热致性液晶聚芳酯纤维的制备与热处理

热致性液晶聚芳酯(TLCP)纤维是一类具有较高强度与模量的高性能纤维。将由4,4'-二苯醚二甲酸、4-乙酰氧基苯甲酸、1,4-二乙酰氧基苯撑、2,6-萘二甲酸和对苯二甲酸熔融缩聚制得的新型液晶聚芳酯,通过熔融纺丝制得初生纤维,然后经热处理,制备高强、高模TLCP纤维。通过金相显微镜、差示扫描量热仪、热失重仪、纤维强力仪等对该TLCP初生纤维与热处理后的纤维性能进行了研究和表征。

拉剪复合试验测试炸药晶体/粘结剂界面力学特性

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)中炸药晶体/粘结剂界面的力学特性,设计了一种可实现0°、15°、30°、45°、60°、75°及90°共7个角度拉伸的拉剪复合加载夹具,实现了PBX界面单轴拉伸、纯剪切及拉剪复合作用的多状态加载。制备了用于拉剪复合试验的模拟界面,开展了拉剪复合试验测试炸药晶体/粘结剂界面力学特性的方法研究。结果表明,PBX界面的剪切破坏载荷为0.980 MPa,大于拉伸破坏载荷0.759 MPa,随着加载角度的增加,拉应力不断降低,剪应力不断增加,而复合应力随加载角度的增加线性增大。提出了一种椭圆模型用于描述PBX界面的强度相关性规律:σ~2/a^2+τ~2/b^2=1,该模型可以较好地描述PBX中炸药晶体/粘结剂界面的拉剪强度特性。

TATB基PBX张开型裂纹起裂及扩展行为

为研究1,3,5?三氨基?2,4,6?三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药(PBX)中张开型裂纹在准静态载荷下的失效与破坏行为,设计了含预制裂纹的半圆盘弯曲试验,应用数字图像相关方法和90000 fps的高速摄影技术分别研究了实验中裂纹的起裂及扩展行为。结果表明,试样沿预制裂纹方向发生脆性劈裂破坏,应变分析显示裂纹尖端有显著的拉伸应变集中区域。在裂纹扩展路径上仅裂纹尖端区域的应变演化有显著的时间效应,且演化过程有一个显著的拐点,约0.85 p_(max)载荷,裂纹尖端的应变集中效应在拐点后才开始显现并快速扩展。裂纹扩展过程中有显著的塑性迟滞现象。裂纹尖端的应变分布和演化特性的分析表明,TATB基PBX在裂纹尖端局部发生了塑性变形,且塑性变形对裂纹的起裂与扩展行为有明显影响。

高性能聚芳酯纤维的研制和表征

介绍了热致性液晶聚芳酯纤维的制备。选用双酚A、对苯二甲酸、间苯二甲酸为单体进行熔融聚合,制得具有不同相对分子质量的双酚A-对/间苯二甲酸共聚酯,探索了后续固相聚合工艺,研究了后续固相聚合对原熔融聚合物相对分子质量、热性能以及力学性能的影响。原聚合物再经固相聚合及不经固相聚合的两种聚芳酯在不同的纺丝和热处理工艺条件下,可以获得力学性能相近的聚芳酯纤维,为进一步研制热致液晶型聚芳酯纤维生产路线提供可靠的工艺数据。

芳香族共聚酯的固相聚合和熔融纺丝

为制备高强高模芳香族共聚酯纤维,本文研究了低分子质量芳香族共聚酯的固相聚合,分析了固相聚合前后芳香族共聚酯的流变性能,并进行了熔融纺丝实验。结果表明,通过固相聚合可以大大提高芳香族共聚酯的分子质量,其熔体为非牛顿流体,呈现明显的切力变稀行为,且随着温度的升高,表观黏度下降,非牛顿指数变大。固相聚合后初生纤维的力学性能较固相聚合前有大幅度的提高。SEM照片显示,芳香族共聚酯纤维由约5μm的大原纤和约1μm的原纤构成。

PBX断裂力学行为研究进展

从常用实验方法、细观断裂模式、宏观断裂力学以及动态断裂方面,概述了近年来国内外关于PBX断裂力学行为的研究状况;介绍了PBX宏观和细观断裂特征及表征手段;阐述了细观结构、力学特性、温度和加载率对PBX断裂行为的影响。指出应开展PBX细观微裂纹萌生和扩展、宏观起裂机理研究,及动态加载下PBX裂纹扩展行为研究,建立适合PBX材料特性的复合型断裂准则。附参考文献51篇。

压痕法测试NEPE推进剂/衬层界面的弹性模量

通过推进剂压痕测试方法及试验数据的处理,实现了NEPE推进剂/衬层界面区以及推进剂本体的弹性模量测试。结果表明:NEPE推进剂界面区弹性模量低于其本体弹性模量;65℃老化条件下,在试验时间内,总体上推进剂本体和界面区的弹性模量均增大,但老化后界面区与本体弹性模量的变化存在一定的差异。

双(多)轴力学性能测试设备及应用

介绍了双(多)轴向测试设备的原理、加载方法及其在材料领域中的应用。

陈氏法在TATB基PBX蠕变特性研究中的适用性分析

为提高高聚物粘结炸药(PBX)蠕变行为研究的实验效率以便进一步研究其长期服役性能,探索分析了陈氏法在PBX蠕变特性研究中的适用性。采用陈氏梯级加载法和常规加载法分别对某TATB基PBX材料进行了应力水平为5.5,11,16.5,22 MPa的单轴压缩蠕变实验。采用陈氏数据处理法处理了梯级加载蠕变实验结果,得到了分别加载下的蠕变曲线,并与常规加载法得到的蠕变曲线进行了对比。结果表明,5.5 MPa和11 MPa应力水平下两种方法得到的蠕变曲线是重合的,但陈氏方法得到的蠕变曲线低于16.5 MPa和22 MPa应力水平下用常规方法得到的蠕变曲线,这表明陈氏方法可在低应力水平下很好地应用于材料的蠕变实验研究,可应用于长期服役性能的进一步研究,在高应力水平下,观察到了明显的蠕变硬化效果,陈氏法所得蠕变曲线只有在蠕变变形阶段与真实常见蠕变一致,而在瞬态弹性变形阶段发生折减。

含缺口PBX药柱热冲击响应的数值模拟及试验

针对脆性高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX)的热应力破坏问题,开展了缺口药柱热冲击响应的数值模拟和实验研究。采用温度相关的热弹塑性模型对PBX药柱在50℃平衡温度、10℃·min^-1条件下的热传导和热应力进行了二维轴对称仿真分析,并利用温度-应变-声发射监测技术,在温度箱风冷试验中进行了验证。数值模拟结果表明,降温温度冲击过程中,受热近表面存在一种温度边界层,使内外表面产生较大温差,并在药柱柱面中心产生超过PBX拉伸强度的轴向拉应力;位于柱面中部的缺口使热应力放大,并加剧试样破坏的进程,其中R2的缺口圆柱的应力梯度变化最明显,应力集中系数超过1.6。实验结果表明,PBX药柱热冲击破坏方式为表面拉伸热应力超过材料拉伸强度导致的脆性断裂破坏,热冲击破坏时的信号特征表现为应变发生突变并产生高幅值声发射信号。数值模拟得到的缺口药柱、无缺口药柱的临界断裂温差分别为8.3℃和12.6℃,试验数值分别为9.2℃和12.5℃,二者吻合良好。

聚苯硫醚单丝的制备

聚苯硫醚(PPS)单丝是一种新型的高性能纤维,具有很好的耐化学稳定性和耐热稳定性。阐述了PPS单丝制备的工艺过程,研究了原料及其干燥和纺丝温度、喷丝板规格、牵伸温度与倍数、热定型温度对PPS单丝性能的影响。结果表明,选择可纺性良好且干燥后含水率低于50μg/mL的切片,孔径为2mm和长径比为1:5的喷丝板,一级牵伸温度98℃,二级牵伸温度190℃,牵伸倍数为4.5倍,热定型温度210℃,所制备的聚苯硫醚单丝性能良好。

热致性液晶聚芳酯纤维的制备与结构研究

介绍了利用低分子质量和高分子质量热致性液晶聚芳酯(TLCP),通过熔融纺丝制备TLCP初生纤维的加工工艺及后处理方法,分析了纺丝过程中TLCP熔体在喷丝板下方的形变过程,并通过扫描电镜、广角X-射线衍射仪、纤维强度仪对TLCP纤维的结构和性能进行表征,为热致性TLCP纤维的工业化提供了可靠的工艺参数。