3. 結果與討論

3.1 過渡層在推進劑表麵的鋪展滲透行為分析

通過動態接觸角測試儀，本研究記錄了不同過渡層液體滴落在固體推進劑表麵的瞬時接觸角及隨後接觸角和液滴體積隨時間的變化規律。

從瞬時接觸角的圖像可以看出，三種過渡層在推進劑表麵的初始接觸角均小於90°，這表明它們都具備在推進劑表麵自發鋪展的基本能力。其中，過渡層2的瞬時接觸角最小，顯示出最佳的初始潤濕性。

進一步觀察接觸角隨時間的變化曲線，可以發現一個共同的趨勢：隨著時間推移，三種過渡層的接觸角都在逐漸減小，這證實了它們均在持續地進行鋪展。然而，變化的速率卻存在顯著差異。過渡層2和過渡層3的接觸角衰減速度遠快於過渡層1，尤其是在滴落的初期，其接觸角迅速下降。這種差異可能與過渡層的組成密切相關。過渡層1因其組分分子量高、苯環含量多、分子鏈剛性大，導致其在推進劑表麵的分子運動和構象調整受到限製，從而阻礙了其快速鋪展和向推進劑內部的滲透。相比之下，過渡層2和過渡層3的分子量較小，分子鏈更為柔順，因此更容易在推進劑表麵鋪展並向內部滲透。

與此同時，液滴體積隨時間的變化也提供了重要信息。過渡層1的液滴體積在測試時間內幾乎保持不變，這說明其向推進劑內部的縱向滲透非常有限，且自身的揮發性極低。反觀過渡層2和過渡層3，它們的液滴體積隨時間推移而不斷減小。這種體積的減小可能源於兩個方麵的貢獻：一是液體向推進劑內部的滲透，二是液體自身的揮發。為了區分這兩種效應，本研究選擇在非滲透性的玻璃表麵上進行了對照實驗。

結果顯示，在玻璃表麵上，三種過渡層的接觸角隨時間變化很小，基本保持穩定。更重要的是，過渡層1的體積在玻璃上同樣變化甚微，確認了其不易揮發的特性。過渡層2的體積有輕微減少，表明其存在少量揮發。而過渡層3的體積在玻璃上減少得較為明顯，說明其在測試時間內揮發較快。盡管過渡層3存在顯著的揮發，但在玻璃上其接觸角並未隨之大幅變化，這表明在本研究的測試條件下，揮發作用對接觸角變化的影響相對次要，主導接觸角變化的主要因素仍然是液滴在固體表麵的鋪展和滲透行為。

3.2 推進劑表麵能分析及其影響

固體表麵能是評價材料表麵潤濕性的關鍵參數。本研究采用經典的OWRK法來計算固體推進劑的表麵能。該方法綜合考慮了色散力和極性力對界麵能的貢獻。通過測量去離子水和甘油兩種已知表麵張力及其分量的參考液在推進劑表麵的接觸角，並結合楊氏方程，即可計算出推進劑的總表麵能及其色散力和極性力分量。

本研究對兩種不同狀態的推進劑樣品（1#為新製備樣品，2#為放置一段時間後的樣品）進行了表麵能計算。結果表明，1#樣品的總表麵能高達97.62 mJ/m²，而2#樣品的總表麵能僅為55.83 mJ/m²。兩者相差近一倍，說明推進劑的表麵能並非固定不變的。深入分析其分量發現，1#樣品的高表麵能主要來自於其極高的極性力分量（54.0 mJ/m²），而2#樣品的極性力分量則大幅下降至43.7 mJ/m²，其色散力也顯著降低。這表明推進劑表麵的化學極性是決定其表麵能高低的關鍵因素。

推進劑表麵能隨放置時間發生變化的原因，推測是由於其內部的小分子組分（如增塑劑、防老劑等）會緩慢遷移至表麵，從而改變了表麵的化學組成。為了驗證這一點，本研究對兩種推進劑樣品進行了紅外光譜分析。結果清晰地顯示，在700~950 cm⁻¹及1100~1600 cm⁻¹波數範圍內，兩者的吸收峰存在明顯差異，特別是在代表取代苯環等芳香族結構的區域，這表明它們的表麵化學成分確實有所不同。

這一發現具有重要的實踐意義。表麵能越高的固體，越容易被液體所潤濕。本研究的計算數據恰好印證了這一點：對於表麵能高達97.62 mJ/m²的1#樣品，無論是極性較強的水還是極性稍弱的甘油，在其表麵的接觸角都顯著小於表麵能較低的2#樣品。這意味著，如果某種過渡層在推進劑表麵鋪展效果不佳，可以考慮通過預先對推進劑表麵進行適當的處理（例如塗敷含有極性基團的表麵處理劑），來提高其表麵能，特別是極性力分量，從而促進過渡層的鋪展。

3.3 過渡層表麵張力及其對鋪展的影響

液體在固體表麵的鋪展能力不僅取決於固體的表麵能，還取決於液體自身的表麵張力。一般而言，液體的表麵張力越低，越容易在固體表麵鋪展。本研究對三種過渡層液體的表麵張力進行了測定。結果顯示，過渡層1的表麵張力最高，達到了48.7 mN/m；過渡層3次之，為38.5 mN/m；而過渡層2最低，僅有25.5 mN/m。值得注意的是，這三種過渡層的表麵張力均低於前麵測得的兩種推進劑的表麵能（55.83 ~ 97.62 mJ/m²），這從熱力學上解釋了為何三種過渡層都能在推進劑表麵自發鋪展。同時，過渡層1由於其最高的表麵張力，鋪展難度最大，這與之前觀察到的其接觸角下降最慢的現象完全吻合。

過渡層2和過渡層3雖然分子量相近，但由於製備時所選用的溶劑不同，它們的表麵張力表現出顯著差異。這啟發本研究，可以通過選擇合適的溶劑來調節過渡層的整體表麵張力。為此，本研究進一步測定了多種常用溶劑的表麵張力及其在推進劑表麵的接觸角。結果表明，除了水之外，甲醇、乙酸乙酯、甲苯、環己烷等有機溶劑在推進劑表麵都能迅速鋪展並伴有滲透，它們的接觸角都很小。一般來說，表麵張力越低的溶劑，其接觸角也越小。例如，乙酸乙酯的表麵張力（23.5 mN/m）低於甲苯（28.5 mN/m），其在推進劑上的接觸角也更小。這為本研究通過添加低表麵張力溶劑來降低過渡層整體表麵張力、促進其鋪展提供了直接依據。

然而，數據也揭示了一個有趣的現象：甲醇、甲苯、乙酸乙酯、環己烷這幾種溶劑的表麵張力雖有差異，但它們在推進劑表麵的接觸角差別並不像表麵張力差別那麽大。這說明，除了表麵張力外，液體的其他特性（如粘度、分子極性等）以及固體表麵的特性也在鋪展過程中扮演著重要角色。換句話說，流體的本體性質對鋪展過程的影響，有時可能弱於固體基質的表麵性質。因此，雙管齊下的策略——既對推進劑表麵進行改性，又優化過渡液的組成——將是最佳的選擇。

3.4 過渡層組成優化及效果驗證

基於以上分析，本研究嚐試通過添加不同溶劑的方法對表麵張力最高、鋪展性能最差的過渡層1進行優化。分別選用乙酸乙酯、甲苯和環己烷作為稀釋溶劑，加入到過渡層1的原始配方中，形成新的改性過渡層。

對改性後過渡層的表麵張力進行測定，結果令人振奮。無論加入哪種溶劑，改性後過渡層的表麵張力都出現了斷崖式下降。其中，使用乙酸乙酯和環己烷改性的過渡層，其表麵張力均降至約24.8 mN/m；使用甲苯改性的過渡層，表麵張力也降至29.0 mN/m。相比優化前的48.7 mN/m，降幅超過50%。這一顯著變化主要歸因於兩點：一是小分子溶劑的加入降低了過渡層體係的平均分子量和分子間相互作用力；二是溶劑破壞了原有組分間的強氫鍵作用，使得液體分子更容易運動。

表麵張力的急劇降低直接帶來了鋪展性能的飛躍。動態接觸角測試顯示，優化後的過渡層在推進劑表麵的初始接觸角大幅降低，並且在滴落之後，其接觸角迅速減小，意味著鋪展速度大大加快。這對於實際塗敷工藝而言至關重要。快速的鋪展意味著過渡層能夠更快地在推進劑表麵形成一層連續、均勻的薄膜，避免了因局部堆積或鋪展不全導致的缺陷，從而保證了後續包覆層與推進劑之間獲得高質量、高強度的界麵粘接。

4. 結論

1.  過渡層的組成對其在固體推進劑表麵的鋪展滲透行為有決定性影響。分子量較小、剛性較弱的過渡層展現出更快的鋪展速度和更好的滲透性。在本研究測試範圍內，過渡層液體的揮發對其接觸角變化的影響相對較小，鋪展滲透行為主要由其與推進劑的相互作用決定。

2.  固體推進劑的表麵能受其表麵化學組成（尤其是極性組分）影響顯著，並會隨儲存時間而變化。表麵能越高，越有利於過渡層的鋪展。增強推進劑表麵的極性是提高其表麵能的有效途徑。本研究中，通過表麵組成差異，推進劑樣品的表麵能從55.83 mJ/m²變化到97.62 mJ/m²。

3.  通過向過渡層中添加低表麵張力的溶劑（如乙酸乙酯、環己烷）來優化其組成，是一種簡便高效的改性方法。該方法可將過渡層1的表麵張力從48.7 mN/m顯著降低至約24.8 mN/m，從而極大地改善了其在推進劑表麵的鋪展效果，為提高推進劑與包覆層的粘接質量奠定了基礎。