Improving Bond Strength at Propellant–Liner Interfaces

Melhorar a força de adesão propulsor -liner Interfaces

Em motores de foguetes sólidos, um forte vínculo na interface propulsor-liner garante que as funções propulsor comoprojetados. Se os degums interface, área de superfície de queima do propulsor vai mudar eo desempenho do internobalística vai ser adversamente afetados. Neste estudo, os dois casos de falha do motor são considerados para investigar métodos paramelhorar a resistência da ligação entre o propulsor e o grão de interface revestimento, com o objectivo de conseguir uma tracçãoforça superior a 8 kg / cm2 requisito. Foi utilizado polibutadieno terminados em hidroxilo como o forromaterial. Este material baseia-terminação hidroxilo-polibutadieno foi condicionado e processado sob acondições de pressão 5-20 e 60-70 torr temperatura ° C. Além disso, o diisocianato de tolueno foi considerado como oendurecedor e o seu conteúdo foram aumentadas no forro por 0 (isto é, conteúdo original), 2, 5, 10, e 15% para se obterdiisocianato de NCO / OH de equivalência rácios de 1.035, 1.057, 1.087, 1.144, e 1.187, respectivamente. Depois disso, bondForam realizados testes e análises de força. A resistência à tracção aumentada gradualmente com o aumento toluenodiisocianato de conteúdo no forro. A resistência de ligação foi encontrada para melhorar a aumentar após o revestimento, realizandopolibutadieno aquecimento e pré-tratamentos de extracção sob vácuo, e o aumento do tolueno com terminação hidroxiloteor de di-isocianato de 10%I. IntroduçãoMotores foguetes de combustível sólido, que são usados principalmente na defesa etecnologias de armas, geralmente inflamar após armazenamento a longo prazoe transporte freqüente. Portanto, os efeitos de tempo emudanças ambientais em vários tipos de motores devem ser cuidadosamenteconsiderado. A câmara de combustão de um motor de foguete sólido compreende um motorcaso, isolador, revestimento, agente propulsor, e outros componentes (Fig. 1) [1]. Dentroo estudo desses motores, três principais interfaces de títulos precisam serconsiderado: propulsor-liner, forro isolante, isolador e de açointerfaces de shell.Terminados em hidroxilo polibutadieno (HTPB) é usado extensivamentecomo um aglutinante em propulsores de foguetes sólidos. Mistura eficaz e fundição deo propulsor são necessários para estender seu ciclo de vida. Adicionalmente,Os propulsores são vulneráveis ao envelhecimento quando armazenados em ambiente variando

condições. Para evitar desgomagem no propulsor-isoladorinterface, um forro é revestido no isolador através de química de interfacereações e interações físicas entre os materiais do forro,propulsor, isolador, e caso a motor. Uma boa força de ligação de interfacegarante a integralidade da estrutura de grãos e confiabilidade dofunções do motor. É também um factor importante na vida de serviçoavaliação de motores de foguete sólidos. Falha de adesão pode ocorrer devidofatores como alterações nas propriedades materiais decorrentes de ligaçãoou armazenamento e descolamento do propulsor do forro pela interface deenvelhecimento. Durante os processos de armazenamento e operação, o grão e linertêm de suportar vários tipos de estresse, como o stress causado pelo calormudanças na temperatura ambiental na área de armazenamento eoestresse induzido por vibrações e choques durante o transporte, fogueteignição, e vôo de mísseis. Portanto, o revestimento e o propulsor deveter suficiente resistência à tracção e alongamento Sm Em para prevenirestresse induzido por danos. Em nosso estudo, a Sm e Em foram verificadascontra a Sociedade Americana de Testes e Materiais padrãoD412-98a (2002) e1 [2].Principais factores que influenciam as propriedades de títulos de interface são aisolador, forro, e propulsor eo procedimento da carcaça [3-5]. oisolador é feito de borracha e outros materiais resistentes ao calorI. IntroduçãoMotores foguetes de combustível sólido, que são usados principalmente na defesa etecnologias de armas, geralmente inflamar após armazenamento a longo prazoe transporte freqüente. Portanto, os efeitos de tempo emudanças ambientais em vários tipos de motores devem ser cuidadosamenteconsiderado. A câmara de combustão de um motor de foguete sólido compreende um motorcaso, isolador, revestimento, agente propulsor, e outros componentes (Fig. 1) [1]. Dentroo estudo desses motores, três principais interfaces de títulos precisam serconsiderado: propulsor-liner, forro isolante, isolador e de açointerfaces de shell.Terminados em hidroxilo polibutadieno (HTPB) é usado extensivamentecomo um aglutinante em propulsores de foguetes sólidos. Mistura eficaz e fundição deo propulsor são necessários para estender seu ciclo de vida. Adicionalmente,Os propulsores são vulneráveis ao envelhecimento quando armazenados em ambiente variandocondições. Para evitar desgomagem no propulsor-isoladorinterface, um forro é revestido no isolador através de química de interfacereações e interações físicas entre os materiais do forro,propulsor, isolador, e caso a motor. Uma boa força de ligação de interfacegarante a integralidade da estrutura de grãos e confiabilidade do

funções do motor. É também um factor importante na vida de serviçoavaliação de motores de foguete sólidos. Falha de adesão pode ocorrer devidofatores como alterações nas propriedades materiais decorrentes de ligaçãoou armazenamento e descolamento do propulsor do forro pela interface deenvelhecimento. Durante os processos de armazenamento e operação, o grão e linertêm de suportar vários tipos de estresse, como o stress causado pelo calormudanças na temperatura ambiental na área de armazenamento eoestresse induzido por vibrações e choques durante o transporte, fogueteignição, e vôo de mísseis. Portanto, o revestimento e o propulsor deveter suficiente resistência à tracção e alongamento Sm Em para prevenirestresse induzido por danos. Em nosso estudo, a Sm e Em foram verificadascontra a Sociedade Americana de Testes e Materiais padrãoD412-98a (2002) e1 [2].Principais factores que influenciam as propriedades de títulos de interface são aisolador, forro, e propulsor eo procedimento da carcaça [3-5]. oisolador é feito de borracha e outros materiais resistentes ao calorteor de água ea propriedade de absorção do endurecedor pode afetar

as propriedades de títulos de interface. AndWalters Byrd [6] especulado que, de

as duas interfaces ligadas por o revestimento, o revestimento de interface de propelente

é mais fraca do que a interface do forro isolante, e que o primeiro

desmucilagem sofre mais facilmente. Por isso, os adesivos que showgood

compatibilidade com o propulsor são seleccionados como o material de revestimento.

Durante o endurecimento do revestimento, a polimerização ocorre principalmente no

isocianato [NCO] e hidróxido de grupos [Oh]. O endurecedor no

forro deve possuir não só adequadas propriedades mecânicas, mas também um

[número suficiente de grupos NCO] para reagir com o agente propulsor ou

isolador para obter a resistência de ligação desejada. Assim, o revestimento deve

ter uma quantidade suficiente de conteúdo de endurecedor para aumentar a sua química

reatividade capacidade anti-interferência [7] e bondability dentro do

região de interface. A taxa de cura anti-interferência capacidade, química

propriedades do propulsor, e as forças exercidas interfaciais pela

oxidante partículas da formulação forro pode afetar diretamente o

capacidade de ligação do revestimento. Um número suficiente de [] NCO grupos garantir

reações químicas com grupos [Oh] de HTPB e umidade. este

pode equilibrar [] NCO grupos do propulsor e conseguir uma

desenho estequiométrica para evitar propulsor de amolecimento de interface

adição de um oxidante para o agente ligante de revestimento, ou uma substância com um

grupo de ligação, pode efetivamente melhorar a resistência de união do forro

[8]. Perturbações resultantes durante a colagem pode levar ao endurecimento de

o propulsor, o que o torna facilmente amolecer. É também bondability

consideravelmente influenciado pelos processos de carga do foguete sólido

motor e as operações à prova de umidade para o motor. Porque

o coeficiente de expansão linear de um caso do motor é muito menor do que

as de polímeros orgânicos, a resistência à tracção do revestimento deve ser

maior do que a do propulsor de grãos; Além disso, o alongamento do forro

deve ser muito maior do que a do grão propelente. Wingborg

[9] e Haska et ai. [10] realizada investigação sobre o desenvolvimento de um

poliuretano (PU) elastomérico utilizando HTPB / diisocianato de isoforona

(HTPB-IPDI) .Wingborg [9] discutiu a influência de mudar o

[NCO] / [OH] Relação de equivalência 0,9-1,3 na mecânica

Propriedades de HTPB-IPDI e PU. Neste estudo, testou-se a

influência da utilização de di-isocianato de tolueno (TDI) como um endurecedor da

liner na resistência de união. Nós investigamos a força de união

vários conteúdos TDI. Para o teor inicial de TDI, a NCO / OH

peso equivalente (eq. em peso) ficou em 1.035. A resistência de união

depende das propriedades mecânicas do grão e propulsor

forro. No entanto, Sm e Em do forro deve ser muito maior do que

aqueles do grão propelente. Por conseguinte, a resistência de união

depende especificamente sobre a exigência de projeto Sm (8 kg / cm2 [2]) de

o grão propelente. Um valor superior a 8 kg / cm2 podia evitar

falha.

II. Material e métodos

A. Métodos

Neste estudo, foram considerados casos de falha do motor (caso 1) e

descolamento da interface entre o propulsor e o forro (caso 2) de um

motor de foguete sólido para investigar métodos para melhorar o vínculo

força entre o grão propelente ea interface forro, com

o objectivo de alcançar uma resistência à tracção superior a 8 kg / cm2

requisito. O micro formada nos motores após 16 h de baixa temperatura

(-10 ° C) o teste. Podemos observar a macroscópica

comportamento, danos, e falha dos materiais e a sua microestrutura

dependência por meio de testes o micro. Frontal e

testes de raios-X foram realizadas backend no grão propelente, e a

os resultados são mostrados na Fig. 2. A interface entre a descolagem

propulsor e o forro do motor de foguete sólido é mostrada na Fig. 3.

A imagem à direita mostra o forro seguinte propulsor expostos

descolagem de grãos e peeling. Existem diferentes tons de cor

sobre os dois lados da seta. A região mais escura mostra o propulsor

descolagem de grãos e descascando, com o forro exposto.

O testeresultados mostraram que a má aderência do revestimento com a interface de grãosocorreu na abertura oblíqua da camada isolante. Falhaanálise por testes revelou o micro Sm a ser de 9,59 e 9,47 kg / cm2e Em para ser 56.75 e 51,04% para os casos 1 e 2, respectivamente. Estesresultados mostram que o grão propulsor tem boas propriedades mecânicascomparado com os valores padrão Sm e EM OF8 kg / cm2 e 40%,respectivamente. Quando o propulsor e o revestimento são feitos de adequadomateriais e o revestimento é curado normalmente, o produto é dito ser dealta qualidade. A falha pode resultar a partir da resistência de ligação insuficienteentre o grão propelente eo forro.Neste estudo, nós experimentalmente investigada relacionados com qualidade

fatores a partir das perspectivas de processo e materiais [11]. oexperiência foi dividida em duas partes:1) No estudo do grão propelente e forro com diversos TDIconteúdo, o material de revestimento foi seca e o teor de TDI endurecedorfoi aumentada. Os efeitos dessas mudanças na resistência de união foramdeterminado. O fluxograma experimental é mostrado na Fig. 4.2) Durante o aquecimento HTPB e extração a vácuo , foi HTPBvácuo e aquecida foi introduzido durante a mistura do propulsorgrãos e forro . As forças de ligação a vários conteúdos TDIForam avaliadas . O fluxograma experimental é mostrado na Fig . 5 .B. Caracterização de MateriaisA cadeia principal HTPB tem três isômeros cis-: 1,4; vinil-1,2; etrans-1,4. Devido ao bom anti-envelhecimento propriedades, a vida de armazenamento longo,e baixa viscosidade de HTPB, mais sólidos pode ser adicionado a ele para aumentara energia do propulsor ou que lhe permita actuar como um ligante combustível. odensidade de reticulação na matriz aglutinante afecta significativamente tantopropriedades mecânicas e envelhecimento do propulsor composto [12].O comportamento de envelhecimento dos propelentes sólidos compósitos à base de HTPB foiestudada como uma função de densidade de reticulação, que é predominantementedeterminado pela relação molar de di-isocianato de hidroxilo dadas(Relação NCO / OH). A Tabela 1 mostra que, para um dado tempo de envelhecimento, uma maiortemperatura conduz a uma densidade de reticulação mais elevada, que por sua vez leva amaior resistência à tracção e alongamento. Após o envelhecimento, nuclear magnéticaressonância, transformada de Fourier espectroscopia no infravermelho, ecalorimetria de varrimento diferencial foram realizadas para identificar oalterações na densidade de reticulação de HTPB e compreender oenvelhecimento mecanismos que afectam as propriedades mecânicas de propulsores.A Tabela 2 apresenta as propriedades físicas e químicas típicas de HTPBconsiderada neste estudo [13-16].O revestimento foi sujeita a cura durante 24 h antes de fundição grão. oexperiência foi conduzida de acordo com os constituintes epassos de fabrico para o revestimento listado no Quadro 3. O propulsorsolução foi preparado de acordo com as especificações listadas no Quadro 4e foi lançado na área de testes depois. Isto foi seguido pelacura, durante a qual um revestimento com uma espessura de mais de 5 mm foiobtida.A Figura 6 mostra as amostras de teste em que o propulsor e grãosforro foram colados. As amostras foram deixadas em repouso durante mais do que 6 hapós a colagem. A ZWICK universalprüfmaschine 1476 ensaio de traçãomáquina foi usado para configurar e testar as amostras. Os testesa temperatura foi de 25 ° C, e a velocidade de ensaio foi de 50 mm / min.

Resultados e discussão

Para determinar as razões para a falha do motor em dois considerada

casos , ensaios repetidos foram realizados sobre o forro compreender o

influência de mudanças no conteúdo TDI sobre a força de união da

propulsor interface de grão-liner. Os resultados dos testes mostraram que a ligação

força aumentou com o teor TDI. No entanto, o vínculo

força foi sempre inferior a 8 kg / cm2 (Fig. 7); isto é, não o fez

cumprir os requisitos de qualidade.

Para investigar mais as razões para o fracasso, o mecânico

Propriedades (SM e EM) do revestimento foram determinadas e verificou-se

boa e muito melhor do que os grãos do propulsor (Fig. 8).

Portanto, a falha também pode estar relacionada com a força de ligação insuficiente

entre o grão propelente eo forro.

Nós, então, focado no forro de A1-A5 e B1-B5.We sujeitou a

Aquecimento HTPB e extração a vácuo pré-tratamento e examinou o

efeitos de mudanças no conteúdo TDI na resistência de união entre

o grão propelente eo forro. Os valores de resistência de união, assim,

alcançados foram consideravelmente mais elevados do que 8 kg / cm2 (Fig. 9).

A Figura 10 mostra a resistência de união entre o grão propelente e

revestimento após o armazenamento durante diferentes dias. Após envelhecimento durante 90-120 dias, o

resistência à tracção significativamente diminuída. Seguindo semicuring, o

liner foi lançado um produto semi-acabado. Este período normalmente precisa

14 dias. A Tabela 5 resume o efeito do estado de cura do forro

na resistência à tracção. De acordo com os resultados apresentados na Tabela 6, nós

Conclui-se que o propulsor pode ser convertido com segurança até 14 dias após

o revestimento de forro sem afetar as propriedades da interface. Na sala

temperatura e humidade relativa de <50%, o período de armazenagem do

forro é de 60 dias. Os resultados do teste de tempo de serviço do revestimento depois

armazenamento durante 14 dias (HTPB foi aquecida e foi introduzida a vácuo

durante a mistura do grão propelente e o forro) mostraram que,

no caso de um teor de TDI de TDI (original ) 10 % , a ligaçãoresistência do revestimento era 8,95 kg / cm2 , que satisfez a qualidaderequisitos ( Tabela 6 ) .Grupos isocianato pode consumir vestígio de humidade no isolamentocamada para impedir a migração da humidade para a superfície do propulsor ,o que leva a uma diminuição da força de ligação . Durante o armazenamento, umidadeabsorvida pelo revestimento afecta o grau de interface de descolagem . oefeitos da umidade do ambiente sobre a força de aderência àInterface de forro e o propulsor de grãos estão resumidos na Tabela 7. Areconfirmar os resultados do teste que , nos quatro experiências consecutivasrealizada após aquecimento HTPB , extracção por vácuo , e aumentandoo teor de TDI , a resistência de união exceeded8 kg / cm2 ( Tabela 8 ) . Nãofenómeno de descolamento pode ser observado nos resultados do teste de raio - x . esteque mostra a união da interface do grão propelente e forroera forte (Fig. 11).

V. conclusões

Com o objetivo de melhorar a resistência de união do

interface de propulsor - revestimento , o material de revestimento foi sujeita a

pré-tratamentos . Verificou-se que este objectivo pode ser alcançado através

realizando aquecimento HTPB e extração a vácuo em pré-tratamentos

conjunto com o aumento do teor de TDI . A resistência à tracção Sm

mostrou um aumento gradual com o aumento do teor de TDI no forro .

Especificamente , um aumento na resistência de união foi com sucesso

conseguida através da melhoria do forro, realização de aquecimento e HTPB

vácuo pré-tratamentos de extração , e aumentando o teor de TDI por