2014, vol. 68, br. 4, str. 435-443
|
Viskoelastična svojstva kompozitnih raketnih goriva na bazi hidroksi-terminiranog poli(butadiena)
Viscoelastic properties of hydroxyl-terminated poly(butadiene)-based composite rocket propellants
Sažetak
U radu je ispitan uticaj odnosa udela amonijum-perhlorata kao oksidatora i aluminijuma kao metalnog goriva u okviru definisanog sadržaja čvrste faze, na viskoelastična svojstva kompozitnih raketnih goriva na bazi hidroksi-terminiranog poli(butadiena), umreženih izoforondiizocijanatom. Analizirane su i poređene vrednosti dinamičko mehaničkih svojstava: temperature ostakljivanja Tg, modula sačuvane (G') i izgubljene energije (G') i tangensa ugla gubitaka tg δ. Na osnovu reoloških parametara, eksperimentalno određenih na temperaturama od -70 do 20 °C, konstruisane su zbirne (master) krive, koje prekrivaju znatno širi interval frekvencija (14 logaritamskih dekada) u odnosu na onaju kome je vršeno merenje. Formiranjem master krivih postupkom 'redukcije' modula sačuvane i modula izgubljene energije, za referentnu temperaturu T0 = 20 °C, dobijene su vrednosti faktora pomeraja, αT, za sve temperature na kojima je eksperimentalno određivana frekvenciona zavisnost ovog parametra. Poređene su ovako dobijene vrednosti faktora pomeraja, αT. Odabirom temperature ostakljivanja kao referentne temperature, određene su 'univerzalne'' konstante WLF jednačine, na osnovu kojih su izračunate vrednosti parcijalne slobodne zapremine na temperaturi ostakljivanja, ƒg/B, i koeficijent toplotnog širenja slobodne zapremine, αƒ/B. Rezultati pokazuju da povećanjem udela aluminijuma do određene granice, koja za dati udeo čvrste faze iznosi 13 mas.%, dolazi do neznatnog smanjenja vrednosti slobodne zapremine i koeficijenta toplotnog širenja slobodne zapremine. Iznad ove granice, povećanje udela aluminijuma do 15 mas.% dovodi do povećanja ispitanih vrednosti. Zaključak da promenom udela aluminijuma ne dolazi do linearnog smanjenja vrednosti koeficijenta toplotnog širenja slobodne zapremine navodi da se aluminijum u sastavu kompozitnog raketnog goriva treba posmatrati kao aktivni punilac.
Abstract
In the present study, the viscoelastic response of three composite solid propellants based on hydroxyl-terminated poly(butadiene), ammonium perchlorate and aluminum has been investigated. The investigation was surveyed by dynamic mechanical analysis over a wide range of temperatures and frequencies. The mechanical properties of these materials are related to the macromolecular structure of the binder as well as to the content and nature of solid fillers. The storage modulus, loss modulus, loss factor and glass transition temperature for each propellant sample have been evaluated. The master curves of storage (log G' vs. log ω) and loss modulus (log G'' vs. log ω) were generated for each propellant. A comparison of log αT vs. temperature curves for all propellants indicate conformance to Williams-Landel-Ferry equation. Choosing the glass transition as the reference temperature, WLF equation constants are determined. Fractional free volume at the glass transition temperature and thermal coefficient of free volume expansion values are in accordance with the consideration that Al is reinforcing filler.
|