GAP复合固体推进剂细观结构演变特性
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关键 词 ：原 位 扫 描 电 电镜 ；聚 叠 氮 缩 水甘 油 醚 ；复合 固体 推 进 剂 ；细观 结 构 演 变 中 图 分 类 号 ：Ｖ５１２ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００６—２７９３（２０１８）０５—０５８０—０６ ＤｏＩ：１０．７６７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６—２７９３．２０１８．０５．００８
现代 战略 、战术 武 器 的迅猛 发展 ，对新 型 的 固体 推 低 ，含 ＧＡＰ 的高 能 复 合 推进 剂 的力 学 性 能 相 对 较 差 。
进剂的综合性能要求越来越高¨Ｊ。为了使推进剂同时 国内外科 研 人 员 采 用 多 种 方 法 试 图提 高 ＧＡＰ弹性 体
达到 高能 量 、高性 能 的苛刻 要求 ，最 有 效 的途 径 是 采用 与 推进 剂 的力 学 性 能 ，如 提 高 ＧＡＰ的相 对 分 子 质 量 ，
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ＧＡＰ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ， ａｉｍ ｉｎｇ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍ ｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ．Ｉｎ ｃｏｍ ｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ＰＥＧ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｄａｍ ｎｉｆ ｉ— ｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＡＰ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｂｙ ＳＥＭ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎ— ｓｉｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｍｅｓｏｍ ｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ＧＡＰ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｗｉｒｅ—ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｎｄｅｒ ｍａｔｒｉｘ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｗａｓ ｅｖｅｎ ｍｏｒｅ ｎｏｔａｂｌｅ，ａｎｄ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｈｏｌｅｓ ｗｅｒｅ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ＰＥＧ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｏｆ ＰＥＧ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗａｓ ｎｏｔ ｐｒｏｍ ｉｎｅｎｔ．Ｏｎｌｙ ｗｉｒｅ—ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｎｄｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｈａｓ ｅｍｅｒｇｅｄ．
Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎ—ｓｉｔｕ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ；ｇｌｙｃｉｄｙｌ ａｚｉｄｅ ｐｏｌｙｍｅｒ；ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ；ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
０ 引 言
分子 问作 用力 小 ，体 系 内二级交 联 不 足 ，内 聚能 密度 较
第 ４１卷 第 ５期
固 体 火 箭 技 术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｒｏｃｋｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＧＡＰ复 合 固体 推 进 剂 细 观 结 构 演 变 特 性 ①
周水平 ，唐 根 ，庞爱 民 ，吴 芳 ，徐海元 ，宋会彬
（湖北航 天化 学技术研究所 ，襄阳 ４４１００３）
摘要 ：采用原位 扫描 电镜对含 ＧＡＰ的复合 固体推进 剂单轴拉伸 行为进行 分析 ，研 究推进 剂 的细观 结构演 变与拉伸 破 坏行为 。通过与含 ＰＥＧ的复合 固体推进剂进行 对比 ，系统分 析 ＧＡＰ推 进剂的 初始损 伤 类型及其 对 于推 进剂 力学性 能的 影 响 。通 过 分 析 拉 伸 过程 中 ＳＥＭ 图 ，发 现 含 ＧＡＰ的推 进 剂 的 细 观 破 坏 由 粘合 剂 基 体 拉 丝 、断 裂 以 及 粘 合 剂 与 固体 填 料 之 间的 “脱 湿 ”两种 因素 共 同作 用 。 随 着 单 轴 拉 伸 的 进 行 ，推 进 剂 的 抗 拉 强度 逐 渐 加 大 ，内部 的 “脱 湿”愈 发 显 著 ，推 选 刺 内部 出现 了大量 的空穴与裂纹 。而 ＰＥＧ类 ＮＥＰＥ推 进剂 随着拉伸 的进 行 ，仍 可保持 良好的粘弹性行 为，推进剂 内部 填料 的“脱 湿 ”现 象 不 明 显 ，主要 呈 现 基 体 的 拉 丝与 空 穴 的 增 长 。
Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍ ｅｓｏ·ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＧＡＰ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ
ＺＨＯＵ Ｓｈｕｉｐｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｇｅｎ，ＰＡＮＧ Ａｉｍｉｎ，Ｗ Ｕ Ｆａｎｇ，ＸＵ Ｈａｉｙｕａｎ，ＳＯＮＧ Ｈｕｉｂｉｎ （Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｙａｎｇ ４４１００３，Ｃｈｉｎａ）
含能 粘合 剂 （如 聚叠 氮 缩 水 甘 油 醚 ＧＡＰ、３，３．双 （叠 氮 将 ＧＡＰ与 四氢 呋 喃 （ＴＨＦ）、聚 乙 二 醇 （ＰＥＧ）、聚 己 内
甲基 ）氧 丁 环／四氢 呋喃 ＰＢＴ的共 聚 物 ）替代 非 含 能 粘 酯 等共 混 ，以期 改 （如 ＨＴＰＢ 和 环 氧 丙 烷 一四氢 呋 哺 共 聚 醚 ＰＥＴ）。 合 固体 推 进剂 的力 学性 能得 到 长足 的改 善 Ｊ。
现代 战略 、战术 武 器 的迅猛 发展 ，对新 型 的 固体 推 低 ，含 ＧＡＰ 的高 能 复 合 推进 剂 的力 学 性 能 相 对 较 差 。
进剂的综合性能要求越来越高¨Ｊ。为了使推进剂同时 国内外科 研 人 员 采 用 多 种 方 法 试 图提 高 ＧＡＰ弹性 体
达到 高能 量 、高性 能 的苛刻 要求 ，最 有 效 的途 径 是 采用 与 推进 剂 的力 学 性 能 ，如 提 高 ＧＡＰ的相 对 分 子 质 量 ，
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ＧＡＰ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｂｙ ｉｎ—ｓｉｔｕ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ， ａｉｍ ｉｎｇ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｍ ｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ．Ｉｎ ｃｏｍ ｐａｒｉｓｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ＰＥＧ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｄａｍ ｎｉｆ ｉ— ｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＡＰ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｂｙ ＳＥＭ ａｎａｌｙｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｎ— ｓｉｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｍｅｓｏｍ ｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ＧＡＰ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗａｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｗｉｒｅ—ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｎｄｅｒ ｍａｔｒｉｘ，ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｓｏｌｉｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ａｎｄ ｂｉｎｄｅｒｓ．Ｗ ｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｗａｓ ｅｖｅｎ ｍｏｒｅ ｎｏｔａｂｌｅ，ａｎｄ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｈｏｌｅｓ ｗｅｒｅ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ＰＥＧ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｍａｉｎｔａｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｕｎｉａｘｉａｌ ｔｅｎｓｉｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｅｗｅｔｔｉｎｇ ｏｆ ＰＥＧ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ ｗａｓ ｎｏｔ ｐｒｏｍ ｉｎｅｎｔ．Ｏｎｌｙ ｗｉｒｅ—ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｎｄｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｈａｓ ｅｍｅｒｇｅｄ．
Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎ—ｓｉｔｕ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｃａｎｎｉｎｇ；ｇｌｙｃｉｄｙｌ ａｚｉｄｅ ｐｏｌｙｍｅｒ；ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ；ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｓｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
０ 引 言
分子 问作 用力 小 ，体 系 内二级交 联 不 足 ，内 聚能 密度 较
第 ４１卷 第 ５期
固 体 火 箭 技 术
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｒｏｃｋｅｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ＧＡＰ复 合 固体 推 进 剂 细 观 结 构 演 变 特 性 ①
周水平 ，唐 根 ，庞爱 民 ，吴 芳 ，徐海元 ，宋会彬
（湖北航 天化 学技术研究所 ，襄阳 ４４１００３）
摘要 ：采用原位 扫描 电镜对含 ＧＡＰ的复合 固体推进 剂单轴拉伸 行为进行 分析 ，研 究推进 剂 的细观 结构演 变与拉伸 破 坏行为 。通过与含 ＰＥＧ的复合 固体推进剂进行 对比 ，系统分 析 ＧＡＰ推 进剂的 初始损 伤 类型及其 对 于推 进剂 力学性 能的 影 响 。通 过 分 析 拉 伸 过程 中 ＳＥＭ 图 ，发 现 含 ＧＡＰ的推 进 剂 的 细 观 破 坏 由 粘合 剂 基 体 拉 丝 、断 裂 以 及 粘 合 剂 与 固体 填 料 之 间的 “脱 湿 ”两种 因素 共 同作 用 。 随 着 单 轴 拉 伸 的 进 行 ，推 进 剂 的 抗 拉 强度 逐 渐 加 大 ，内部 的 “脱 湿”愈 发 显 著 ，推 选 刺 内部 出现 了大量 的空穴与裂纹 。而 ＰＥＧ类 ＮＥＰＥ推 进剂 随着拉伸 的进 行 ，仍 可保持 良好的粘弹性行 为，推进剂 内部 填料 的“脱 湿 ”现 象 不 明 显 ，主要 呈 现 基 体 的 拉 丝与 空 穴 的 增 长 。
Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍ ｅｓｏ·ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＧＡＰ ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅ ｓｏｌｉｄ ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ
ＺＨＯＵ Ｓｈｕｉｐｉｎｇ，ＴＡＮＧ Ｇｅｎ，ＰＡＮＧ Ａｉｍｉｎ，Ｗ Ｕ Ｆａｎｇ，ＸＵ Ｈａｉｙｕａｎ，ＳＯＮＧ Ｈｕｉｂｉｎ （Ｈｕｂｅｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｎｇｙａｎｇ ４４１００３，Ｃｈｉｎａ）
含能 粘合 剂 （如 聚叠 氮 缩 水 甘 油 醚 ＧＡＰ、３，３．双 （叠 氮 将 ＧＡＰ与 四氢 呋 喃 （ＴＨＦ）、聚 乙 二 醇 （ＰＥＧ）、聚 己 内
甲基 ）氧 丁 环／四氢 呋喃 ＰＢＴ的共 聚 物 ）替代 非 含 能 粘 酯 等共 混 ，以期 改 （如 ＨＴＰＢ 和 环 氧 丙 烷 一四氢 呋 哺 共 聚 醚 ＰＥＴ）。 合 固体 推 进剂 的力 学性 能得 到 长足 的改 善 Ｊ。