增塑剂DOS在EPDM绝热层中的迁移特性

为了优化丁羟(HTPB)推进剂与三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的应用匹配性,采用浸泡实验、接触实验和复合验证等方法,研究了HTPB推进剂中的增塑剂癸二酸二异辛酯(DOS)向EPDM绝热层迁移的特性及其对绝热层性能的影响规律。结果表明:由于极性相近,DOS容易向EPDM绝热层中发生大量迁移,其初期迁移量较显著且饱和迁移量约为52%;EPDM橡胶的结构参数对绝热层硫化胶的耐DOS迁移特性影响不明显;致密的绝热层交联网络有利于减少DOS在其中的迁移量;绝热层厚度增加时,DOS迁移速率变缓,迁入量减小。HTPB推进剂/HTPB衬层/EPDM绝热层粘接体系复合验证结果表明:在推进剂固化过程中DOS已向绝热层发生迁移,导致绝热层的力学性能和烧蚀性能大幅下降;推进剂固化结束后,绝热层的力学性能下降了55%,线烧蚀率增加了20%;70℃贮存30 d时,力学性能下降超60%,线烧蚀率增加了28%;在EPDM绝热层与HTPB衬层之间设置一层环氧基阻迁移层,可以大幅降低推进剂中的增塑剂DOS在绝热层中的迁移量且能够形成良好粘结。

硅树脂/EPDM绝热材料的性能及陶瓷化机理

采用SEM、TG、DSC、拉伸试验和氧-乙炔烧蚀试验,研究了硅树脂对EPDM绝热材料力学性能、热稳定性以及耐烧蚀性能的影响,并分析了硅树脂/EPDM绝热材料在烧蚀过程中炭化层的陶瓷化机理。结果表明:随着硅树脂含量的增加,绝热层的抗拉强度和断裂伸长率均有所降低;在硅树脂含量为35 phr时,绝热层的热稳定性以及耐烧蚀性能最好,残炭率能达到30%左右,线烧蚀率最小为0.048 mm/s;观察形貌发现,含硅树脂绝热层烧蚀后形成的炭化层更致密坚硬,孔洞更小,耐冲刷性能更好。添加硅树脂能够有效提高EPDM绝热层的耐烧蚀性能,其作用机理主要是通过高温下分解产生的硅氧化物与碳进行碳热还原反应形成碳化硅和其熔融态将炭化层粘结在一起,最终形成一种类陶瓷结构的炭化层。

埃洛石-二氧化锆改性聚磷腈橡胶基复合材料高温烧蚀行为和原位陶瓷化反应

聚磷腈橡胶(PDPP)具有优异的阻燃性、热稳定性和高残炭率,是一种潜在的制备耐烧蚀绝热层的橡胶基体。为提高PDPP复合材料的耐烧蚀性,以埃洛石(HAL)和二氧化锆(ZrO_(2))为陶瓷化填料制备了HAL-ZrO_(2)-PDPP基复合材料,研究了这种混合陶瓷化体系对复合材料力学性能、热稳定性和烧蚀性能的影响。结果表明,HAL和ZrO_(2)陶瓷化填料对PDPP复合材料的拉伸力学性能和热稳定性无明显影响;含5 phr HAL和15 phr ZrO_(2)的PDPP复合材料拉伸强度为4.57 MPa,断裂伸长率为104.4%,经氧乙炔烧蚀后的线烧蚀率为0.060 mm/s,相较于单独使用HAL和ZrO_(2)分别提高了43.4%和33.2%。XPD和XPS结果表明,PDPP橡胶基体热解后的残炭分别与SiO_(2)和ZrO_(2)发生了生成SiC和ZrC的原位陶瓷化反应。在烧蚀过程中,低熔点陶瓷化填料熔融将基体热解形成的炭层与高熔点陶瓷粘结,使之成为含陶瓷-玻璃-热解炭复相结构的致密且具有一定强度的类陶瓷层,对提高复合材料的耐烧蚀性有积极作用。

聚磷腈复合材料的烧蚀数值仿真

聚磷腈(PDPP)弹性体具有优异的阻燃性、抗小分子迁移能力和低发烟量特性,在固体火箭发动机内绝热层中具有潜在应用价值。为预测PDPP复合材料的耐烧蚀性能,首先利用热重曲线计算PDPP复合材料的热解反应动力学参数,然后基于阿伦尼乌斯方程、傅里叶热传导方程和达西定律建立复合材料的烧蚀模型,最后使用COMSOL软件对复合材料的烧蚀过程进行数值仿真,预测复合材料在给定工况下的温度分布、热解程度分布、孔隙压力分布、热解气体质量通量分布和烧蚀表面退移。结果表明,计算所得线烧蚀率为0.067 mm/s,与氧-乙炔试验结果对比误差为11.7%。PDPP复合材料烧蚀过程中的温度分布会影响基体的热分解反应,使热解层的位置逐渐向底面移动,相应地最大孔隙压力和热解气体质量通量区域逐渐向材料内部移动且两者数值逐渐减小。

可陶瓷化EPDM绝热材料的烧蚀特性及陶瓷化机理

绝热层中炭化层的特性与其耐烧蚀性能紧密相关。通过对可陶瓷化三元乙丙(EPDM)绝热材料氧乙炔烧蚀特性和成分进行表征分析,得到了线烧蚀率与炭化层不同参数之间的相关性,分析了类陶瓷炭化层的形成机理。结果表明,当可陶瓷化硅树脂填料含量在35~40 phr时,炭化层结构更致密,硬度更高,孔隙率更小,陶瓷产物更多,有效提高了EPDM绝热层的耐烧蚀性能;线烧蚀率与炭化层的结构与成分之间存在强相关性;类陶瓷炭化层结构的形成主要分为高分子聚合物的热分解、小分子物质的化学气相沉积、烧蚀表面SiC的原位生成和熔融SiO_(2)在炭化层中的填充粘结四个阶段,最终形成一种Si—O—C的复相陶瓷结构。

成型压力对EPDM绝热层性能影响研究

为了减少复合材料壳体成型缺陷并优化壳体缠绕工艺,本文采用显微镜观察了较低硫化成型压力下EPDM绝热层内部致密性的变化情况,研究了硫化成型压力对EPDM绝热层本体性能和界面粘接性能的影响规律。结果表明,当成型压力小于0.15 MPa时,硫化后绝热层的内部不致密,存在较多孔隙,表现为密度、力学性能和烧蚀性能均较低;随着硫化成型压力增加,孔隙率逐渐减少直至消失,本体性能和界面粘接性能亦达到一个较高的稳定值,满足使用要求。

EPDM/CR并用橡胶绝热层性能研究

不同种类的橡胶并用是提高制品性能的有效途径之一。通过在三元乙丙橡胶(EPDM)中混入部分氯丁橡胶(CR),研究了并用橡胶绝热层性能的影响规律。结果表明,在EPDM橡胶中并用适量CR橡胶可以改善其性能。当EPDM/CR并用橡胶中CR用量不大于30份时,并用橡胶的硫化特性、耐热性能和拉伸力学性能可以得到明显改善,而并用橡胶的玻璃化转变温度、制备工艺等基本特性并不会发生本质改变;此外,烧蚀试验结果表明,CR橡胶的混入增加了基材烧蚀后在芳纶纤维表面的沉积量,有利于提高绝热层的耐烧蚀性能;应用结果表明,EPDM/CR并用橡胶绝热层的拉伸强度和烧蚀性能优于单一EPDM橡胶绝热层。

有机短纤维用量和取向对EPDM绝热层性能的影响

研究了芳纶纤维和聚酰亚胺纤维用量和取向方向对绝热层力学性能、收缩率和耐烧蚀性能的影响,并采用高过载模拟烧蚀发动机研究纤维取向对抗冲刷性能的影响。结果表明,与芳纶纤维相比,采用聚酰亚胺纤维显著提高EPDM绝热层力学性能和耐烧蚀性能,降低断裂伸长率的各向异性;两种纤维用量相同时,绝热层收缩率基本相当,且随着纤维用量的增加,垂直出片方向的收缩率由4.5%降低至3%并趋于稳定,而平行出片方向收缩率基本无明显变化,约0.1%;与平行制样工艺相比,采用立式制样工艺有效降低绝热层氧乙炔线烧蚀率,降幅在20%～35%;在高过载地面模拟实验发动机试验下,立式铺设绝热层的线烧蚀率较水平铺设的绝热层显著降低约30%,有效提高了绝热层的抗冲刷性能。

有机纤维长度对EPDM绝热层耐烧蚀性能的影响

为确定三元乙丙橡胶(EPDM)绝热材料配方中有机纤维长度对绝热层材料烧蚀性能的影响,采用光学显微镜和SEM分别表征混炼后纤维长度和形貌,并采用氧乙炔和高过载模拟烧蚀发动机研究不同长度芳纶纤维(PPTA)和聚酰亚胺纤维(PI)对EPDM绝热材料烧蚀性能影响规律。研究结果表明,混炼后初始长度1~6 mm的PPTA纤维经过混炼后形貌严重破损,长度均在1 mm左右,而PI纤维形貌无明显变化,仅初始长度4~6 mm的PI纤维断裂为2.5~3.5 mm;相同纤维长度下,PI纤维填充绝热层氧乙炔线烧蚀率明显低于PPTA纤维填充绝热层;随着PPTA纤维和PI纤维初始长度的增加,氧乙炔线烧蚀率和高过载模拟烧蚀发动机线烧蚀率降低,且PPTA纤维和PI纤维分别在初始长度4 mm和2 mm处氧乙炔线烧蚀率趋于稳定;1、3和5 mm的PPTA纤维与2~6 mm PI纤维共用填充绝热层氧乙炔线烧蚀率相当,但高过载模拟烧蚀发动机线烧蚀率则随着PI纤维长度的变短而降低,PPTA纤维长度变化对其无明显影响;采用初始长度2~3 mm的PI纤维单独或与一定比例PPTA纤维共用,其耐烧蚀性能最佳。

笼型八乙烯基POSS改性EPDM的热稳定性

采用红外光谱(FTIR)和热分析(TG)方法研究不同用量八乙烯基多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)改性三元乙丙橡胶(EPDM)化学反应,并初步探讨了其反应机理。结果表明,经高温硫化可以实现八乙烯基POSS在EPDM橡胶上的接枝,且用量越高,接枝率越高;随着八乙烯基POSS用量的增加,POSS/EPDM热稳定性升高。与理论质量损失率相比,POSS/EPDM实际质量损失明显降低,且随着POSS用量的增加,两者相差越大;其改性机理为八乙烯基POSS上的乙烯基,在过氧化二异丙苯(DCP)热引发剂存在条件下,经高温将其以化学键合的方式连接到EPDM链上,实现POSS对EPDM橡胶的改性。

硫化剂种类对EPDM绝热层性能的影响研究

发动机壳体共固化过程是实现绝热层性能的关键工艺过程。为了优化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层配方性能,科学制定复合材料发动机壳体的共固化工艺制度,提高壳体绝热层成型质量,研究了常用硫化剂种类对EPDM绝热层硫化特性、力学性能、耐热性能和热失重率的影响。结果表明,EPDM/过氧化物体系的起始硫化反应温度较高,硫化速率快,EPDM/硫磺体系的起始硫化反应温度较低,硫化速率较慢;EPDM/过氧化物体系硫化较短时间即可获得较高的力学性能,而EPDM/硫磺体系随着硫化时间逐渐延长,其力学性能呈明显增加趋势;EPDM/过氧化物体系硫化胶片在80℃下的失重率明显高于EPDM/硫磺体系,而且过氧化物的分子结构决定了硫化产物的种类,从而导致不同种类的过氧化物硫化胶片的失重率亦存在较大差别。

高分子增塑剂对EPDM绝热层性能影响研究

为有效降低三元乙丙(EPDM)绝热材料中小分子挥发物含量,研究了液体EPDM(LEPDM)、液体低分子聚丁二烯(LPB)、液体低分子聚异戊二烯(LIR)、液体丁腈橡胶(LNBR)和液体端羟基聚丁二烯(LHTPB)等高分子增塑剂对EP⁃DM绝热层门尼粘度、力学性能、烧蚀性能、老化性能、可挥发分含量和界面粘接性能的影响规律,并与传统橡胶增塑剂液体石蜡进行对比。结果表明,相比传统增塑剂LPO,高分子增塑剂制备EPDM绝热材料挥发分含量显著降低,其中LIR、LEPDM和HTPB三种高分子增塑剂制备绝热材料挥发分含量最低;同时,其玻璃化转变温度升高,断裂伸长率降低,线烧蚀率降低,门尼粘度和抗拉强度基本相当;除LEPDM外其他高分子增塑剂制备绝热材料的EPDM生/EPDM熟界面粘接强度明显下降;EPDM/铝和EPDM生/EPDM生界面粘接强度及70℃热老化性能基本相当。

EPDM绝热层低温拉伸力学性能研究

绝热层的低温力学性能决定了其最低使用温度。为改善三元乙丙(EPDM)绝热层的低温力学性能,研究了测试温度、拉伸速度和配方组成对其低温拉伸力学行为的影响。结果表明,测试温度对EPDM绝热层的拉伸力学行为影响明显,100 mm/min拉伸速度下,测试温度从室温降低至-60℃时,绝热层的抗拉强度不断增加(6→33 MPa),断裂伸长率显著下降(670%→42%),应力-应变曲线出现明显的应力屈服,初始模量显著提高。温度越低,拉伸速度对绝热层应力-应变曲线形态的影响越明显;应力屈服对拉伸速度具有更大的依赖性,提高拉伸速度与降低温度的效应相似。EPDM橡胶基材结构参数对绝热层低温力学性能的影响较明显,橡胶第三单体含量越高,乙烯含量越低,低温力学性能越差;纤维的加入进一步束缚了橡胶分子链段在低温下的活动能力,应力-应变曲线变化亦与降低温度效应相似;补强填料对绝热层的拉伸应力-应变曲线形态影响较小。总体而言,EPDM绝热层在其玻璃化转变温度-40℃附近仍具有较好的力学性能,断裂伸长率仍可达300%以上;当温度降至其脆性温度(约-55℃)以下,断裂伸长率降至极低值,材料不再具有高弹性。

PI短纤维对EPDM绝热层平行压延方向断裂伸长率的影响

研究了聚酰亚胺短纤维(PI)的断裂强度和长度对三元乙丙绝热层(EPDM)平行压延方向上拉伸力学行为的影响,探讨了PI短纤维在绝热层中的分散性对绝热层断裂伸长率的影响,并提出了在Cox剪滞理论基础上的机理解释,使用扫描电子显微镜(SEM)表征了混炼前后的PI短纤维表面形貌与不同强度的PI纤维填充绝热层的拉伸断面形貌。结果表明,随着PI短纤维强度的提高,绝热层伸长率呈下降趋势且PI纤维的分散不均使得绝热层伸长率波动较大;当PI短纤维长度较短时,纤维易被剪切分散,绝热层伸长率较稳定;表面形貌结构规整的PI短纤维在绝热层混炼时高速机械剪切力下不易受损伤;在绝热层的拉伸断面上不同强度的PI短纤维表面均未附着有胶料,与绝热层基体的界面粘合强度均较低。

增塑剂对EPDM绝热层可挥发逸出物影响研究

研究了低挥发性增塑剂种类、用量和预烘温度对可挥发逸出物含量及逸出速率的影响,并与常用增塑剂石蜡油做比较。结果表明,低挥发性增塑剂的挥发逸出物含量均低于石蜡油,80℃预烘100 h大豆油(SO)逸出物含量最低,较石蜡油降低38.60%;80℃预烘7 h,SO由6份增加至15份,单位质量绝热层中SO的失重量增加178%;预烘温度升高更多可挥发小分子达到可逸出沸点,逸出物含量明显增加。改变增塑剂种类和增塑剂用量时,影响逸出速率的主要因素为可逸出物含量,因此可逸出物含量越高,逸出速率越快;升高预烘温度可逸出物含量增加,扩散系数增大,逸出速率增加最为显著。因此,若要降低逸出物含量且使逸出速率增加,可将增塑剂替换为SO,并适当提高预烘温度。

EPDM绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学研究

通过液相色谱法测定EPDM绝热层胶片在不同硫化温度和硫化时间下的残留硬脂酸含量,采用Excel软件和积分法并用的手段研究了(200±10)、(90±10)、(50±10)、(30±10)nm四种纳米氧化锌和对三元乙丙绝热层中氧化锌与硬脂酸反应动力学的影响。结果表明,随着纳米氧化锌粒径增大,反应级数n逐渐增大,最终增幅趋缓,反应级数n趋于一定值;随着纳米氧化锌粒径减小,比表面积增大,粒子的摩尔表面能E^sm增大,速率常数k增大,反应的表观活化能Ea下降,反应速率加快;随着纳米氧化锌粒径减小,粒子的摩尔表面熵降低,反应的摩尔活化熵也随着降低,最终指前因子A也降低。

DCP交联体系EPDM绝热层可挥发逸出物分析

采用恒温失重法、试片预烘法和顶空气相色谱⁃质谱联用技术,系统研究了三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层原材料和过氧化二异丙苯(DCP)硫化体系可挥发逸出物的含量及种类的影响规律,并采用气体扩散理论,对逸出物逸出过程进行解释。结果表明,原材料中对可挥发逸出物影响较大的组分是DCP、硅烷偶联剂和石蜡油(LPO)。DCP硫化体系中影响较大的组分是DCP和LPO,80℃预烘50 h、160℃预烘10 h时,DCP简单体系失重率分别为2.21%、2.22%;与DCP简单体系相比,添加LPO后80℃预烘50 h失重率增加43%,160℃预烘10 h失重率增加122%;此外,DCP简单体系逸出物主要是苯丙烯、苯乙酮和2⁃苯基异丙醇,添加LPO有大量的直链烷烃,添加其他填料逸出物种类没有变化。同时,可挥发逸出物在分子热运动和气体浓度差共同作用下,从绝热层内部不断扩散至外界大气中。

浅谈思维导图在化学学考复习中的应用

思维导图是有效的学习和思维的工具。建立完整的思维导图能够帮助学考生将复杂零碎的化学知识进行总结和梳理,建立全面的知识体系,提高复习的有效性。本文主要探讨思维导图在高中化学学考复习中的应用。