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高能固体火箭发动机新型光固化衬层的研制

章默涵  
【摘要】:衬层作为推进剂与绝热层(壳体)之间的一种粘接过渡层,其界面粘接性能将直接影响火箭发动机结构的完整性以及工作可靠性。在硝酸酯增塑的聚醚类推进剂(NEPE类推进剂)含有大量的硝化甘油以及其他硝酸酯,在推进剂浇注、固化以及贮存过程中,小分子硝酸酯很容易迁移到推进剂表面,被衬层吸收,使得衬层与推进剂药柱间脱粘而导致火箭失效。因此,研制一种适用于NEPE类推进剂用的高性能衬层材料成为固体火箭发动机研究的一个重要任务。针对目前衬层的使用现状,本文拟将光固化技术应用于衬层,通过配方及合成工艺的优化,制备出一种新型的具有光固化活性的衬层,该衬层具有较好的力学性能的同时可以有效的减少硝酸酯迁移。 本文根据衬层的使用要求以及聚氨酯结构与性能的关系,合成一种聚氨酯丙烯酸酯作为光固化衬层的主体树脂,通过原料、反应时间以及合成路线方面的探讨,得到主体树脂的合成工艺条件:第一步,以端羟基聚丁二烯、1,4-丁二醇、异氰酸酯组分在80℃下合成以异氰酸酯封端的预聚物;第二步,在70℃下通过加入计量的丙烯酸羟乙酯引入光活性基团,反应过程中加0.1%二月桂酸二丁基锡作为催化剂。 本文以不同的二异氰酸酯合成一系列不同分子结构的线型主体树脂,探讨了异氰酸酯组分、固化参数以及硬链段含量对光固化衬层力学性能和溶胀性能的影响,得到了综合性能较优的主体树脂配方:以2,4-甲苯二异氰酸酯为异氰酸酯组分,固化参数为1.22,硬链段含量为30%;通过对光固化时间、光引发剂以及涂膜溶剂的考察,确定了光固化体系:以1173作为光引发剂,用量为主体树脂质量的3%,以甲苯作涂膜溶剂,光固化时间为20s左右。 本文以最优配方探索了光固化衬层的应用性能,该光固化衬层与绝热层、丁羟胶片有很好的粘接性能,通过与传统的热固化衬层进行溶胀性能对比,验证了该衬层可以更好的抑制硝酸酯的迁移。


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