高填充固体推进剂模拟物加工流变行为的实验研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.015

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (11): 101-107.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.11.015

高填充固体推进剂模拟物加工流变行为的实验研究

林祥¹(), 张军²

^1.北京科技大学化学与生物工程学院，北京 100083
^2.西安近代化学研究所，西安 710065

收稿日期:2022-04-13 出版日期:2022-11-26 发布日期:2022-11-25
作者简介:林祥（1983—），男，副教授，从事高分子材料加工成型研究，linxiang@ustb.edu.cn
基金资助:
中央基本科研业务基金(FRF?GF?20?18B);西安近代化学研究所国家重点实验室开放基金(204?J?2020?1018)

Experimental study on rheological properties of highly filled solid propellant simulant

LIN Xiang¹(), ZHANG Jun²

^1.School of Chemistry and Biological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China
^2.Xi’an Modern Chemistry Research Institute，Xi’an 710065，China

Received:2022-04-13 Online:2022-11-26 Published:2022-11-25

摘要/Abstract

摘要：

针对高填充固体推进剂模拟物，围绕其在稳态剪切及动态剪切模式下的流变特性，分别采用出口增压式毛细管流变仪及旋转流变仪，在100~120 ℃及50~100 ℃下考察了压力与剪切振荡幅度对物料剪切黏度（η）的影响，计算了熔体压力对η的敏感性参数并提出了针对该类物料真实η的有效修正方法及低剪切法向力下的测试方法。稳态剪切测试结果表明，熔体压力介于12~121 MPa之间时，其压力敏感性参数介于4.81~9.65 GPa^-1发生变化，相同温度及剪切速率下熔体η随压力表现出幂指数的递增变化规律；动态剪切测试表明，即使在不高于50 N的熔体剪切法向力作用下（法向力15~42 N），高填充模拟物η在0.01~100 s^-1内也会表现出大约2倍的差异；对于表现出强类固体特征的高填充模拟物复杂体系，动态剪切测试中的剪切应变振幅对η的测试结果影响明显，尤其在低温大振幅剪切情况下，高填充物料与剪切平板之间还易发生“打滑”。

关键词: 聚合物, 高填充固体推进剂模拟物, 流变, 黏度, 压力.

Abstract:

The rheological properties of a highly filled solid propellant stimulant were studied using capillary and rotational rheometers under the steady shear and dynamic shear conditions. The effects of melt pressure and shear amplitude on the shear viscosity of the solid propellant stimulant were investigated in the temperature ranges of 100~120 ℃ and 50~100 ℃， respectively. The dependency of shear viscosity on the melt pressure was evaluated through a pressure coefficient， correcting the effect of pressure on viscosity. The results indicated that the pressure coefficient was distributed between 4.81 and 9.65 GPa^-1 at a pressure between 12 and 121 MPa. The shear viscosity of the solid propellant stimulant increased as a power⁃law trend， indicating a steady capillary shear. In addition， dynamic shear test results indicated that the viscosity of solid propellant stimulant increased two times when the normal force rose from 15 to 42 N. Furthermore， the effect of shear amplitude on the rheological properties of the highly filled solid propellant stimulant was found to be sensitive. A slip occurred between the sample and plate at a relatively low temperature and large shear amplitude. This should be avoided in practical use.

Key words: polymer, highly filled solid propellant stimulant, rheology, viscosity, pressure

中图分类号:

TQ320.6

林祥, 张军. 高填充固体推进剂模拟物加工流变行为的实验研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(11): 101-107.

LIN Xiang, ZHANG Jun. Experimental study on rheological properties of highly filled solid propellant simulant[J]. China Plastics, 2022, 36(11): 101-107.

图/表 7

图1 密炼后固体推进剂模拟物料的微观相态

Fig.1 Morphologies of solid propellant simulant after banburying

图2 三阶分压毛细管流变仪及典型熔体的阶梯压力、剪切速率⁃时间曲线示例

Fig.2 Triple⁃stage capillary rheometer and an example of step pressure and shear rate⁃time curves for typical melts

图3 不同剪切速率及温度下模拟物料熔体η的压力依赖性

Fig.3 Pressure depencence of η of the simulant at different shear rate and temperature

图4 小振幅振荡剪切装置及样品

Fig.4 Apparatus and samples of small amplitude oscillation shear meansurement

图5 80 ℃、振幅0.5 %下模拟物料复杂剪切黏度与压力的关系

Fig.5 Relationship between complex shear viscosity and pressure of the simulant at 80 ℃ and amplitude of 0.5 %

图6 0.5 %与5 %振荡幅度下测试所得的复杂剪切黏度

Fig.6 Complex shear viscosity of the simulant at amplitude of 0.5 % and 5 %

图7 振荡剪切幅度及温度对tanδ的影响

Fig.7 Effects of temperature and shear amplitude on tanδ of the stimulant

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