隨著航天、航空事業(yè)的發(fā)展,對硫化膠的貯存可靠性提出了更高的要求,探索硫化膠老化變化規(guī)律和老化機理,尋求貯存期推算新方法是目前該領(lǐng)域研究的重要課題。本課題研究的橡膠(NR)硫化膠是火箭發(fā)動機柔性接頭關(guān)鍵部位的組件,它對環(huán)境的適應(yīng)性及儲存壽命能否滿足總體設(shè)計的要求,均關(guān)系到整個型號的可靠性和安全性,因此對NR硫化膠的性能進行評價,特別是開展NR老化研究,越發(fā)顯得重要和迫切。

本文通過對實際產(chǎn)品的分析,選擇了具有代表性的材料作為研究對象,采用了熱空氣加速老化試驗方法和熱分析、裂解氣相色譜,質(zhì)譜分析、紅外光譜分析等實驗手段,較為系統(tǒng)的分析和討論了NR硫化膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、力學性能及老化機理,對航天發(fā)動機柔性頭所用的NR硫化膠的貯存壽命進行預(yù)估。

本文首先在熱氧老化條件下,研究了NR硫化膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、靜態(tài)力學性能和動態(tài)力學性能的變化規(guī)律,結(jié)果表明:NR硫化膠的熱氧老化不僅產(chǎn)生交聯(lián),同時還存在主鏈斷裂。在老化初期以交聯(lián)為主,回彈率、扯斷伸長率下降,壓縮永久變形率、交聯(lián)密度、定伸應(yīng)力和硬度增大;但繼續(xù)老化后,主鏈斷裂逐漸占據(jù)主導地位,發(fā)生了氧化裂解,使橡膠力學性能和交聯(lián)密度下降,壓縮變形率增加;比較NR硫化膠老化前后試樣的動態(tài)力學性能實驗結(jié)果可知:在DMA的實驗溫度為160℃下,貯能模量減小,損耗模量和損耗因子增大:而在150℃下,貯能模量與損耗模量增加,損耗因子變化無規(guī)律。

在弄清了性能變化規(guī)律的基礎(chǔ)上,采用多種分析手段對NR硫化膠老化機理進行了探討,初步認為NR硫化膠的老化機理屬自由基鏈式自催化氧化反應(yīng)機理,它的主要裂解產(chǎn)物有異戊二烯單體和1,4-二甲基-4-乙烯基環(huán)己烯,還有少量的二烯類低分子物。在論文中還選擇了熱空氣加速老化法和熱重點斜法預(yù)估橡膠硫化膠的貯存壽命,并比較了這兩種方法的可靠性,發(fā)現(xiàn)熱重點斜法可靠性不如熱空氣加速老化法。參考本實驗的壽命預(yù)測數(shù)據(jù)可知,該橡膠配方基本滿足火箭發(fā)動機柔性接頭總體設(shè)計提出的12年貯存期的要求。通過本課題的研究,基本摸清了航天發(fā)動機柔性頭用橡膠硫化膠的力學性能變化規(guī)律、老化機理及壽命預(yù)測方法。

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