推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法
【专利摘要】本发明是一种用于航天高分子化学燃料无损静态分析的推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法。检测步骤是：样品制备、条件选取、图谱采集、数据解析；样品制备时，获取绝热层／衬层/推进剂的粘接试件，用刀片切取新鲜粘接面，制成受检样品；条件选取时，检测对象为绝热层/衬层粘接面的微量迁移组分，检测设备为飞行时间二次离子质谱仪；图谱采集的选择条件是：一次离子源、电压阈值、成像方式、靶电流值、真空状态、采集时间、离子模式、校正离子；它利用飞行时间二次离子质谱仪，通过图谱采集和数据解析，对绝热层迁移组分进行定性测定和半定量分析，并获得其分布状态信息。本发明还具有定性准确、图谱直观的优点。
【专利说明】[0001] 推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法
【技术领域】
[0002] 本发明涉及一种航天高分子化学燃料的二次离子质谱分析法，具体地说是一种推 进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法。
【背景技术】
[0003] 在固体推进剂/衬层/绝热层粘接体系中，绝热层迁移组分直接关系着界面粘接 性能，因而需要对其进行定性定量检测。现有技术中，对于绝热层已知迁移组分尚可进行检 测，而对于绝热层未知迁移组分，特别是绝热层微量迁移组分的检测，则没有现成技术。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是要提供一种推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法，它 能够直观地实现绝热层微量迁移组分的定性定量检测，有效地评价绝热层迁移组分在绝热 层和衬层中的分布状态。
[0005] 本发明的技术方案是：设计一种推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方 法，包括以下四个步骤：样品制备、条件选取、图谱采集、数据解析，其特征在于：在样品制 备阶段，获取绝热层/衬层/推进剂的粘接试件，用刀片切取新鲜粘接面，切成平整薄片状 受检样品；在条件选取阶段，检测对象为绝热层/衬层粘接面的微量迁移组分，检测设备为 飞行时间二次离子质谱仪（T0F-SIMS);图谱采集的选择条件是：一次离子源、电压阈值、成 像方式、靶电流值、真空状态、采集时间、离子模式、校正离子；在数据解析阶段，对照图谱， 通过分析获得绝热层迁移组分的定性判断、半定量数据、以及在绝热层和衬层中的分布状 态。
[0006] 在样品制备阶段，平整薄片状受检样品规格为厚度不大于5mm、面积不少于500 X500um2 〇
[0007] 在图谱采集阶段，一次离子源为Bi3+离子源或者C6。离子源，电压阈值为25keV， 成像方式为高质量分辨率表面成分成像，靶电流值为〇. 2pA-0. 3pA，真空度不小于IX1(T7 mbar，离子采集时间为l-30min，离子模式为正/负离子模式，离子核质比采用H+、CH3+、C2H5+ 校正。
[0008] 本发明的有益技术效果：由于在样品制备阶段，直接获取绝热层/衬层/推进剂 的粘接试件制成平整薄片状受检样品，因而样品制作过程简单。同时由于检测设备为飞行 时间二次离子质谱仪（T0F-SIMS)，因而检测灵敏度高，可达到ppm甚至ppb的量级，可以进 行绝热层迁移组分零判定，还可以进行微区成分成像和深度剖面分析。另外由于图谱采集 采用了高质量分辨率表面成分成像方式，因而有利于对绝热层/衬层/推进剂粘接体系的 迁移组分定性，并且为建立绝热层迁移组分常规检测方法提供技术支持。本发明还具有定 性准确、图谱直观的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是正离子模式下三元乙丙绝热层的迁移组分质谱图，图1中，横坐标为离子的 质荷比；纵坐标为离子流强度；C8H8为苯乙烯，C8H80为苯乙酮，C9H120为苯丙醇。
[0010] 图2是负离子模式下三元乙丙绝热层迁移组分质谱图，图2中，横坐标为离子的 质荷比；纵坐标为离子流强度；C16H32 02为软脂酸，C18H3602为硬脂酸，C24H3(IN2为1，2-二氢 化-2,2, 4 -三甲基喹啉二聚体。
[0011] 图3是三元乙丙绝热层/ 丁羟衬层粘接界面迁移组分质量分布图，图3中，自左至 右的为：粘接面照片，软脂酸和硬脂酸，1，2-二氢化-2, 2, 4-三甲基喹啉二聚体，苯 乙酮。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合实施例分三组对本发明进一步说明。
[0013] 第一组，三元乙丙绝热层迁移组分的定性测定。
[0014] 步骤一，样品制备：在样品制备阶段，获取三元乙丙绝热层/ 丁羟衬层/推进剂的 粘接试件，用刀片切取新鲜粘接面，切成平整薄片状受检样品，受检样品规格为厚度不大于 5mm、面积不少于500X500um2。
[0015] 步骤二，条件选取：在条件选取阶段，检测对象为三元乙丙绝热层/衬层粘接面的 微量迁移组分，检测设备为飞行时间二次离子质谱仪（T0F-SIMS); 步骤三，图谱采集：图谱采集的选择条件是：一次离子源、电压阈值、成像方式、靶电流 值、真空状态、采集时间、离子模式、校正离子。在图谱采集阶段，一次离子源为Bi3+离子源 或者C6(l离子源，电压阈值为25keV，靶电流值为0. 2pA-0. 3pA，真空度不小于1X1CT7 mbar，离子采集时间为l-30min，离子模式为正/负离子模式，离子核质比采用氢离子H+、 CH3+、C2H5+校正。
[0016] 步骤四，数据解析：结合三元乙丙绝热层中可能迁移组分的元素组成，在所采集的 衬层质谱图中找到迁移组分碎片的精确分子量，并检索其元素组成，确证迁移组分。
[0017] 图1中，所检索到的元素组成C8H8,C8H8(^PC9H120分别为苯乙烯、苯乙酮和苯丙醇， 可归属为过氧化二异丙苯分解物，由于丁羟衬层、三元乙丙绝热层中均检测到了苯乙烯、苯 乙酮和苯丙醇离子峰，实际配方中仅三元乙丙绝热层中添加了氧化二异丙苯，非粘接体系 的丁羟衬层中并不存在该组分，因此说明三元乙丙绝热层中的过氧化二异丙苯分解物迁移 到了丁羟衬层，其来源于绝热层中的原材料过氧化二异丙苯的分解。
[0018] 图2中，检索到的元素组成为C16H32〇dPC18H3602的离子峰，分别为硬脂酸和软脂酸， 实际配方中仅三元乙丙绝热层中添加了硬脂酸和软脂酸，非粘接体系的丁羟衬层中并不存 在该组分，说明三元乙丙绝热层中的硬脂酸和软脂酸迁移到了衬层中，其来源于绝热层的 原材料。
[0019] 根据图2可以看到衬层、绝热层中均存在C24H3QN2的离子峰，为1，2-二氢化-2, 2, 4 -三甲基喹啉聚合体的二聚体碎片，归属为1，2-二氢化-2, 2, 4 -三甲基喹啉聚合体二聚 体，实际配方中仅三元乙丙绝热层中添加了 1，2_二氢化_2,2, 4-三甲基喹啉聚合体二聚 体，非粘接体系的丁羟衬层中并不存在该组分，说明绝热层中的防老剂1，2-二氢化-2, 2, 4 -三甲基喹啉聚合体迁移到了衬层中，其来源于绝热层的原材料1，2-二氢化-2, 2, 4 -三甲 基喹啉聚合体。
[0020] 因此判定，绝热层中的迁移组分为过氧化二异丙苯分解物苯乙烯、苯乙酮和苯丙 醇、硬脂酸、软脂酸、1，2-二氢化-2, 2, 4 -三甲基喹啉聚合体二聚体。其分别来源于绝热层 中的原材料过氧化二异丙苯、硬脂酸和软脂酸、1，2-二氢化-2, 2, 4 -三甲基喹啉聚合体。 [0021] 第二组，绝热层/衬层/推进剂粘接体系中三元乙丙绝热层迁移组分半定量。
[0022] 步骤一，样品制备：在样品制备阶段，获取三元乙丙绝热层/ 丁羟衬层/推进剂的 粘接试件，用刀片切取新鲜粘接面，切成平整薄片状受检样品，受检样品规格为厚度不大于 5mm、面积不少于500X500um2。
[0023] 步骤二，条件选取：在条件选取阶段，检测对象为三元乙丙绝热层/ 丁羟衬层粘接 面的微量迁移组分，检测设备为飞行时间二次离子质谱仪（T0F-SIMS); 步骤三，图谱采集：图谱采集的选择条件是：一次离子源、电压阈值、成像方式、靶电流 值、真空状态、采集时间、离子模式、校正离子。在图谱采集阶段，一次离子源为Bi3+离子源 或者C6(l离子源，电压阈值为25keV，靶电流值为0. 2pA-0. 3pA，真空度不小于1X1CT7 mbar，离子采集时间为l-30min，离子模式为正/负离子模式，离子核质比采用氢离子H+、 CH3+、C2H5+校正。
[0024] 步骤四，数据解析：根据图谱，采用CH峰强度作为比值，绝热层迁移组分质谱峰强 度进行归一化处理，求得三元乙丙绝热层迁移到衬层中的迁移组分相对量。
[0025] 表1粘接体系中绝热层迁移到衬层中组分的二次离子质谱图相对峰强度（%)
【权利要求】
1. 一种推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法，包括以下四个步骤：样品 制备、条件选取、图谱采集、数据解析，其特征在于：在样品制备阶段，获取绝热层/衬层/ 推进剂的粘接试件，用刀片切取新鲜粘接面，切成平整薄片状受检样品；在条件选取阶段， 检测对象为绝热层/衬层粘接面的微量迁移组分，检测设备为飞行时间二次离子质谱仪 (TOF-SIMS);在图谱采集阶段，图谱采集的选择条件是：一次离子源、电压阈值、成像方式、 靶电流值、真空状态、采集时间、离子模式、校正离子；在数据解析阶段，对照图谱，通过分析 获得绝热层迁移组分的定性判断、半定量数据、以及在绝热层和衬层中的分布状态。
2. 根据权利要求1所述的推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法，其特征 是：在样品制备阶段，平整薄片状受检样品规格是，厚度不大于5mm，面积不少于500 X 500 U m2。
3. 根据权利要求1所述的推进剂粘接体系中绝热层微量迁移组分检测方法，其特征 是：在图谱采集阶段，一次离子源为Bi3+离子源或者C6(l离子源，电压阈值为25 keV，成像方 式为高质量分辨率表面成分成像，靶电流值为〇. 2pA-0. 3 pA，真空度不小于1X1(T7 mbar， 离子采集时间为l_30min，离子模式为正/负离子模式，离子核质比采用H+、CH3+、C2H 5+校正。
【文档编号】G01N1/28GK104458887SQ201310421816
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】庞爱民, 聂海英, 黄志萍, 代春丽, 桑丽鹏, 章园园, 胡伟, 尹华丽, 蔡如琳, 刘发龙 申请人:湖北航天化学技术研究所