基丙醇缩乙醛等质量比混合物)为增塑剂增塑的PBT(3,3-双叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃等摩尔比共聚物)为基体，主要包括三类填料：AP(高氯酸铵)、HMX(奥克托今)和Al(铝粉)且配方给定，所述基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法包括以下步骤：S1，测定PBT复合固体推进剂的填料和基体的酸性参数和碱性参数；S2，计算填料-基体界面酸碱作用焓；S3，以步骤S2获得的填料-基体界面酸碱作用焓作为填料-基体界面特性的定量表征参数，重点关注填料、填料-基体界面特性对推进剂单轴拉伸力学性能的影响，排除基体的有关影响，引入以下参数：AP、HMX、Al三种填料在推进剂中的体积分数，分别为VAP、VHMX、VAl；nAP、nHMX、nAl分别为单位体积推进剂中与基体接触的AP、HMX、Al的物质的量；ΔHAP-PBT、ΔHHMX-PBT、ΔHAl-PBT分别为AP-PBT/A3、HMX-PBT/A3、Al-PBT/A3界面的界面作用焓；以上述6个变量为自变量，以50～70℃下的最大抗拉强度σm和最大伸长率εm为因变量，通过多元回归分析，得到填料、填料-基体界面特性参数与σm和εm之间的定量关系，以公式表示如下：复合固体推进剂的力学性能主要受到基体、填料、填料-基体界面三方面的影响。本专利技术的PBT/A3基体采用的是优化过的基体配方，即排除了基体的有关影响，只涉及填料、填料-基体界面特性对AP/HMX/Al/PBT/A3推进剂单轴拉伸力学性能的影响。而与填料相关的影响因素包括：填料的种类、含量、粒度、粒度分布等。因此，本专利技术的低温力学性能预估引入了以下自变量：1、单位体积AP/HMX/Al/PBT/A3推进剂中AP-PBT/A3界面作用焓总和nAPΔHAP-PBT(AP-PBT/A3界面作用焓与AP颗粒表层厚度0.5μm薄层中AP物质的量的乘积，即耦合了AP-PBT/A3界面作用焓和AP粒度两个参数)；2、单位体积AP/HMX/Al/PBT/A3推进剂中HMX-PBT/A3界面作用焓总和nHMXΔHHMX-PBT(HMX-PBT/A3界面作用焓与HMX颗粒表层厚度0.5μm薄层中HMX物质的量的乘积，即耦合了HMX-PBT/A3界面作用焓和HMX粒度两个参数)；3、单位体积AP/HMX/Al/PBT/A3推进剂中Al-PBT/A3界面作用焓总和nAlΔHAl-PBT(Al-PBT/A3界面作用焓与Al颗粒表层厚度0.5μm薄层中Al物质的量的乘积，即耦合了Al-PBT/A3界面作用焓和Al粒度两个参数)；4、用AP、HMX、Al三种填料在推进剂中的体积分数(分别为VAP、VHMX和VAl)表征填料含量的影响，用体积分数主要考虑到在颗粒填充的聚合物基复合材料力学性能研究中，填料含量对复合材料力学性能的影响一般用填料的体积分数体现。上述变量既与填料-基体界面的种类有关，又能体现填料含量和粒度变化的影响；因此以上述变量为自变量，以-55℃下的最大抗拉强度σm和最大伸长率εm为因变量，通过多元回归分析，得到填料、填料-基体界面特性参数与AP/HMX/Al/PBT/A3推进剂单轴拉伸力学性能之间的定量关系。本专利技术中的PBT复合固体推进剂的基体是叠氮粘合剂(PBT)固化后形成的弹性体；填料是氧化剂高氯酸铵(AP)、含能添加剂奥克托今(HMX)和金属燃料铝(Al)。进一步的，上述VAP、VHMX、VAl采用以下公式进行计算：其中(3)～(5)式中，WAP、WHMX、WAl、WPBT分别为AP、HMX、Al、PBT在推进剂中的质量分数，为给定的配方参数；ρAP、ρHMX、ρAl、ρPBT分别为AP、HMX、Al、PBT的密度，为已知参数。进一步的，上述nAP的计算方法为以每个AP颗粒表层厚度为0.5μm这一薄层中AP的物质的量进行计算，计算公式如式(6)所示：其中，0.5×10-6表示0.5μm，MAP为AP的分子量；SAP为与基体接触的AP的表面积，SAP计算公式如式(7)所示：式(7)中，为单位体积推进剂中直径为di的AP颗粒数，计算公式如式(8)所示；为单个直径为di的AP颗粒的表面积，由di求得；式(8)中，VAP,total为1cm3体积推进剂中AP的总体积，由VAP求得；为直径为di的AP占整个AP的体积百分数，所述体积百分数由AP粒度测试结果获得；为直径di的单颗粒AP的体积，由di求得；nHMX、nAl也按照所述nAP的计算过程获得。推进剂中常用AP颗粒的中位粒径有：10、100、250、340μm等，只有AP表层与基体接触，因此，经研究限定了厚度为0.5μm。进一步的，上述步骤S1中，填料和基体的酸性参数和碱性参数通过采用反相气相色谱(IGC)法，使用热导检测器(TCD)测定柱温50-110℃范围内探针分子在色谱柱中的保留时间，然后进行计算得到。Drago提出了一个四参数经验方程(E-C方程)，如下式所示：-ΔHAB＝EAEB+CACB式中，ΔHAB为固-液两相界面的界面作用焓；EA和CA是表征酸性物质酸碱性的两个参数，EB和CB是表征碱性物质酸碱性的两个参数。E代表酸或碱参与形成静电键的能力，C代表酸或碱参与形成共价键的能力。若B为待测固体试样，则A为探针分子。该方程把Lewis本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法，所述PBT复合固体推进剂是以A3增塑剂增塑的PBT为基体，填料主要包括AP、HMX和Al，且配方给定，其特征在于，所述基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法包括以下步骤：S1，测定PBT复合固体推进剂的填料和基体的酸性参数和碱性参数；S2，计算填料‑基体界面酸碱作用焓；S3，以步骤S2获得的填料‑基体界面酸碱作用焓作为填料‑基体界面特性的定量表征参数，重点关注填料、填料‑基体界面特性对推进剂单轴拉伸力学性能的影响，排除基体的有关影响，引入以下参数：AP、HMX、Al三种填料在推进剂中的体积分数，分别为VAP、VHMX、单位体积推进剂中与基体接触的AP、HMX、Al的物质的量分别为VAl；nAP、nHMX、nAl；AP‑PBT/A3、HMX‑PBT/A3、Al‑PBT/A3界面的界面作用焓分别为ΔHAP‑PBT、ΔHHMX‑PBT、ΔHAl‑PBT；以上述变量为自变量，以‑55℃下的最大抗拉强度σm和最大伸长率εm为因变量，通过多元回归分析，得到填料、填料‑基体界面特性参数与‑55℃下的σm和εm之间的定量关系，以公式表示如下：...

【技术特征摘要】
1.一种基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法，所述PBT复合固体推进剂是以A3增塑剂增塑的PBT为基体，填料主要包括AP、HMX和Al，且配方给定，其特征在于，所述基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法包括以下步骤：S1，测定PBT复合固体推进剂的填料和基体的酸性参数和碱性参数；S2，计算填料-基体界面酸碱作用焓；S3，以步骤S2获得的填料-基体界面酸碱作用焓作为填料-基体界面特性的定量表征参数，重点关注填料、填料-基体界面特性对推进剂单轴拉伸力学性能的影响，排除基体的有关影响，引入以下参数：AP、HMX、Al三种填料在推进剂中的体积分数，分别为VAP、VHMX、单位体积推进剂中与基体接触的AP、HMX、Al的物质的量分别为VAl；nAP、nHMX、nAl；AP-PBT/A3、HMX-PBT/A3、Al-PBT/A3界面的界面作用焓分别为ΔHAP-PBT、ΔHHMX-PBT、ΔHAl-PBT；以上述变量为自变量，以-55℃下的最大抗拉强度σm和最大伸长率εm为因变量，通过多元回归分析，得到填料、填料-基体界面特性参数与-55℃下的σm和εm之间的定量关系，以公式表示如下：2.如权利要求1所述的基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法，其特征在于，所述VAP、VHMX、VAl采用以下公式进行计算：其中(3)～(5)式中，WAP、WHMX、WAl、WPBT分别为AP、HMX、Al、PBT在推进剂中的质量分数，为给定的配方参数；ρAP、ρHMX、ρAl、ρPBT分别为AP、HMX、Al、PBT的密度，为已知参数。3.如权利要求1或2所述的基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法，其特征在于，所述nAP的计算方法为以每个AP颗粒表层厚度为0.5μm这一薄层中AP的物质的量进行计算，计算公式如式(6)所示：其中，0.5×10-6表示0.5μm，MAP为AP的分子量；SAP为与基体接触的AP的表面积，SAP计算公式如式(7)所示：式(7)中，为单位体积推进剂中直径为di的AP颗粒数，计算公式如式(8)所示；为单个直径为di的AP颗粒的表面积，由di求得；式(8)中，VAP,total为1cm3体积推进剂中AP的总体积，由VAP求得；为直径为di的AP占整个AP的体积百分数，所述体积百分数由AP粒度测试结果获得；为直径di的单颗粒AP的体积，由di求得；nHMX、nAl也按照所述nAP的计算过程获得。4.如权利要求1所述的基于反相气相色谱数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法基于反相气相色谱数据和配方和PBT推进剂高温力学性能预估方法，其特征在于，所述步骤S1中，填料和基体的酸性参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：周星，鲍桐，张炜，邓蕾，干效东，张惠坤，徐亚龙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，上海航天化工应用研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43