[发明专利]一种基于接触角数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法

说明书

提供了一种基于接触角数据和配方的PBT推进剂低温力学性能预估方法，根据参比液在PBT推进剂填料和基体表面上的接触角测试结果，计算得到填料‑基体界面的粘附功等界面特性参数，在此基础上，结合推进剂的配方参数，以填料体积分数、粘附功等为输入参数，并进一步预估该复合固体推进剂的力学性能，本发明应用于复合固体推进剂领域，它能够可靠地实现固体推进剂力学性能的快速预估，有效地降低实验成本、缩短周期和提高测试安全性。

技术领域

本发明总体地涉及固体推进剂技术领域，尤其涉及一种PBT复合固体推进剂低温力学性能的预估方法。

背景技术

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(σ_m)和最大伸长率(ε_m)。

在科研和生产实践中，一般采用单轴拉伸等试验方法来测试复合固体推进剂的力学性能。采用试验方法来测试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。

发明内容

本发明针对现有技术研究周期长、危险性高的不足，提出一种基于接触角数据和配方的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。

本发明的技术方案为，一种基于接触角数据和配方的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PBT复合固体推进剂低温力学性能的预估方法包括以下步骤：

S1：测定参比液在填料和基体表面上的接触角，所述接触角是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切角穿过液体与固-液交接线之间的夹角；

S2：根据步骤S1获得的接触角测试结果，计算获得填料以及基体的表面张力、表面张力极性分量、色散分量，然后计算得到填料-基体界面的粘附功；

S3：以步骤S1获得的粘附功作为填料-基体界面特性的定量表征参数，结合推进剂的配方参数，以填料体积分数、粘附功等为输入参数，预估PBT复合固体推进剂在-55℃下的最大抗拉强度(σ_m)和最大伸长率(ε_m)，预估计算公式如下：

ε_m＝4.929-8.065V_HMX-8.190V_AP-8.145V_Al

+0.499S_HMXW_a,HMX-PBT+0.329S_APW_a,AP-PBT+0.235S_AlW_a,Al-PBT (2)