Disputas: Kai Frode Grythe

Prøveforelesning

Bedømmelseskomité

Professor John Watts, University of Surrey, UK
Professor Olle Söderman, Fysikalsk kemi, Lunds universitet, Sverige
Professor Jaan Roots, Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo

Sammendrag

I faststoff rakettmotorer består drivstoffet av en partikkelfylt polymer, som etter støp i isolerte motorrør herder til en fast fase. Vedheften mellom drivstoff og isolasjon er meget viktig for å gi ønsket forbrenningsforløp. Dette doktorgradsarbeidet bidrar til å øke forståelsen av de fysikalsk-kjemiske forholdene og prosessene som påvirker bindingen i kontaktflaten, deriblant diffusjonsprosesser. Ved utvikling av nye overflatebehandlingsmetoder for rakettmotorindustrien, har det blitt lagt et grunnlag for en bedre forståelse av vedheftsproblematikken, som på sikt kan bidra til å øke påliteligheten og sikkerheten til rakettmotorer.

De ulike komponentene som er i bruk ble funnet til å ha veldig forskjellige diffusjonsegenskaper, og den resulterende hastigheten avhenger av løseligheten til herderne i isolasjonsmaterialene. Diffusjon av herder og prepolymer fra drivstoffet inn i isolasjonsmaterialet kan gi bedre vedheft ved å viske ut grenseflatene og også gi grunnlag for kjemiske bindinger over grenseflaten. På den annen side vil forskjellene i diffusjonskoeffisienter kunne gjøre at sammensetningen i drivstoffet nære grensefasen endres. Dette påvirker herdeforløpet av drivstoffet, med en påfølgende dannelse av et svakt grensesjikt. Økt kjennskap til diffusjonskoeffisientene i begge faser bidrar til forståelsen av diffusjons- og vedheftsprosessene i en rakettmotor.

Isolasjonsmaterialet har blitt overflatemodifisert ved hjelp av lavtrykks gassplasma. Selv kort plasmabehandlingstid gir store kjemiske modifikasjoner i overflaten, og oksygenrike kjemiske grupper kan inkorporeres. Denne økte funksjonaliseringen av overflaten gjør at den blir mer tilpasset drivstoffets overflateegenskaper, og overflateenergien kan kontrolleres. Det ble videre funnet at ruheten i overflaten øker med plasmabehandlingstiden. Plasmabehandling av isolasjonsmaterialer øker bindingsstyrken mot polymermaterialene som brukes i drivstoff opp til det tidobbelte, men kan også redusere den. Med få unntak ble det funnet at bindingen var best når differansen i overflateenergi mellom isolasjon og drivstoff var minst mulig.

Kontaktperson

For mer informasjon, kontakt Trine-Lise Knudsen.