一种确定NEPE推进剂加速贮存试验取样时间的方法技术

本发明专利技术公开了一种确定NEPE推进剂加速贮存试验取样时间的方法，是为了解决现有技术针对NEPE推进剂加速贮存试验仅凭经验取样，药品量消耗大，试验样品无法准确取样的问题。该方法采用动态机械分析技术获得动态力学特征量，间接识别NEPE推进剂加速贮存试样力学性能变化信息，确定NEPE推进剂加速贮存试验抗拉强度变化试样取样时间。本发明专利技术提供的测试方法在NEPE推进剂加速贮存试验过程中无需增加试验药量，克服了加速贮存试验过程中无法准确取样的缺陷，适用于NEPE推进剂加速贮存试验中取样时间的确定。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火炸药
，主要涉及NEPE推进剂加速贮存试验，尤其涉及采用 动态机械分析技术获得动态力学特征量，识别NEPE推进剂加速贮存试样力学性能变化信 息，确定NEPE推进剂加速贮存试验抗拉强度变化试样取样时间。 技术背景 硝酸酯增塑的聚醚推进剂（NEPE推进剂）是美国于上世纪70年代末、80年代初发 展起来的新一代固体推进剂，这种推进剂采用浇注工艺制备，综合了双基推进剂和复合推 进剂的优点，是目前能量性能和力学性能优异的新型推进剂。NEPE推进剂以高聚物为基体 的复合材料，其粘结剂为端羟基醚的预聚物与多异氰酸酯反应物，增塑剂为硝化甘油和1， 2,4-丁三醇三硝酸酯的混和物，填料为高氯酸铵、硝胺炸药、铝粉等。在长贮过程，NEPE推 进剂组分会发生缓慢的物理、化学变化，分别导致安全性、力学性能发生变化，影响固体火 箭发动机的贮存寿命。 国内外学者已对NEPE的老化性能开展了大量研宄，对于以抗拉强度为失效参量 NEPE推进剂配方，其加速贮存过程的失效机理是NEPE推进剂中的高聚物网络体系发生降 解反应，交联程度降低，推进剂整体表现为静态极限力学抗拉强度降低，装药的力学性下降 的特点。 由于装药长期贮存时密封于发动机中，主要的环境应力为温度，通常采用高温加 速贮存试验预估推进剂的贮存寿命。在高温加速贮存试验时，在设定温度下，将多个样品同 时放入加速贮存试验烘箱中进行加速贮存试验，即老化试验，在不同老化时间取出试验试 样，获得不同老化深度的老化试样，并进行静态力学性能测试，得到不同老化温度下的抗拉 强度随老化时间的变化规律。但在老化试验过程中，主要存在以下缺陷：（一）老化试样的 取样时间仅凭经验判断，间隔过短，样品性能变化不显著，间隔过长，老化样品性能变化太 快，取样不均造成老化试样不能准确描述老化性能变化规律；（二）静态力学性能测试抗拉 强度为破坏性试验，不能重复测量，为改善上述取样不均匀的问题可以通过适量增加试验 样品量的方式，但由于推进剂是易燃易爆物质，加速试验样品量应严格控制，不能超量，因 而难以以增加样本量的方式解决上述问题，另外，对于高价值材料，增加样本量也就增加了 试验成本；（三）对于科学确定NEPE推进剂加速存试验的取样时间，只能凭借经验判定， 缺乏经济、安全有效的方法对试验过程进行监测。
技术实现思路
本专利克服了
技术介绍
的不足，提供了一种采用动态热机械分析技术获得动态力 学特征量，并根据特征量的变化率，间接识别推进剂加速贮存老化试样力学性能变化信息， 确定NEPE推进剂加速贮存试验抗拉强度变化试样取样时间的方法。 由于装药为密闭条件下的长贮，主要的环境应力为温度。长贮环境温度下及高温 加速试验条件下，NEPE推进剂的失效机理是由于在加速贮存过程中高聚物网络体系发生降 解反应，交联程度降低，导致静态力学抗拉强度降低，因而其主要失效模式是静态力学抗拉 强度降低。抗拉强度与动态力学特征量之间存在一定相关关系，因而本专利技术需要解决的技 术问题是：通过动态热机械分析技术监测NEPE推进剂随行装药老化过程中动态力学特征 量的变化，定量获得NEPE推进剂老化试样动态力学特征量变化信息，从而识别NEPE推进剂 抗拉强度的变化，确定NEPE推进剂加速贮存试验抗拉强度变化试样取样时间。 1动态热机械获得老化过程动态力学特征量： (1)动态力学性能及特征量 高聚物的动态力学性能参数与材料中高分子聚集态（晶态、非晶态、液晶等）和材 料的力学状态（玻璃态、高弹态和粘流态等）有关。高聚物的力学性能本质上是分子运动状 态的反映，高聚物的玻璃化转变、结晶、取向、交联、相分离等结构变化均与分子运动状态的 变化密切相关，这种变化不仅反映在极限力学性能上，又能灵敏的反映在动态力学性能上。 动态热机械分析DMA(DynamicMechamicAnalysis)是研宄高聚物结构--分子运动-- 性能的一种手段。能够在很宽的频率f(或角频率《)或温度T范围内连续的进行测定，可 快速、准确的获得材料的（动态）力学性能变化与时间的关系，因而可以在较短的时间内获 得丰富的粘弹性信息，如储能模量E'、损耗模量E"、储能柔量J'、损耗柔量J"、损耗角正 切tanS、复数模量E'复数柔量艾等动态力学性能的数据，可以为研宄高分子的分子结构 提供重要信息。 对于高聚物及其复合材料这类典型的粘弹性材料，所有上述性能参数都与温度、 频率、时间、应力（或应变）和环境因素（如湿度、介质）有关。研宄粘弹性材料的动态力 学性能随温度、频率、升/降温速率、应变/应力水平等的变化，可以揭示许多关于材料结构 和分子运动的信息，对理论研宄与实际应用都具有非常重要的意义。 (2)动态力学特征量与抗拉强度相关性 粘弹性材料的抗拉试验在一定温度下和一定加载速率下测定材料非振动载荷下 的形变与温度的关系，材料发生断裂或破坏时的性能称为静态极限力学性能，其中包括抗 拉强度，延伸率等。不同加载速率和温度会有不同的静态极限力学性能，对于具有粘弹性的 高分子材料，在不同的温度和加载速率下进行拉伸、压缩等试验所得到的各种强度和应变 均可以沿时间轴和应变速率轴以一定的平移因子进行叠加，形成应力-应变主曲线，即为 时间-温度叠加原理（TTS)，利用时-温叠加原理，在不同温度下和一定频率范围内的DMTA 频率谱，通过一定的位移，叠加成特定参考温度下宽阔频率范围内的DMTA频率谱一一称作 主曲线或组合曲线。WLF方程则描述了位移因子a,与温度差（T_TS)之间的关系： 其中，at-位移因子；Ts -参考温度，K或°〇；T-温度，K或°〇心和(：2为经验常 数。 对于粘弹性材料，在一定的温度范围内，动态力学性能也符合WLF方程（1式），可 通过平位移因子进行叠合获得相应的主曲线。此时，WLF方程aT位移因子主要反映了决定 所有构象重排速率的链段摩擦系数或迀移率与温度的关系。 对于同一种材料，在相同的温度范围内，用DMA的模量主曲线获得的位移因子-温 度关系与极限力学性能的应力-应变主曲线获得的一致，因此，DMA动态力学模量与极限力 学性能（抗拉强度）存在相关性。 力学松弛是在恒定应变的情况下测定应力随时间增加而衰减的现象，对于粘弹性 材料，它的应力松弛模量E(t)为： E(t)=〇(t)/e〇 ⑵式中，0⑴为应力松弛强度，是时间t的函数；e。为定应变。 同时，也可以定义定应变速率模量F(t)(相应于抗拉、抗压实验）为 F(t) = 〇 (t)/e(3)e为应变。E(t)与F(t)之间的关系为：E(t) =F(t) (4) 动态力学性能储能模量和静态力学性能应力松弛模量E(t)之间的存在近似关系E'（《)相当于角频率为《 = 1/t时的值 依据破坏包络线与试验方法无关的理论，在定应变e，应力松弛到〇 ^寸，材料 将破坏。因此，在材料破坏的瞬间，式（4)中右边的微分项等于零。即 E(t)=F(t)=〇b(t)/e〇(6)〇13和eQ分别为抗拉（或抗压）的极限强度和恒应变。同时，（5)式可转变为： (7) 因此，在一定的温度范围内，可设定下列关系，即E(t) ~kE，〇) (8) 式中：k为常数。 由于弹性收缩力是正比于绝对温度，所以材料破坏瞬间的应力都应乘以Ts/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定NEPE推进剂加速贮存试验取样时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将NEPE推进剂方坯药制成120mm×25mm×10mm长方形试片，每6片为一组，封装于铝塑试样袋中，并置于设定好温度的烘箱中进行加速贮存试验；B、加速贮存试验每隔1～3天，取步骤A中的其中一组试样，以后每次取同一组试片，并且取其中一片长方形试片，并切制35mm×1.5mm×10mm的测试试片后，将剩余试样继续封装于原铝塑袋中；C、将步骤B中每次封装好的试样继续放入原烘箱中与其它老化试样一起进行加速贮存试验；D、取步骤B中的测试试片进行试验并得到动态力学特征量；E、将步骤D中得到的测试试片与原始试样的动态力学特征量比较，取变化较显著的特征量作为动态力学特征参量；F、计算相邻两个测试试片与原始试样相较，其动态力学特征参量的变化率，用以识别NEPE推进剂老化试样的抗拉强度变化，从而确定NEPE推进剂加速贮存试验的取样时间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁黎，安静，张皋，刘文亮，梁忆，任黎，曹磊，汪辉，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61