[发明专利]一种基于接触角测量的包覆层材料抗迁移性能表征方法

说明书

本发明公开了一种基于接触角测量的推进剂包覆层材料对于硝酸酯的抗迁移性能表征方法，该方法采用接触角测量仪，以座滴法测量硝酸酯液滴在包覆层材料表面的静态接触角，通过接触角的大小评价包覆层材料对于硝酸酯的抗迁移性能，接触角越大，包覆层材料的抗迁移性能越强。本发明采用固‑液界面润湿性参数表征包覆层抗迁移性能，不仅节约了时间成本，并且最大限度减少了试验过程中硝酸酯的试样量，降低了安全隐患。

技术领域

本发明属于火药技术领域，主要涉及一种基于接触角测量的推进剂包覆层材料对于硝酸酯的抗迁移性能表征方法。

背景技术

1.推进剂装药的包覆层材料

包覆层是固体火箭推进剂装药的重要组成部分，其基本功能是控制推进剂装药的燃烧面积，同时对发动机壳体起到隔热作用。包覆层材料通常是一种高分子复合材料，固体火箭推进剂装药贮存期间，药柱配方中的硝酸酯(例如丙三醇三硝酸酯、1,2,4-丁三醇三硝酸酯等)组分会逐渐向包覆层材料迁移，改变推进剂的内弹道性能，影响使用安全性和贮存寿命。因此，包覆层材料的抗迁移性能是推进剂装药设计时包覆层材料选择的重要参数之一。

2.经典包覆层材料抗迁移性能表征方法

经典包覆层材料的抗迁移性能表征方法有迁移量表征方法和迁移系数表征方法。迁移量表征方法是采用重量法、热重分析法或色谱法测量一定时间内迁移进包覆层的硝酸酯含量，通过迁移量的大小来表征包覆层的抗迁移性能，硝酸酯的迁移量越小，包覆层的抗迁移性能越好。迁移系数表征方法是通过在一定时间范围内，测量硝酸酯在包覆层中的迁移分布状态，建立迁移模型，计算迁移系数，通过迁移系数的大小来表征包覆层的抗迁移性能，硝酸酯的迁移系数越小，包覆层的抗迁移性能越好。

迁移量表征方法和迁移系数表征方法是包覆层抗迁移性能的直接表征方法，但是存在以下缺陷和不足：

(1)两种方法均需要在较长的时间范围内跟踪测量硝酸酯在包覆层的迁移量或迁移分布状态，获得与包覆层抗迁移性能相关的参数，试验程序繁琐、耗时长；

(2)硝酸酯具有较高的感度，上述两种方法的硝酸酯用量大，试验过程存在一定安全隐患。

3.基于接触角测量的包覆层材料抗迁移性能表征方法的理论依据

接触角是固-液界面润湿性表征参数之一，是在气、液、固三相交点处的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ。若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，接触角越小，表明润湿性越好；若θ>90°，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体(见图1)，图中：1—液滴；2—固体表面；θ—接触角。

当推进剂药柱中的硝酸酯与包覆层材料相接触时，由于界面间分子的相互作用而产生吸引。吸引力越大，硝酸酯对包覆层材料的润湿程度越高，两相间接触面积越大，硝酸酯越容易迁移进包覆层材料，则包覆层材料的抗迁移能力越差；接触角是固-液界面润湿程度的量度，润湿性越大，接触角越小，因此可以采用接触角测量法来表征包覆层材料的抗迁移性能。

迄今未见接触角测量法用于评价包覆层材料的抗迁移性能的文献报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明的目的是提供一种基于接触角测量的包覆层材料抗迁移性能表征方法。

为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种基于接触角测量的包覆层材料抗迁移性能表征方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，包覆层材料试样的准备：将包覆层材料裁剪至50mm×40mm规格尺寸的试样，同种材料准备3块试样；选用型号为1200#的水磨砂纸，将材料的测试面在金相试样预磨机上打磨3min，用蒸馏水漂洗10min，置于45℃真空干燥箱干燥10h备用。