HTPB/IPDI推進劑裝藥界面弱粘接增強技術的探析

宋文　羅濤　陳芳

摘 要：本文對HTPB/IPDI推進劑裝藥界面弱粘接增強技術進行了深入研究。本文分別對-NCO消耗速度在絕熱層表面預處理作用下受到的影響、界面粘接強度在絕熱層表面預處理作用下受到的影響、藥柱近界面推進劑固化在絕熱層表面預處理作用下受到的影響進行了深入分析，具有重要意義。

關鍵詞：HTPB/IPDI推進劑；裝藥界面；粘結性能

自1970年研發出HTPB /IPDI推進劑以來，由于其具有多種優點，包括可研制高燃速與高固體含量推進劑配方、良好的力學性能、藥漿適用時間長等，現已發展成為全球各地的一大主要復合固體推進劑，當前很多不同型號的固體火箭發動機裝藥均在使用HTPB /IPDI推進劑。但是HTPB /IPDI推進劑也存在一些不足和缺陷，尤其是在HTPB /IPDI推進劑的裝藥界面，極易發生弱粘接現象，嚴重時還會發生界面脫粘現象，嚴重威脅了固體火箭發動機的工作可靠性、結構完整性，由一旦HTPB /IPDI推進劑的裝藥界面出現脫粘現象，殼體便會出現失強、過熱等不良現象，發動機最終會失效或者解體。華立等人從多個方面對推進劑進行了深入研究，包括環境因素、實施工藝、組分遷移、絕熱層配方等，同時對固體推進劑裝藥界面粘接性能在不同因素下受到的影響進行激烈討論，最后對多個界面粘接性能造成影響的規律進行有效總結，對界面粘接性能的技術措施進行了有效改善，根據大量實驗結果，對一些產品在研發過程中發生的脫粘問題進行了有效解決。不過因為固體推進劑裝藥界面的粘接是非常復雜的，當前整個同行均亟待解決的問題均為界面弱粘接、脫粘問題。所以對HTPB /IPDI推進劑裝藥界面的粘結可靠性、粘結強度進行有效提高，是當前主要研究工作內容。

在過去人們工作的基礎下，對于HTPB / IPDI推進劑體系，進行了很多相關研究，除了吸附水分、襯層吸收水分這兩個原因以外，絕熱層間活性物質發生反應或者遷移等也是造成界面推進劑出現弱強度層的重要原因。HTPB/IPDI推進劑裝藥界面在上述各種原因影響作用下，造成固化劑異氰酸酷的大力消耗，嚴重降低固化參數，導致固化交聯程度的下降。本文選用/三元乙丙絕熱層粘接體系、IPDI推進劑、HTPB推進劑等作為主要研究對象，通過選用表面處理劑，在襯層成型之前預處理絕熱層表面，對含活潑氫小分子物質擴散遷移到推進劑現象進行有效避免，對固化劑IPDI的額外消耗量進行有效降低，以對在界面推進劑區域中產生弱強度層進行有效抑制，以對界面粘結強度進行有效提高。

1 -NCO消耗速度在絕熱層表面預處理作用下受到的影響

在HTPB/IPDI推進劑裝藥界面中，化學鍵是一種最佳的作用力，能夠為界面賦予相應的黏結強度，由于兩個分子或者兩個原子在對電子對進行共享時，才會表現出最強的作用力。通過-NCO和一些含活潑氫基團產生化學反應，HTPB/IPDI推進劑裝藥界面粘接才能夠發揮出相應的化學鍵合作用。所以，在襯層預固化結束以后，界面粘結的一大重要因素就是剩余的-NCO濃度。通過大量研究后，不難發現，襯層在絕熱層表面中發生預固化反應過程中，和本體消耗速度相比，-NCO的消耗速度更快一些，在發生反應三小時以后，襯層在絕熱層表面約剩余7.5%的-NCO，襯層本體約剩余16%的-NCO。但是在表面處理劑進行預處理以后，襯層在絕熱層表面進行預固化時，-NCO的消耗速度顯著下降，在發生反應三小時以后，襯層在絕熱層表面約剩余16.5%的-NCO，和熱層表面沒有進行預處理比較，約提升1倍，這說明-NCO消耗速度在絕熱層表面預處理作用下，能夠顯著降小，能夠對HTPB /IPDI推進劑裝藥界面的粘接強度進行有效提高。

2 界面粘接強度在絕熱層表面預處理作用下受到的影響

襯層在成型之前，針對三元乙丙絕熱層表面，通過選用表面處理劑對其進行預處理后，能夠對HTPB / IPDI推進劑裝藥界面的粘接強度進行有效提高。另外，裝藥界面粘接性能的一大重要影響因素還有絕熱層烘干程度。一般來說，隨著絕熱層烘干時間的不斷變長，界面粘接強度會變得越強。

3 藥柱近界面推進劑固化在絕熱層表面預處理作用下受到的影響

和粘接試件比較，藥柱的裝藥環境是非常接近于發動機的。在沒有預處理絕熱層情況下，在固化期間，藥柱近界面推進劑具有顯著的弱強度層，在本區域中的推進劑沒有固化，但是在藥柱內部推進劑的固化交聯是比較好的，通過進行測量以后，在固化3天時，近界面推進劑弱強度層的厚度為4mm，在固化4天時，近界面推進劑弱強度層的厚度為3mm，在固化5天時，近界面推進劑弱強度層的厚度為2mm，即隨著固化時間的推移，近界面推進劑弱強度層的厚度不斷變薄。由此可以證明，針對絕熱層表面，在對其進行預處理以后，能夠對近界面推進劑弱強度層的形成起到顯著的抑制作用，能夠對HTPB /IPDI推進劑裝藥界面的粘接性能進行有效提升。

4 小結

通過本文研究后，得出以下結論：在襯層成型之前，在預處理絕熱層表面以后，能夠對HTPB /IPDI推進劑裝藥界面的粘接強度進行有效提高；在襯層成型之前，在預處理絕熱層表面以后，能夠對近界面推進劑弱強度層的形成起到顯著的抑制作用；近界面推進劑在固化期間，藥柱并不會產生顯著的弱強度層現象；在襯層成型之前，在預處理絕熱層表面以后，能夠對HTPB /IPDI推進劑裝藥界面弱粘接性能進行有效提高。

參考文獻：

[1]詹國柱，黃洪勇，樓陽，邱磊.界面推進劑弱強度層的形成與抑制[J].固體火箭技術，2017（03）.