[发明专利]含能材料颗粒/基体界面性能的定量标定方法

说明书

技术领域

本发明属于含能材料界面性能测试领域，涉及一种用于定量标定含能材料增强颗粒/基体界面特征参数的方法。

背景技术

含能材料的细观结构决定了其宏观性能。在细观尺度上含能材料可以看作是由氧化剂颗粒、金属颗粒、粘合剂以及颗粒与基体之间的粘结界面带所组成的多相非均质颗粒增强复合材料。氧化剂颗粒和粘合剂之间的界面性质是影响整个含能材料性质的重要因素之一，通过改善界面性质可以大大提高材料的性能，改善界面性能的有效方法是在材料中添加微量元素以提高粘合剂和颗粒的粘附性能。当前研究现状下要判断某配方推进剂界面粘附性能，都需要浇注方坯，切成单轴拉伸试件并进行测试，通过测试结果判断配方是否符合要求，这种方法效率低、费用大、效果差，因此在含能材料配方设计和性能评估研究领域急需一种简单方便地标定含能材料颗粒/基体界面性能的方法。表征颗粒/基体界面性能有三个关键参数：界面粘附功、颗粒完全脱粘位移、界面强度。界面粘附功反映了界面分子间作用力的大小，其值越大，表明两者间界面作用越强，界面破坏越困难；颗粒完全脱粘位移表征颗粒与基体完全脱离开时的位移，界面脱粘位移越大，两者的粘附性能越好；界面强度表示颗粒与基体完全脱离时界面的最大抗拉强度。三个参数之间的约束关系如图1所示。其中σ_n为界面强度，δ_n为界面脱粘位移，Δ：ABC的面积表示界面粘附功。

在本发明以前的现有技术中，以下文献对于含能材料颗粒/基体界面性能的标定进行过一定的尝试，如：

[1]H.Tan，Y.Huang，C.Liu，et al.The uniaxial tension of particulate composite materialswith nonlinear interface debonding[J].International Journal of Solids and Structures44(2007)1809-1822

[2]Matous K，Inglis H M，Gu X，el al.Multiscale Modeling of Solid Propellants：From Particle Packing to Fai lure[J].Composites Science and Technology，2007，67(8)：1694-1708.

[3]周储伟，杨卫，方岱宁.粘聚力界面单元与复合材料的界面损伤分析[J].力学学报，1999，31(3)：372-377.

[4]李高春，邢耀国，王玉峰，等.基于细观力学的复合固体推进剂模量预估方法[J].推进技术，2007，28(4)：441-444.

[5]张兴高，张炜，芦伟，等.定应变贮存条件下HTPB推进剂填料/黏合剂界面性能[J].推进技术，2009，30(4)：485-489.

但是，上述文献中均未提出有效的含能材料颗粒/基体界面性能的定量标定方法。

发明目内容

针对上述现有技术状况，本发明的目的在于，提供一种基于含能材料组分自身特性的、以界面粘附功、颗粒完全脱粘位移、界面强度作为改善界面性能关键参数的、可以大大缩减配方研制的时间和成本的、简单方便标定界面性能的定量标定方法。

现将本发明技术方案叙述如下：

本发明含能材料颗粒/基体界面性能的定量标定方法，其特征在于：定量标定界面粘附功、颗粒完全脱粘位移、界面强度三种性能参数，具体步骤如下：

步骤1：基于联合点滴法-毛细管上升法接触角测量法进行颗粒/基体界面粘附功标定：

步骤1.1：制作基体胶片：根据含能材料粘合剂胶体配方浇注粘合剂胶片，用于步骤1.3的测量；

步骤1.2：选择测试液：为防止计算结果出现负值，以确保实验结果的有效性，在测试液的选择上要求：测试液不能溶解待测固体；测试液应具有较高的极性分量，以确保测试液与待测固体的接触角度大于10°；所选择的用于粘合剂基体胶片材料的接触角测量和粉体颗粒材料的接触角测量的测试液应当一个为极性大，另一个为极性小；

步骤1.3：粘合剂基体胶片材料的接触角测量：将测试液直接滴在样品表面，每滴体积约5±0.5微升，40±5s时照相，测量读取两种测试液在胶体表面的接触角；将以上测量过程反复进行多次，取多次测定的平均值作为最终的结果；要求环境为温度摄氏25±5℃，相对湿度为65±5％；

步骤1.4：粉体颗粒材料的接触角测量：