隨著航天、航空事業的發展,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律和老化機理,尋求貯存期推算新方法是目前該領域研究的重要課題。本課題研究的橡膠(NR)硫化膠是火箭發動機柔性接頭關鍵部位的組件,它對環境的適應性及儲存壽命能否滿足總體設計的要求,均關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,越發顯得重要和迫切。

本文通過對實際產品的分析,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,質譜分析、紅外光譜分析等實驗手段,較為系統的分析和討論了NR硫化膠的交聯結構、力學性能及老化機理,對航天發動機柔性頭所用的NR硫化膠的貯存壽命進行預估。

本文首先在熱氧老化條件下,研究了NR硫化膠的交聯結構、靜態力學性能和動態力學性能的變化規律,結果表明:NR硫化膠的熱氧老化不僅產生交聯,同時還存在主鏈斷裂。在老化初期以交聯為主,回彈率、扯斷伸長率下降,壓縮永久變形率、交聯密度、定伸應力和硬度增大;但繼續老化后,主鏈斷裂逐漸占據主導地位,發生了氧化裂解,使橡膠力學性能和交聯密度下降,壓縮變形率增加;比較NR硫化膠老化前后試樣的動態力學性能實驗結果可知: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,損耗因子變化無規律。

在弄清了性能變化規律的基礎上,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機理,它的主要裂解產物有異戊二烯單體和1,4-二甲基-4-乙烯基環己烯,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,發現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測數據可知,該橡膠配方基本滿足火箭發動機柔性接頭總體設計提出的12年貯存期的要求。通過本課題的研究,基本摸清了航天發動機柔性頭用橡膠硫化膠的力學性能變化規律、老化機理及壽命預測方法。

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