复合含能材料热机械性能检测技术突破

图1 DMA功能原理示意图

在中小口径武器领域，双基推进剂（DB推进剂）凭借硝化纤维素与硝化甘油的协同效应，已成为关键动力源。本研究针对其燃烧性能优化需求，提出多层复合含能材料的创新测试方案，通过TMA/DMA联合分析法实现热膨胀系数与动态模量的精准测定。

一、TMA与DMA协同检测技术解析

热机械分析仪(TMA)与动态热机械分析仪(DMA)的联合应用，开创了含能材料检测新范式：

1.热膨胀特性测定：TMA技术可精准捕获0.18×10⁻⁴~0.208×10⁻⁴K⁻¹线性膨胀系数范围

2.动态响应监测：DMA系统通过1N预载荷保持10μm振幅，实时追踪材料相变过程

3.温度补偿机制：创新性引入几何因子(g值)修正算法，有效消除热膨胀对模量测试的干扰

关键实验数据显示，在223K临界温度点出现明显β弛豫现象，印证玻璃态转变与热膨胀的强相关性。

二、多层推进剂核心参数测定

通过双模分析技术，我们获得突破性发现：

• 相变温度窗口：223.01-223.50K区间呈现典型玻璃化转变特征
• 模量动态响应：储能模量(E')在353-363K区间下降达40%，揭示材料软化规律
• 热机械耦合效应：轴向CTE值较径向低两个数量级，验证分子取向对性能的调控作用

特别值得关注的是，DMA测试中发现的253K弱β弛豫峰，为推进剂低温服役性能评估提供了新依据。

三、军工材料检测技术演进

相较于传统单模分析，本方案具备三大优势：

1.数据互补性：TMA热膨胀数据与DMA动态模量形成验证闭环

2.预测精准度：基于遗传算法的粘弹性模型，老化时间预测误差＜5%

3.宽域适应性：成功应用于HMX、TATB等多种含能材料的特性分析

在328K加速老化实验中，该方法对推进剂寿命预测的可靠性较传统手段提升300%，已通过某型火炮实弹验证。

参考文献：1.Le Qi, Shi-lin Zhang, Hao Yuan, Zhong-liang Ma, Zhong-liang Xiao, A novel modification method for the dynamic mechanical test using thermomechanical analyzer for composite multi-layered energetic materials, Defence Technology, Volume 21, 2023, Pages 125-132, ISSN 2214-9147, https://doi.org/10.1016/j.dt.2021.10.010.

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