HTPB/IPDI推进剂装药界面弱粘接增强技术的探析

宋文　罗涛　陈芳

摘 要：本文对HTPB/IPDI推进剂装药界面弱粘接增强技术进行了深入研究。本文分别对-NCO消耗速度在绝热层表面预处理作用下受到的影响、界面粘接强度在绝热层表面预处理作用下受到的影响、药柱近界面推进剂固化在绝热层表面预处理作用下受到的影响进行了深入分析，具有重要意义。

关键词：HTPB/IPDI推进剂；装药界面；粘结性能

自1970年研发出HTPB /IPDI推进剂以来，由于其具有多种优点，包括可研制高燃速与高固体含量推进剂配方、良好的力学性能、药浆适用时间长等，现已发展成为全球各地的一大主要复合固体推进剂，当前很多不同型号的固体火箭发动机装药均在使用HTPB /IPDI推进剂。但是HTPB /IPDI推进剂也存在一些不足和缺陷，尤其是在HTPB /IPDI推进剂的装药界面，极易发生弱粘接现象，严重时还会发生界面脱粘现象，嚴重威胁了固体火箭发动机的工作可靠性、结构完整性，由一旦HTPB /IPDI推进剂的装药界面出现脱粘现象，壳体便会出现失强、过热等不良现象，发动机最终会失效或者解体。华立等人从多个方面对推进剂进行了深入研究，包括环境因素、实施工艺、组分迁移、绝热层配方等，同时对固体推进剂装药界面粘接性能在不同因素下受到的影响进行激烈讨论，最后对多个界面粘接性能造成影响的规律进行有效总结，对界面粘接性能的技术措施进行了有效改善，根据大量实验结果，对一些产品在研发过程中发生的脱粘问题进行了有效解决。不过因为固体推进剂装药界面的粘接是非常复杂的，当前整个同行均亟待解决的问题均为界面弱粘接、脱粘问题。所以对HTPB /IPDI推进剂装药界面的粘结可靠性、粘结强度进行有效提高，是当前主要研究工作内容。

在过去人们工作的基础下，对于HTPB / IPDI推进剂体系，进行了很多相关研究，除了吸附水分、衬层吸收水分这两个原因以外，绝热层间活性物质发生反应或者迁移等也是造成界面推进剂出现弱强度层的重要原因。HTPB/IPDI推进剂装药界面在上述各种原因影响作用下，造成固化剂异氰酸酷的大力消耗，严重降低固化参数，导致固化交联程度的下降。本文选用/三元乙丙绝热层粘接体系、IPDI推进剂、HTPB推进剂等作为主要研究对象，通过选用表面处理剂，在衬层成型之前预处理绝热层表面，对含活泼氢小分子物质扩散迁移到推进剂现象进行有效避免，对固化剂IPDI的额外消耗量进行有效降低，以对在界面推进剂区域中产生弱强度层进行有效抑制，以对界面粘结强度进行有效提高。

1 -NCO消耗速度在绝热层表面预处理作用下受到的影响

在HTPB/IPDI推进剂装药界面中，化学键是一种最佳的作用力，能够为界面赋予相应的黏结强度，由于两个分子或者两个原子在对电子对进行共享时，才会表现出最强的作用力。通过-NCO和一些含活泼氢基团产生化学反应，HTPB/IPDI推进剂装药界面粘接才能够发挥出相应的化学键合作用。所以，在衬层预固化结束以后，界面粘结的一大重要因素就是剩余的-NCO浓度。通过大量研究后，不难发现，衬层在绝热层表面中发生预固化反应过程中，和本体消耗速度相比，-NCO的消耗速度更快一些，在发生反应三小时以后，衬层在绝热层表面约剩余7.5%的-NCO，衬层本体约剩余16%的-NCO。但是在表面处理剂进行预处理以后，衬层在绝热层表面进行预固化时，-NCO的消耗速度显著下降，在发生反应三小时以后，衬层在绝热层表面约剩余16.5%的-NCO，和热层表面没有进行预处理比较，约提升1倍，这说明-NCO消耗速度在绝热层表面预处理作用下，能够显著降小，能够对HTPB /IPDI推进剂装药界面的粘接强度进行有效提高。

2 界面粘接强度在绝热层表面预处理作用下受到的影响

衬层在成型之前，针对三元乙丙绝热层表面，通过选用表面处理剂对其进行预处理后，能够对HTPB / IPDI推进剂装药界面的粘接强度进行有效提高。另外，装药界面粘接性能的一大重要影响因素还有绝热层烘干程度。一般来说，随着绝热层烘干时间的不断变长，界面粘接强度会变得越强。

3 药柱近界面推进剂固化在绝热层表面预处理作用下受到的影响

和粘接试件比较，药柱的装药环境是非常接近于发动机的。在没有预处理绝热层情况下，在固化期间，药柱近界面推进剂具有显著的弱强度层，在本区域中的推进剂没有固化，但是在药柱内部推进剂的固化交联是比较好的，通过进行测量以后，在固化3天时，近界面推进剂弱强度层的厚度为4mm，在固化4天时，近界面推进剂弱强度层的厚度为3mm，在固化5天时，近界面推进剂弱强度层的厚度为2mm，即随着固化时间的推移，近界面推进剂弱强度层的厚度不断变薄。由此可以证明，针对绝热层表面，在对其进行预处理以后，能够对近界面推进剂弱强度层的形成起到显著的抑制作用，能够对HTPB /IPDI推进剂装药界面的粘接性能进行有效提升。

4 小结

通过本文研究后，得出以下结论：在衬层成型之前，在预处理绝热层表面以后，能够对HTPB /IPDI推进剂装药界面的粘接强度进行有效提高；在衬层成型之前，在预处理绝热层表面以后，能够对近界面推进剂弱强度层的形成起到显著的抑制作用；近界面推进剂在固化期间，药柱并不会产生显著的弱强度层现象；在衬层成型之前，在预处理绝热层表面以后，能够对HTPB /IPDI推进剂装药界面弱粘接性能进行有效提高。

参考文献：

[1]詹国柱，黄洪勇，楼阳，邱磊.界面推进剂弱强度层的形成与抑制[J].固体火箭技术，2017（03）.