一种检测固体推进剂体膨胀系数的方法技术

本发明专利技术公开了一种检测固体推进剂体膨胀系数的方法。该方法首先检测浸液的体膨胀系数：将浸液注入火炸药体膨胀系数测试装置的样品腔，抽真空排气泡，设置试验初温，激光感应器检测样品腔细管中液面的高度，得到初温时浸液的体积；升温至终温，检测终温时浸液的体积；计算浸液的体膨胀系数。然后检测样品和浸液的体积合量：样品放入样品腔，加注准确体积的浸液，使样品全部浸没在浸液中，排除气泡，分别设置试验初温和终温，分别检测相应温度下浸液和样品的体积合量。通过浸液的体膨胀系数可知浸液在初温和终温时的体积，分别从体积合量里减去浸液的体积，得到样品在初温和终温时的体积，计算样品的体膨胀系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于火炸药理化检测领域，主要涉及一种固体体膨胀系数检测法，尤其涉 及一种固体推进剂体膨胀系数检测法。
技术介绍
固体推进剂的体膨胀系数是一个十分重要的物理量，它在装药的热应力计算、发 动机壳体设计、装药工艺选定、发动机的贮运和使用条件的确定以及装药密度的修正等实 际问题中，具有重要的实用价值。 用压伸方法、浇铸方法可以制成尺寸较大的推进剂药柱或直接将推进剂浇铸到固 体火箭发动机中，构成壳体粘结式发动机装药。无溶剂压伸工艺生产的药柱直径一般不超 过300mm，大量用于野战火箭中。浇铸工艺生产的药柱尺寸不受限制，而且药型也较复杂。 对于壳体粘结式发动机装药，可以制备1000 mm以上的装药。 装在发动机壳体中的固体推进剂，在存放期间，由于环境温度、湿度及压力的变 化，或推进剂中含有的某些成分（如液态增塑剂、塑料及高分子黏结剂等）可能发生一些变 化，会使推进剂的尺寸产生变化，甚至是不可逆的变化。药柱尺寸的变化，亦即药柱尺寸的 不稳定性，会引起发动机内的装药歪斜或破裂，影响推进剂的燃烧性能，甚至不能使用，造 成巨大的经济损失。 另外复合固体推进剂由固化温度降低到使用温度时，假设壳一一包覆层一一药柱 牢固粘结，降温时不会脱粘，此时虽然药柱表面尺寸不会变化，但在固化降温过程中由于药 柱的收缩必使内孔表面或尖角处产生最大拉应力，对药柱内部结构完整性是一种考验。同 样，如果推进剂的体膨胀系数过大，会使壳体内装药的结构被破坏，影响推进剂的燃烧性 能，甚至不能使用，造成巨大的经济损失。 我国目前对药柱尺寸稳定性进行的试验是高低温环境试验及线胀系数试验。 线胀系数α为样品一维尺度的相对变化随温度的变化率，在温度不太高时，物体 的线胀系数公式为a = (I2-I1)Z^l1(T2-T1)](式中I 1--温度为1\时药柱的长度；1 2-- 温度为T2时药柱的长度）。用该方法对某固体推进剂药柱进行了测试，从测试结果可以看 出，当温度在50°c左右或以下时，α值与温度的关系很小，但当温度高于50°c时，药柱尺寸 会发生不可逆变化。此外，有的药柱在温度高于50°C时，会产生自动蠕变现象，即药柱的尺 寸会随着时间增加而长大，这也会造成药柱尺寸的不可逆变化。试验表明，温度在55°C以 下时，大多数固体推进剂的温度变形是可逆的，不会发生残余形变。也就是说，药柱在低于 50或55°C的环境中贮存时，尺寸是稳定的，不会发生或很少发生长大或收缩现象。但当温 度大于55°C以后，药柱尺寸可能发生不可逆变化。 其实固体推进剂中含有的高分子黏结剂，在受到热、压力等外界应力刺激后，软化 并产生弹性形变，使得药柱具有一定的流动性，药柱更多地表现出综合的体膨胀性，而不是 单一的线膨胀性。特别是当发动机壳体复杂，采用浇铸方法制备固体推进剂时，仅靠一维的 线膨胀性难以准确推算出推进剂的三维的体膨胀性。因此，研究体膨胀、建立体膨胀系数检 测方法更具实用性。国内目前还没有用于测定火炸药药柱的体膨胀系数测定装置及检测方 法，通常是将线胀系数α乘以3作为体膨胀系数β。因此项目组专利技术研制了火炸药体膨胀 系数测试装置，并建立了固体推进剂的液体浸润-激光感应测定方法。 体膨胀系数β为样品体积的相对变化随温度的变化率，数学表示式为β = (VT-V。) /(式中Vt 终温时样品的体积；V。 样品初温时的体积）。计算式中， 温度的获得是容易的，而固体样品体积的准确测量难度较大，特别是膨胀较小的固体，不能 通过测量长宽高或直径等方式获得准确的体积变化，所以项目组研制了体积测定的间接方 法一一液体浸润-激光感应测定方法：将样品的三维尺度的微小变化，通过细管中浸液液 面的升降这种一维尺寸变化显示出来。由于一维的变化灵敏度高于三维变化，相对来说更 容易获知膨胀性很小的固体样品的体积的准确变化，求出固体样品体膨胀系数β。
技术实现思路
为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案： (1)将样品制成尺寸不大于Φ40ι?πιΧ40πιπι的药柱，用绸布擦拭药柱表面，使其光 滑、没有毛刺和碎肩； (2)检测浸液的体膨胀系数：将浸液注入火炸药体膨胀系数测试装置样品腔，抽 真空排除气泡，设置试验的初温T1，温度稳定后激光感应器检测记录细管中液面的高度，得 到浸液！\时的体积V' Τ1;仪器升温至试验的终温T 2，稳定后激光感应器检测记录细管中液 面的高度，得到浸液1~2时的体积V' Τ2;根据公式β。= (V' T2-V' T1)/计算浸 液在此试验温度段的体膨胀系数β。； (3)求样品和浸液的体积合量：样品放入样品腔，加注浸液，使待测样品全部浸没 在浸液中；通过减量法获知所加浸液的质量，除以该温度下浸液的密度，即可得到所加注的 浸液的准确体积；抽真空排除气泡，调节到试验的初温Τ。，温度稳定后激光感应器检测记录 细管内液面高度，可以得到浸液和样品在Τ。时的体积合量V。;而后升温至试验的终温Τ，温 度平衡后检测记录细管内液面高度，可以得到浸液和样品在T时的体积合量Vt; (4)计算样品的体膨胀系数：通过浸液的体膨胀系数β。可知浸液在初温T。和终 温T时的体积V'。和V' τ，从V。减去V'。得到样品在T。的体积V"。，从Vt减去V' τ得到样 品在T的体积V"T，计算药柱的体膨胀系数β = (v"T-v"Q)/。 如上所述方法，其特征在于，所述火炸药体膨胀系数测试装置的样品腔带有细管， 细管内浸液液面高度反应样品腔中浸液高度，应保证在试验温度范围，细管内浸液的液面 始终处于激光感应器能检测的有效范围内。 如上所述方法，其特征在于，在求样品和浸液体积合量的操作时，还可以通过滴定 管滴加的方式获知所加浸液的准确体积。 如上所述方法，其特征在于，所述仪器的工作温度范围为25°C~100°C，可在此温 度范围内根据需求分温度段检测药柱的体膨胀系数。 如上所述方法，其特征在于，所述检测浸液的温度范围I\~T2应包含检测样品时 的温度范围Τ。~T。 如上所述方法，其特征在于，所述浸液自身物理及化学性质稳定，难挥发，不会与 环境介质发生化学反应，与待测药柱不发生化学反应，对药柱不产生物理溶胀作用。 如上所述方法，其特征在于，所述浸液体积膨胀系数不大于I X 10 3°C \同时其体 积膨胀系数在一定温度范围内不随温度变化，浸液的沸腾温度高于工作温度。 本专利技术的，具有优势： (1)检测获得固体推进剂三维尺度的体膨胀系数，与用线膨胀系数推算推进剂体 积变化相比，本专利技术检测结果更准确，更符合实际情况； (2)通过检测细管中浸液液面高度的一维变化反映药柱体积的三维变化，检测灵 敏度高，可以检测体膨胀系数很小的药柱。 以下结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明。【具体实施方式】 实施例1 某改性双基推进剂含有硝化棉、硝化甘油、黑索今、燃速调节剂、凡士林、碳黑等组 分，用本专利技术所述方法进行体膨胀系数的检测。 操作步骤如下： (1)将样品制成尺寸不大于Φ40ι?πιΧ40πιπι的药柱，用绸布擦拭药柱表面，使其光 滑、没有毛刺和碎肩； (2)检测浸液的体膨胀系数：将浸液注入"火炸药体膨胀系数测试装置"样品腔， 抽真空排除气泡，设置试验的初温T1，温度稳定后激光感应器检测记录细管中液面的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测固体推进剂体膨胀系数的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一，将样品制成尺寸不大于Ф40mm×40mm的药柱，用绸布擦拭药柱表面，使其光滑、没有毛刺和碎屑；步骤二，检测浸液的体膨胀系数：将浸液注入火炸药体膨胀系数测试装置样品腔，抽真空排除气泡，设置试验初温T1，温度稳定后激光感应器检测记录样品腔细管中液面的高度，得到浸液T1时的体积V’T1；仪器升温至试验终温T2，温度稳定后检测记录细管中液面的高度，得到浸液T2时的体积V’T2；根据公式β0＝(V’T2‑V’T1)/[V’T1(T2‑T1)]计算浸液在此试验温度段的体膨胀系数β0；步骤三，求样品和浸液的体积合量：样品放入样品腔，加注浸液，使待测样品全部浸没在浸液中；通过减量法获知所加浸液的质量，除以该温度下浸液的密度，即可得到所加注的浸液的准确体积；抽真空排除气泡，调节到试验的初温T0，温度稳定后激光感应器检测记录细管内液面高度，可以得到浸液和样品在初温T0时的体积合量V0；而后升温至试验的终温T，温度平衡后检测记录细管内液面高度，可以得到浸液和样品在终温T时的体积合量VT；步骤四，计算样品的体膨胀系数：通过浸液的体膨胀系数β0可知浸液在初温T0和终温T时的体积V’0和V’T，从V0减去V’0得到样品在T0的体积V”0，从VT减去V’T得到样品在T的体积V”T，计算药柱的体膨胀系数β＝(V”T‑V”0)/[V”0(T‑T0)]。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾林，杜姣姣，张林军，张皋，张冬梅，王琼，顾妍，于思龙，
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