固体火箭发动机装药/包覆层粘接性能试验研究(2)
固体火箭发动机的主要结构有壳体、推进剂、喷管，还包括点火器、安全装置等辅助部件。其中，推进剂是一种敏感的物质，其界面粘接状态起着非常关键的作用，其性能的优劣直接影响发动机装药结构的完整性和安全性。目前，针对固体推进剂的粘弹性分析和界面断裂力学理论，国内外各界学者对此都做了很多研究工作。而随着国际军事的发展和需求，以及我国第二炮兵部队的组建，固体火箭发动机应用越来越广泛和普遍，因而对脱粘原因和裂纹扩展情况等界面粘接性能的研究也日益增长，作为因此本课题展开对固体火箭发动机界面粘接性能的研究具有重要的实际意义。
1.2 界面粘接性能研究现状
1.3 本文研究内容
本文根据以下几个方面的内容进行界面研究实验：
1.本文对HTPB推进剂／包覆层粘接界面进行实验研究；
2.设计制作实验粘接试样，确定实验仪器及实验装置，建立测试方法；
3.结合断裂力学理测定HTPB推进剂/包覆层粘接试样在20℃时、加载速率为0.1mm/min~500mm/min的I型断裂参数
4.获得装药/包覆层在准静态拉伸条件下的断裂性能随加载速率的变化关系。进行数据处理和结果分析。
5.利用光学显微镜和CCD 摄像头记录裂纹的断裂情况，总结前人的经验，归纳总结裂纹的萌发和扩展机理。
2 固体推进剂的界面粘接性能
2.1 粘结界面的基本理论
2.1.1 推进剂的粘弹性
通常情况下，高分子材料具有弹性与粘性相结合的力学行为的特点，而且其弹性与粘性的表现情况随外力作用的时间而改变。我们将高分子材料的这种特性称之为粘弹性，其本质是由于高分子材料分子运动的松弛特性。高分子材料的这种随时间变化的力学性质统称为力学松弛。在固定应力或应变作用下观察到的力学松弛现象则称为静态力学松弛，最基本的包括蠕变和应力松弛。固体火箭发动机的推进剂便是含有大量固体颗粒的聚合物，即其也是一种高分子材料。而且试验表明，在一定的温度范围内，固体推进剂是一种具有“记忆"特性的粘弹性材料，其力学性能都表现出与时间、温度有着明显的依赖关系。
2.1.2 推进剂界面的形成
氧化剂颗粒与粘结剂结合形成界面可以分为两个阶段[17]：填料与粘结剂基体的润湿、分散、相互作用和粘结剂的固化过程。热塑性粘结剂的固化过程为，粘结剂由熔融态被冷却到熔点以下后发生凝固，其过程只包含物理变化；热固性粘结剂的固化过程除物理变化外，还依赖其本身官能团之间或借助固化剂(交联剂)之间进行化学反应。因此在制造复合固体推进剂时，粘结剂与填料间就会形成一个新的界面区，该界面的结构和组成与填料、粘结剂均不相同。这种新形成的界面的性质与两种材料也不尽相同，因此对其进行研究是必要的。
2.1.3 粘接界面断裂分析
要想了解固体火箭发动机界面脱粘的本质，就需要研究粘弹性界面裂纹的萌生和扩展问题。因此要提高固体火箭发动机的界面性能，就要对粘弹性界面的断裂性质有深入的了解。
在实际的工程应用当中，多相复合高分子材料得到了广泛的关注。在外界工况影响的下，这些材料的界面处会由于受到应力或应变的集中造成断裂或者损伤，从而降低了材料的稳定性可靠性。因此界面断裂力学的研究对于工程使用、材料设计方面具有重要的意义。在界面断裂力学中，动态裂纹尖端场的性质是影响界面性能的主要因素。只有对界面裂纹尖端场有充分认识和理解，才能深人和准确的地研究材料的宏观破坏，从而为新材料的设计、制造，工程结构的破坏分析和防护措施提供理论依据和技术保障。近些年，随着各界学者对界面断裂动力学的不断研究，理论与实践知识的不断扩展，动态断裂力学的发展非常迅速。虽然还有许多问题仍处在探索阶段，但其在地震工程，航空航天飞行器，军事工程上的结构安全性预测等方面都得到了大量的应用[18]。