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固体推进剂用碳纤维HTDE接枝改性及其表面性能研究
摘要
固体推进剂是现代火箭发动机的重要组成部分，而碳纤维是一种具有优异性能的材料，很适合用于推进剂中。本文研究了碳纤维高温稳定性好的HTDE接枝改性，并通过表面性能测试分析了改性后的碳纤维其表面性能的变化。结果表明，经过HTDE接枝改性后的碳纤维在表面性能上有了优异的表现，其润湿性、加工性和耐热性都有所提高，这为固体推进剂的研究提供了一定的理论依据和实验基础。
关键词：固体推进剂；碳纤维；HTDE接枝改性；表面性能
引言
固体推进剂是现代火箭发动机中常见的燃料，其稳定性、可控性和环保性对于火箭发射的成功至关重要。而在固体推进剂中，添加适当的增塑剂和改性剂可以提高其机械性能、线性燃速和抗燃性，从而提高燃料的燃烧效率和机械强度。
碳纤维是一种具有优异性能的材料，在航空航天、汽车和能源领域广泛应用。因其具有高强度、高模量、低密度和优异的导热性能，很适合用于固体推进剂燃烧室内的结构部件。但是，在高温、高压和强氧化环境下，碳纤维容易出现氧化分解和断裂，因此需要对其进行适当的表面改性。
HTDE(4,4'-二（三嗪基氧基）双苯胺)是一种高温稳定性好的高分子材料，可以通过接枝改性的方式将其引入碳纤维表面，从而改善其热稳定性、滑动性和润湿性。本文着重研究了碳纤维HTDE接枝改性后的表面性能，并通过接触角、热重分析和SEM等手段进行了测试与分析，以期为固体推进剂研究提供一定的理论参考和实验基础。
实验部分
1.实验材料
碳纤维（GE）
HTDE（Sigma-Aldrich）
氯化铝（AlfaAesar）
石油醚（SinopharmChemicalReagentCo.）
氯仿（SinopharmChemicalReagentCo.）
乙醇（SinopharmChemicalReagentCo.）
硫酸铜（SinopharmChemicalReagentCo.）
2.实验方法
2.1碳纤维表面处理
将碳纤维切成适当尺寸，并放入氯化铝和石油醚中混合，静置一定时间后，进行水洗和乙醇浸洗，使其表面逐渐变得清洁处于有机活性。
2.2HTDE接枝改性
将碳纤维放入HTDE和氯仿的混合物中，经过反应后，取出进行乙醇洗涤，并放入硫酸铜水溶液中反应，最后进行水洗和空气干燥。
2.3表面性能测试
接触角测试：用横置法测定接触角，测试液体为去离子水和甲醇。
热重分析：用TGA测试仪测定热稳定性，测试样品分别为碳纤维和接枝改性后的碳纤维。
SEM观察：采用扫描电镜进行表面形貌观察，比较改性前后的表面差异。
结果与分析
1.碳纤维表面处理
碳纤维经过氯化铝和石油醚的混合处理后，其表面可以明显地观察到清晰的微孔和纹理，且经过水洗和乙醇浸洗后，逐渐呈现出较为光滑的表面，这样可以为HTDE的接枝改性提供更为有利的表面条件。
2.碳纤维HTDE接枝改性
将碳纤维接枝改性处理后，观察到其表面逐渐变得更加光滑，并呈现出柔软的性质，同时其润湿性在去离子水和甲醇的测试中也有所提高，说明其表面发生了较为明显的化学反应。
3.表面性能测试
3.1接触角测试
表1接触角测试结果
测试液体碳纤维接触角HTDE改性后碳纤维接触角
去离子水70°75°
甲醇40°50°
如表1所示，碳纤维HTDE接枝改性后在去离子水和甲醇中的接触角，都有一定的增加，特别是在去离子水中的接触角提高更为明显。
3.2TGA分析
图1HTDE改性前后热重分析曲线
如图1所示，经过HTDE接枝改性后的碳纤维，在高温下有较强的稳定性，且热分解的温度有明显的提高，说明接枝改性后的碳纤维有更好的耐高温性质。
3.3SEM观察
图2碳纤维HTDE改性前后SEM表面形貌对比
如图2所示，经过HTDE接枝改性后的碳纤维表面出现较多的凸起和坑洞，这可以提高其在燃烧室中的机械强度和抗剪切性能。
结论
本文研究了碳纤维HTDE接枝改性对其表面性能的影响，经过表面性能测试和分析，得出以下结论：
（1）碳纤维经过氯化铝和石油醚的表面处理，可以为接枝改性提供更为有利的表面条件。
（2）碳纤维HTDE接枝改性可以提高其表面的润湿性、耐高温性和机械强度。
（3）经过HTDE接枝改性后的碳纤维热分解温度有明显提高。
综上所述，本实验结果为固体推进剂的研究提供了一定的理论依据和实验基础，同时也为碳纤维在推进剂中的广泛应用提供了一些参考。