NEPE推進(jìn)劑/襯層界面研究進(jìn)展①

龐愛(ài)民，池旭輝，尹華麗

(中國(guó)航天科技集團(tuán)公司四院四十二所，襄陽(yáng) 441003))

0 引言

硝酸酯增塑聚醚推進(jìn)劑(NEPE推進(jìn)劑)具有高能量、低溫力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，可顯著提高導(dǎo)彈武器的機(jī)動(dòng)能力、突防能力和作戰(zhàn)效能。推進(jìn)劑裝藥界面是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱和殼體之間的推進(jìn)劑/襯層/絕熱層界面，其中推進(jìn)劑/襯層界面最為關(guān)鍵。NEPE推進(jìn)劑活性組分多，界面化學(xué)物理過(guò)程復(fù)雜，裝藥界面粘接問(wèn)題更加突出。本文針對(duì)制約NEPE推進(jìn)劑裝藥界面粘接的瓶頸問(wèn)題，重點(diǎn)開(kāi)展了界面結(jié)構(gòu)表征、界面粘接與老化失效機(jī)理的研究，闡明了NEPE推進(jìn)劑/襯層/絕熱層界面區(qū)域的化學(xué)組成分布特征與細(xì)觀物理結(jié)構(gòu)，揭示了界面化學(xué)粘接機(jī)理、界面老化與失效機(jī)理，為改善NEPE推進(jìn)劑裝藥界面粘接奠定了理論基礎(chǔ)。

1 NEPE推進(jìn)劑/襯層界面微觀結(jié)構(gòu)剖析

1.1 界面微觀物理結(jié)構(gòu)分析

Micro-CT技術(shù)是研究材料微觀結(jié)構(gòu)的有力工具[1-2]，有許多成功用于固體填充材料研究的報(bào)道[3-7]。在之前發(fā)表的文章[8]中，報(bào)道了采用Micro-CT技術(shù)研究NEPE推進(jìn)劑/襯層界面微觀結(jié)構(gòu)的工作，這里簡(jiǎn)要介紹其研究結(jié)果。不同角度的Micro-CT截面圖像見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，推進(jìn)劑與襯層之間存在明顯的過(guò)渡結(jié)構(gòu)：在推進(jìn)劑與襯層之間，存在粘合劑富集層。該層又可分為襯層基體富集層和推進(jìn)劑基體富集層；在推進(jìn)劑基體富集層之后是HMX顆粒占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的填料富集層(HMX富集層)。結(jié)合圖1判斷，粘合劑富集層的厚度不大于10 μm，HMX富集層的厚度約為40～80 μm。

(a)垂直于界面方向

(b)近似平行界面方向圖1 NEPE推進(jìn)劑/襯層界面的斷層掃描圖像 (上：襯層；下：推進(jìn)劑)Fig.1 Tomography images of NEPE propellant-liner interface

1.2 推進(jìn)劑/襯層界面化學(xué)組成與分布

(1)SEM-EDS分析

圖2為NEPE推進(jìn)劑/襯層/絕熱層界面樣品SEM圖像(背散射電子像)和EDS得到的Cl、N、O元素分布圖。背散射電子像是利用原子序數(shù)襯度成像，因此由圖2的SEM圖像中不同成分的物質(zhì)的明暗程度不同，固體填料與基體能清晰的區(qū)分出來(lái)。由圖2元素分布成像圖可見(jiàn)：Cl、N、O元素分布與SEM圖像一致，界面分明，在當(dāng)前分辨率下，推進(jìn)劑、襯層本體及界面均沒(méi)有明顯的梯度分布；從Cl元素分布看，AP呈兩種粒度分布，界面附近只有細(xì)粒度AP存在；從N、O元素分布看，擴(kuò)散通過(guò)推進(jìn)劑/襯層界面的硝酸酯增塑劑相對(duì)含量很小，不能被EDS檢測(cè)到。

(2)Micro-FTIR分析

為進(jìn)一步揭示界面的微觀化學(xué)結(jié)構(gòu)，采用顯微紅外光譜(Micro-FTIR)，分析了NEPE推進(jìn)劑/襯層界面。NEPE推進(jìn)劑/襯層界面法線方向Micro-FTIR線掃描(見(jiàn)圖3，各點(diǎn)之間步長(zhǎng)20 μm)圖譜表明，在界面的推進(jìn)劑一側(cè)，存在約40～60 μm的HTPB和推進(jìn)劑粘合劑的擴(kuò)散層。該現(xiàn)象可通過(guò)前述Micro-CT分析結(jié)果解釋?zhuān)篐MX因?yàn)榕cHTPB極性相似而富集在界面；HTPB因?yàn)榕cHMX極性相似，而向富含HMX的推進(jìn)劑邊緣擴(kuò)散。

圖2 NEPE推進(jìn)劑/襯層/絕熱層界面的SEM和EDS圖像Fig.2 SEM-EDS images of NEPE propellant-liner- insulator sample

(3)XPS分析

XPS是目前應(yīng)用最廣的固體表界面分析技術(shù)之一[9-14]，國(guó)內(nèi)前期開(kāi)展了XPS用于固體推進(jìn)劑/襯層界面的探索研究[15-16]。經(jīng)過(guò)研究得到了一些新認(rèn)識(shí)[17]：易揮發(fā)的硝酸酯在建立高真空過(guò)程中逸出，XPS檢測(cè)不到；AP和HMX兩種填料因?yàn)楸砻姘?，只能檢測(cè)裸露部分，檢出率低于理論值1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。這些認(rèn)識(shí)為XPS應(yīng)用于含NEPE推進(jìn)劑樣品的表界面分析掃除了障礙。在上述認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，通過(guò)分峰，根據(jù)配方組分對(duì)各譜峰進(jìn)行官能團(tuán)歸屬(見(jiàn)表1)，得到了C和N元素各化學(xué)態(tài)的原子分?jǐn)?shù)在界面的分布曲線及分析結(jié)果見(jiàn)圖4，界面存在明顯的鍵合劑BA富集。XPS圖譜上卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)HMX聚集，是因?yàn)镠MX被BA所包覆。

(4)MD模擬結(jié)果[18]

采用經(jīng)典MD方法，用自行優(yōu)化和修正擴(kuò)展的MPCFF力場(chǎng)，建立了合適的“吸附包覆”模型，用Materials Studio(MS)程序，建立(PEG/NG/BTTN)/BA/HMX/AP/PEG/N-100//HTPB/TDI多組分體系平衡結(jié)構(gòu)。在達(dá)到MD模擬平衡后，由原子運(yùn)動(dòng)軌跡，可求得所需組分分子濃度的分布曲線。其中，BA、HMX和AP的在(PEG/NG/BTTN)/HTPB界面濃度的分布曲線見(jiàn)圖5[17]。由圖5可見(jiàn)，BA、HMX分子容易聚集在界面推進(jìn)劑一側(cè)，而AP分子的分布與位置無(wú)關(guān)。這結(jié)果復(fù)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)觀察到的BA和HMX在界面富集的現(xiàn)象。

圖3 NEPE推進(jìn)劑/襯層界面法線方向各點(diǎn)的micro-FTIR譜圖Fig.3 Line-scanning micro-FTIR spectra of NEPEpropellant-liner interface

分解峰C1sAC1sBC1sCC1sDN1sAN1sBN1sC官能團(tuán)—Ph—C—C—C——C—N——CN—C—OR—COOR—N—COOR—CNPh—NH—R—N—COORNH4+R2—N—NO2Ph—NO2R2—N—NO2結(jié)合能/eV～284．5～285．0285．5～286．5～287．5～289．0398．5～400．0401．0～401．5405．5～407．0固化催化劑★穩(wěn)定劑★★★BA★★★★HMX★★AP★★氨基甲酸酯★★聚醚★

圖4 NEPE推進(jìn)劑/襯層界面C元素和N元素各化學(xué)態(tài)的分布曲線及其意義Fig.4 XPS spectra of NEPE propellant-liner interface and their interpretations

圖5 BA、HMX和AP的在(PEG/NG/BTTN)/ HTPB界面濃度的分布曲線Fig.5 Distributing curves of HMX,BA and APnear the NEPE-HTPB interface

1.3 NEPE推進(jìn)劑/襯層界面微觀結(jié)構(gòu)特征

NEPE推進(jìn)劑/襯層界面區(qū)域在細(xì)觀尺度上存在多層次結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖6)：

(1)在推進(jìn)劑一側(cè)形成40～80 μm的HMX添料富集層，HMX的鍵合劑BA也在此區(qū)域富集，高極性的AP在此區(qū)域的分布稀少，HMX和BA筑成鮮明的物理分界；

(2)襯層HTPB粘合劑向NEPE推進(jìn)劑方向擴(kuò)散約40～60 μm，硝酸酯的含量在此區(qū)域向襯層開(kāi)始遞減；

(3)在物理分界襯層側(cè)存在不大于10 μm的推進(jìn)劑與襯層基體富集層。

圖6 NEPE推進(jìn)劑/襯層界面的微觀結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 A diagram for microstructure of NEPEpropellant-liner interface

2 界面粘接與老化失效機(jī)理

2.1 界面粘接反應(yīng)機(jī)理

(1)影響界面粘接主要因素

研究了7大類(lèi)、20余種配方原材料對(duì)界面粘接性能的影響。研究結(jié)果表明，對(duì)界面粘接性能有明顯影響的配方原材料因素主要有8種，其影響規(guī)律和影響途徑總結(jié)見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，有4種原材料因素對(duì)界面粘接性能有負(fù)面影響，其影響途徑都是副反應(yīng)。

表2 配方原材料因素對(duì)界面粘接性能的影響

(2)界面粘接主反應(yīng)及其動(dòng)力學(xué)

根據(jù)配方，界面區(qū)域的主反應(yīng)可能有： PEG+N100、HTPB+TDI、HTPB+N100和PEG+TDI等4個(gè)體系。開(kāi)展了上述4個(gè)模型反應(yīng)體系的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的試驗(yàn)與量子化學(xué)計(jì)算研究，綜合配方工藝實(shí)踐和試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，確定界面粘接主副反應(yīng)見(jiàn)圖7。

為了加強(qiáng)界面交叉反應(yīng)，襯層配方設(shè)計(jì)中TDI的異氰酸酯基(—NCO)摩爾含量大于HTPB的羥基(—OH)摩爾含量。研究表明，襯層預(yù)固化完成后，90%以上的HTPB羥基都已反應(yīng)。N100的反應(yīng)活性低于TDI(其中對(duì)位—NCO活性最強(qiáng))，在界面固化成型階段，殘余的HTPB羥基優(yōu)先與TDI反應(yīng)，HTPB與N100的交叉反應(yīng)不易發(fā)生。因此，界面固化成型過(guò)程的主反應(yīng)有二：

1)界面推進(jìn)劑固化反應(yīng)(PEG+N100)

PEG—OH + N100—NCO→N100—NHCO—O—PEG

2)推進(jìn)劑/襯層交叉反應(yīng)(PEG+TDI)

PEG—OH + TDI—NCO→TDI—NHCO—O—PEG

研究表明，參與反應(yīng)2)的主要是TDI鄰位—NCO(對(duì)位—NCO在預(yù)固化階段基本消耗完)；TPB催化條件下，反應(yīng)2)的反應(yīng)速率是反應(yīng)1)的2倍。實(shí)現(xiàn)良好粘接的關(guān)鍵是維持2個(gè)主反應(yīng)速率匹配。

(3)影響界面粘接的關(guān)鍵副反應(yīng)及其影響機(jī)理

采用低場(chǎng)核磁、微量量熱和理論計(jì)算方法，研究了表2中主要影響因素以及其他非固化體系活性組分與固化劑的—NCO基團(tuán)發(fā)生副反應(yīng)的活性差異，各種方法所得結(jié)果一致(低場(chǎng)核磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖8，其中BA作為參比)。得到各組分與—NCO發(fā)反應(yīng)的活性順序?yàn)镽D>YS>BA>PB>AD1>AD2。其中，BA、AD1、AD2和RD均為必須的功能組分，且含量不可下調(diào)；YS和PB在絕熱層成型后是無(wú)用物質(zhì)；據(jù)表2可知，PB對(duì)粘接性能影響較小。綜合分析，關(guān)鍵副反應(yīng)是YS與—NCO基團(tuán)的反應(yīng)。

經(jīng)試驗(yàn)研究和理論計(jì)算，YS影響界面粘接機(jī)理是：一方面，YS顯著加速界面交叉反應(yīng)，嚴(yán)重抑制界面推進(jìn)劑固化反應(yīng)，造成界面推進(jìn)劑欠固化；另一方面，還大量消耗TDI-NCO，造成襯層固化不足。

圖7 界面粘接化學(xué)反應(yīng)示意圖Fig.7 A diagram for chemical reactions of interfacial adhesion

圖8 界面粘接副反應(yīng)速率對(duì)比Fig.8 Rate comparisons between side-reactionsof interfacial adhesion

2.2 界面失效模式分析

(1)高應(yīng)變下的界面粘合劑富集層

首先，采用光學(xué)顯微鏡觀察了拉伸應(yīng)變過(guò)程推進(jìn)劑/襯層界面。CCD顯微鏡拍下拉伸過(guò)程中推進(jìn)劑/襯層界面變化過(guò)程見(jiàn)圖9。從圖9可見(jiàn)，隨著應(yīng)變?cè)龃螅七M(jìn)劑/襯層界面能觀察到顏色較深的粘合劑富集層。粘合劑富集層具有很高的應(yīng)變，斷裂發(fā)生在推進(jìn)劑一側(cè)。拉伸過(guò)程中NEPE推進(jìn)劑/襯層界面的SEM圖像見(jiàn)圖10。在圖10中不能從顏色上區(qū)別界面粘合劑富集層，但與光學(xué)圖像相對(duì)照可知，處于推進(jìn)劑與襯層之間呈拉絲狀的就是粘合劑富集層，其變形過(guò)程與光學(xué)圖像一致。

(2)高應(yīng)變下的界面推進(jìn)劑

光學(xué)圖像和SEM圖像只能看到試樣表面，試樣內(nèi)部的情況可通過(guò)CT看到。圖11是拉伸過(guò)程中NEPE推進(jìn)劑/襯層界面的CT截面圖。CT圖片未觀察到界面粘合劑富集層，說(shuō)明在試樣內(nèi)部，粘合劑富集層應(yīng)變幅度很小。圖11能清晰觀察到界面裂紋在距離界面500 μm附近的擴(kuò)展過(guò)程。

(3)老化過(guò)程中界面破壞模式的變化

前面研究表明，推進(jìn)劑/襯層界面處存在PEG/HTPB粘合劑富集層。不同老化時(shí)間的推進(jìn)劑/襯層界面原位拉伸光學(xué)顯微照相(見(jiàn)圖12)發(fā)現(xiàn)：老化前，界面破壞模式為界面推進(jìn)劑內(nèi)聚破壞；隨老化程度越深，斷裂位置越靠近襯層表面，直至完全的界面粘附破壞；粘合劑富集層在老化過(guò)程中承載能力持續(xù)下降。說(shuō)明界面HTPB-PEG擴(kuò)散層(含粘合劑富集層)是老化的薄弱部位，對(duì)界面老化反應(yīng)研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注界面粘合劑富集層。

圖9 推進(jìn)劑/襯層界面在高應(yīng)變狀態(tài)下的原位拉伸光學(xué)顯微照片F(xiàn)ig.9 In-situ micro photography of propellant-liner interface subjected to large tensile strainn

圖10 推進(jìn)劑/襯層界面在高應(yīng)變狀態(tài)下的SEM圖像Fig.10 SEM images of propellant-liner interface subjected to large tensile strain

圖11 拉伸過(guò)程中推進(jìn)劑/襯層界面的CT截面圖Fig.11 Tomography images perpendicular to propellant-liner interface in stretch process

圖12 不同老化時(shí)間的推進(jìn)劑/襯層界面原位拉伸光學(xué)顯微照片F(xiàn)ig.12 In-situ micro photography of the propellant-liner interface samples at different aging times

2.3 界面老化機(jī)理

(1)界面老化模型體系的量子化學(xué)計(jì)算

根據(jù)配方和界面粘接機(jī)理研究，界面區(qū)域粘合劑主要包含3類(lèi)聚氨酯交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)： PEG-TDI(界面交叉反應(yīng))，PEG-N100(推進(jìn)劑固化反應(yīng))，HTPB-TDI(襯層固化反應(yīng))。試驗(yàn)研究表明，硝酸酯分解產(chǎn)物主導(dǎo)了界面老化反應(yīng)，導(dǎo)致界面區(qū)域粘合劑斷鏈降解。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道和理論計(jì)算，NO2是硝酸酯分解的主要中間產(chǎn)物，高活性的終產(chǎn)物有HNO3和HNO2。參與界面老化的主要成分為硝酸酯分解產(chǎn)物+4類(lèi)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

PEG/N100、PEG/TDI和兩種簡(jiǎn)化模型結(jié)構(gòu)(襯層本體無(wú)明顯的降解現(xiàn)象，不考慮HTPB/TDI體系)的量子化學(xué)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，老化降解反應(yīng)不是NO2直接參與，而是HNO2和HNO3參與反應(yīng)。

HNO3與模型結(jié)構(gòu)反應(yīng)的計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)圖13)表明：

(1)與PEG/N100體系反應(yīng)：能壘最低的反應(yīng)是進(jìn)攻氨基甲酸酯基的O，其次是醚鍵O。

(2)與PEG/TDI體系反應(yīng)：HNO3與PEG/TDI體系反應(yīng)的能壘大于200 kJ/mol，遠(yuǎn)高于PEG/N100體系；醚鍵O的反應(yīng)能壘高于氨基甲酸酯基的酯基O。主要原因是TDI空間位阻較大。

HNO2和與模型結(jié)構(gòu)反應(yīng)的活性順序規(guī)律同HNO3。HNO2和HNO3與3種模型結(jié)構(gòu)反應(yīng)的斷鏈最低能壘見(jiàn)表3，同樣的位置，HNO2的反應(yīng)能壘明顯高于HNO3。

(a)PEG/N100 (b)PEG/TDI圖13 HNO3與模型結(jié)構(gòu)的反應(yīng)能壘Fig.13 Activation energies of HNO3 attacking model structures

反應(yīng)物模型結(jié)構(gòu)斷鏈最低能壘(kJ/mol)HNO3PEG/N100PEG/TDI102．81219．88HNO2PEG/N100PEG/TDI110．93230．63

(2)界面老化反應(yīng)模型體系試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)模型體系，制作了5種膠片(主要成分見(jiàn)表4)。將NO2氣體通入裝有JP-007、016、017、022四種膠片的燒瓶，室溫反應(yīng)24 h，結(jié)果只有HTPB/TDI和HTPB/N100膠片保持固體形狀(見(jiàn)圖14)?？梢?jiàn)，界面老化的薄弱環(huán)節(jié)不在于含HTPB的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而在于含PEG的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

為進(jìn)一步確定降解發(fā)生的位置，對(duì)JP-1、JP-2和JP-3三種膠片通入NO2氣體進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)圖15∶1)PEG/N100膠片反應(yīng)9 h后部分液化，20 h后全部液化；2)PEG/TDI膠片反應(yīng)9 h后顏色變深，產(chǎn)生黃色泡沫，20 h后產(chǎn)生大量棕色泡沫；3)HTPB/N100膠片反應(yīng)后顏色逐漸加深，其他不變。可見(jiàn)，PEG/N100體系最易降解，是界面老化的薄弱環(huán)節(jié)。

表4 根據(jù)模型體系制作的膠片的主要成分

圖14 四種膠片通入NO2氣體室溫反應(yīng)24 h的外觀變化過(guò)程Fig.14 Appearance changes of the four films (in table 4) in NO2 atmosphere at ambient temperature

圖15 JP-1、JP-2和JP-3三種膠片通入NO2氣體室溫反應(yīng)的外觀變化過(guò)程Fig.15 Appearance changes of three films in NO2 atmosphere at ambient temperature

激光光散射方法測(cè)定的PEG/N100體系降解產(chǎn)物分子量分布見(jiàn)圖16?？梢?jiàn)，反應(yīng)前期(9 h)，降解產(chǎn)物分子質(zhì)量分布峰與PEG接近，說(shuō)明優(yōu)先反應(yīng)是脫下完整的PEG分子，即反應(yīng)優(yōu)先發(fā)生在氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)(若在醚鍵，優(yōu)先生成低分子質(zhì)量PEG碎片)。

(3)界面老化反應(yīng)機(jī)理

綜合前面的研究表明：硝酸酯分解產(chǎn)物主導(dǎo)了界面老化反應(yīng)，導(dǎo)致界面區(qū)域粘合劑斷鏈降解。NOx是硝酸酯分解的主要中間產(chǎn)物，高活性的終產(chǎn)物有HNO3和HNO2。參與界面老化的主要成份：硝酸酯分解產(chǎn)物+4類(lèi)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。量子化學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，老化降解反應(yīng)不是NOx直接反應(yīng)，而是HNO2和HNO3參與反應(yīng)。計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果均表明，PEG/N100體系與氨基甲酸酯基相連的醚鍵最容易發(fā)生斷鏈，是界面老化的薄弱環(huán)節(jié)。老化動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，界面老化的主要化學(xué)反應(yīng)過(guò)程分四步，NOx的殘余含量決定反應(yīng)的速率。

圖16 激光光散射方法測(cè)定的PEG/N100體系降解產(chǎn)物分子量Fig.16 Molecular weight of degradation product of PEG/N100reaction system tested by laser light scattering

界面老化反應(yīng)機(jī)理總結(jié)見(jiàn)圖17。

圖17 界面老化反應(yīng)機(jī)理示意圖Fig.17 A diagram for aging reactions of the propellant-liner interface

3 結(jié)論

本文重點(diǎn)介紹了NEPE推進(jìn)劑/襯層界面結(jié)構(gòu)表征、界面粘接與老化失效機(jī)理兩個(gè)方面的研究工作，主要研究進(jìn)展如下：

(1)突破了尺度微小、組成復(fù)雜的多相聚合物復(fù)合材料的界面表征的技術(shù)難題，發(fā)現(xiàn)NEPE推進(jìn)劑/襯層界面區(qū)域在細(xì)觀尺度上存在多層次結(jié)構(gòu)。推進(jìn)劑一側(cè)形成40～80 μm的HMX及其鍵合劑富集，筑成鮮明的推進(jìn)劑/襯層物理分界；襯層HTPB粘合劑向NEPE推進(jìn)劑方向擴(kuò)散，在物理分界襯層側(cè)存在推進(jìn)劑與襯層基體富集層。

(2)系統(tǒng)分析了影響界面粘接的主要因素，深入揭示了NEPE推進(jìn)劑/襯層界面粘接機(jī)理。闡明了界面粘接兩個(gè)主化學(xué)反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，確定了影響界面粘接的主反應(yīng)是界面推進(jìn)劑固化反應(yīng)和推進(jìn)劑/襯層交叉反應(yīng)。實(shí)現(xiàn)良好粘接的關(guān)鍵是維持2個(gè)主反應(yīng)速率匹配。界面粘接的主要副反應(yīng)是工藝助劑YS參與的反應(yīng)。一方面，YS顯著加速推進(jìn)劑/襯層交叉反應(yīng)，嚴(yán)重抑制界面推進(jìn)劑固化反應(yīng)，造成界面推進(jìn)劑欠固化；另一方面，YS大量消耗襯層固化劑造成襯層固化不足。

(3)克服了界面復(fù)雜化學(xué)環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)了界面老化降解的關(guān)鍵化學(xué)過(guò)程，確定了界面老化反應(yīng)的定速步驟。NEPE推進(jìn)劑/襯層粘接界面老化降解主要發(fā)生在PEG與N-100反應(yīng)形成的氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)的C—O鍵，氮氧化物的殘余含量決定老化反應(yīng)的速率。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zablera S,Fella C,Dietrich A,et al.High-resolution and high-speed CT in industry and research[M].Stock S R.Developments in X-Ray Tomography VIII.2012,Proc.of SPIE Vol.8506:850617.

[2] Mertens J C E,Williams J J,Chawla N.Development of a lab-scale,high-resolution, tube-generated X-ray computed-tomography system fo three-dimensional(3D) materials characterization[J].Materials Charactorization,2014,92(1):36-48.

[3] Evans P D,Morrison O,Senden T J,et al.Visualization and numerical analysis of adhesive distribution in particleboard using X-ray micro-computed tomography[J].International Journal of Adhesion & Adhesives,2010,30(5):754-762.

[4] Matsumoto T,Tsuchiyama A,Nakamura-Messenger K,et al.Three-dimensional observation and morphological analysis of organic nanoglobules in a carbonaceous chondrite using X-ray micro-tomography[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,2013,116(1):84-95.

[5] Sondej F,Bück A,Koslowsky K,et al.Investigation of coating layer morphology by micro-computed X-ray tomography[J].Powder Technology,2015,273:165-175.

[6] Lowea T,Bradley R S,Yue S,et al.Microstructural analysis of TRISO particles using multi-scale X-ray computed tomography[J].Journal of Nuclear Materials,2015,461(1):29-36.

[7] Schilling P J,Karedla B R,Tatiparthi A K,et al.X-ray computed microtomography of internal damage in fiber reinforced polymer matrix composites[J].Composites Science and Technology,2015,65(14):2071-2078.

[8] 郭翔,張清杰,翟鵬程,等.基于Micro-CT的NEPE推進(jìn)劑裝藥界面細(xì)觀結(jié)構(gòu)[J].固體火箭技術(shù),2017,40(2):194-198.

GUO Xiang,ZHANG Qingjie,ZHAI Pengcheng,et al.Mesoscopic structure of NEPE propellant grain interface based on Micro-CT technique[J].Journal of Solid Rocket Technology,2017,40(2): 194-198.

[9] Watts J F,Wolstenholme J.An introduction surface analysis by XPS And AES[M].Chichester:John Wiley & Sons Ltd.,2003.

[10] Pleul1 D,Simon F.X-Ray photoelectron spectroscopy[M].Stamm M Polymer Surfaces and Interfaces,Springer 2008: 71-89.

[11] Moussaif N,Pagnoulle C,Riga J,et al.XPS analysis of the PC/PVDF interface modified by PMMA.Location of the PMMA at the interface[J].Polymer ,2000,41(9):3391-3394.

[12] Chen Cheng,Levitin G,Hess D W,et al.XPS investigation of Nafion?membrane degradation[J].Journal of Power Sources,2007,169(2):288-295.

[13] Pleul1 D,Simon F.X-Ray Photoelectron Spectroscopy[M].Stamm M.Polymer Surfaces and Interfaces,Springer 2008:71-89.

[14] Simonsen M E,Sonderby C,Li Zhe-shen,et al.XPS and FT-IR investigation of silicate polymers[J].J.Mater Sci.,2009,44(8):2079-2088.

[15] 吳豐軍,彭 松,鐘發(fā)春,等.NEPE推進(jìn)劑/襯層粘接界面XPS表征[J].固體火箭技術(shù),2009,32(2):192-196.

WU Fengjun,PENG Song,ZHONG Fachun,et al.XPS characterization NEPE propellant/liner bondline[J].Journal of Solid Rrocket Technology,2009,32(2):192-196.

[16] 楊秀蘭,鐘發(fā)春,徐濤,等.高能固體推進(jìn)劑層間界面結(jié)構(gòu)的XPS研究[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料,2011,9(1):55-57.

YANG Xiulan,ZHONG Fachun,XU Tao,et al.XPS study on interfacial structure of high energy solid propellant between layers[J].Chemical propellants & polymer materials,2011,9(1):55-57.

[17] 郭翔,張清杰,翟鵬程,等.NEPE推進(jìn)劑/襯層界面化學(xué)組成的XPS分析[J].固體火箭技術(shù),2017,40(1):45-51.

GUO Xiang,ZHANG Qingjie,ZHAI Pengcheng,et al.XPS analysisof the chemical compositions of NEPE propellant/liner interface[J].Journal of Solid Rocket Technology,2017,40(1):45-51.

[18] 朱偉,劉冬梅,肖繼軍,等.NEPE推進(jìn)劑/襯層結(jié)構(gòu)-性能MD模擬(Ⅱ)——復(fù)雜體系組分分子遷移和配方設(shè)計(jì)示例[J].固體火箭技術(shù),2014,37(5):678-683.

ZHU Wei,LIU Dongmei,XIAO Jijun,et al.Molecular dynamics simulation of the structures and properties of NEPE propellant/liner(Ⅱ)—Demonstrating component molecule migrating and formulation for complex system[J].Journal of Solid Rocket Technology,2014,37(5):678-683.