PBT弹性体力学性能及低温脆性研究

采用一步法制备了热固性3,3-双(叠氮甲基)环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚(PBT)弹性体,并对其氢键结构、应力-应变关系和动态力学性能及低温脆性进行了研究。结果表明,合成的PBT弹性体拉伸强度和断裂伸长率在DEG羟基含量为35%、R=0.97时,可达2.51 MPa和1 274%,玻璃化温度为-34.5℃。高DEG含量的PBT弹性体脆化参数较低,与常温力学性能变化规律相反。因此,引入低温脆化参数,对PBT弹性体的性能优化具有积极意义。     

3,3'-二硝胺基-4,4'-偶氮呋咱二肼盐的合成、表征及性能研究

以二氨基呋咱(DAF)为原料,经氧化、硝化、中和反应合成出3,3'-二硝胺基-4,4'-偶氮呋咱二肼盐(Hy2DNAAF),对其结构进行了表征,并对其热性能、机械感度性能、爆轰性能、单元推进剂和Hy2DNAAF-CMDB推进剂的性能进行了研究。结果表明,Hy2DNAAF的热分解峰温为208℃,特性落高为25.7cm。Hy2DNAAF的理论爆速为8635m/s,理论爆压为32.61GPa,Hy2DNAAF单元推进剂的理论比冲为2717N·s/kg,特征速度为1734.3m/s。Hy2DNAAFCMDB推进剂的理论比冲为2 522.9N·s/kg,特征速度为1591.1m/s。     

GXTI-1微纳米微粒高效隔热复合材料的性能

设计正交试验,按照正交配比将A、B、C三种隔热功能填料与基体材料进行混合,制得高效隔热复合材料,测试了热性能以及力学性能,优选出最佳配比,分析了隔热机理。结果表明,隔热功能填料能有效地降低材料的热导率,当A、B、C的添加量分别为3%、5%和20%时,材料的热导率为0.056 W/(m·K),相比纯基体降低了69.6%(纯基体的热导率为0.184 W/(m·K)),隔热性能达到最佳。此外,材料的热稳定性也得到了提高,热分解温度达到508℃,相比纯基体提高了32℃。材料的力学性能下降,拉伸强度与撕裂强度分别为1.712 MPa和13.219 N/mm。另外,通过DSC测得高效隔热复合材料与CL-20炸药的相容性良好。     

GAP-PCL含能热塑性弹性体的合成及力学性能

为改善GAP基含能热塑性弹性体(ETPEs)粘合剂的力学性能,通过溶液共聚,以一缩二乙二醇(DEG)为扩链剂,合成得到聚叠氮缩水甘油醚/聚己内酯(GAP/PCL)含能热塑性弹性体。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对合成的ETPEs进行结构表征,万能材料拉伸机和动态热机械分析(DMA)测试其力学性能。研究比较—NCO/—OH摩尔比(R值)、扩链剂用量、异氰酸酯种类和软段中GAP/PCL质量比对ETPE力学性能的影响。结果表明,制备的ETPEs具有典型的叠氮聚醚聚氨酯特征;确定当R=1.15,DEG的羟基占总反应羟基的40%时,ETPEs的力学性能较好,抗拉强度为13.50 MPa、断裂伸长率为1 654%,升高软段中PCL的含量时,试样力学性能上升明显;低温力学性能中,软段柔顺性好的PCL的引入,会降低ETPEs的储能模量,玻璃化转变温度Tg最低可至-30.4℃。     

改性热固性酚醛树脂热熔胶膜成膜工艺及其性能

针对低成本且环保的热熔预浸工艺,研制一种满足热熔工艺成膜性和高耐热性要求的改性热固性酚醛树脂(MPF)胶膜。采用流变仪和差示扫描量热仪,对MPF的固化反应特性和凝胶特性进行分析,利用粘度预测函数,建立粘度-温度-时间的函数关系模型,预测胶膜树脂的低粘度平台,可指导热熔MPF胶膜的制备及成膜性能研究。为保证树脂充分浸渍纤维,热熔预浸工艺树脂浸润纤维预制体的温度应在95~135℃(粘度小于1 000 mPa·s)。热熔法MPF胶膜的成膜温度在75~95℃(粘度范围在1 000~3 000 mPa·s),75℃条件下,MPF低粘度保持时间可达到120 min。固化后的MPF在1 200℃的氮气气氛中,残炭率可达到65%。此类新型热熔法MPF可为其在高性能树脂基复合材料领域的应用提供参考。     

PBT基叠氮型聚氨酯弹性体的形态结构与微相分离

以3,3-双(叠氮甲基)环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚(PBT)为软段,以甲苯二异氰酸酯(TDI)、1,4-丁二醇(BDO)和丙三醇为硬段制备了一系列PBT叠氮型聚氨酯弹性体。采用红外光谱法(FTIR)表征了弹性体的结构和氢键化程度,结果表明PBT叠氮聚氨酯弹性体中大部分的氨基形成了氢键,且随着硬段含量的增加,形成氢键的羰基分数增加。当硬段含量为35%时,PBT/TDI/BDO和PBT/TDI/BDO/Glycerol体系的氢键化程度分别增加到80%和82%。采用流变法测定了不同硬段含量叠氮型聚氨酯弹性体的玻璃化转变温度,建立了PBT/TDI/BDO叠氮型聚氨酯弹性体微相分离程度的定量方程,并以此来评估该弹性体的微相分离程度。     

丙烯酸类聚合物对丁羟胶片补强／抑制AP热分解研究

针对丁羟推进剂高强度、低燃速的性能要求,设计合成了新型补强降速双效助剂。选用丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯、三乙胺为原料,合成了新型聚丙烯酸酯聚合物,并对其结构进行了表征,证明所合成的化合物为设计目标化合物。利用所合成的目标化合物,研究了助剂对推进剂基体力学性能和AP热分解性能的影响。结果表明,该助剂可明显提高推进剂基体交联密度,从而达到提高推进剂基体力学性能的目的,助剂的加入可使AP的高温分解峰达到380℃,明显抑制AP热分解,可产生降低推进剂燃速的效果。     

PBT复合固体推进剂的热分解特性

为了研究PBT复合固体推进剂的热分解过程,分别采用差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC),对复合固体推进剂及各单组分的热分解特性进行了研究,并对其进行了慢烤试验。DSC的试验结果表明,在温升速率为10℃/min的条件下,PBT复合推进剂的初始分解温度为183.6℃;推进剂组分中增塑剂BU的初始分解温度最低,为192.9℃,表明复合推进剂的热分解过程是从BU开始。在ARC试验中,推进剂在绝热条件下有三段放热过程,第一段放热过程的初始分解温度为121.7℃,且第一阶段的热分解并未直接引发其他组分的后续热分解反应。在慢烤试验中,PBT复合推进剂中最先分解的组分为BU,且BU的分解并未导致样品整体发生反应。根据DSC的测试结果,利用Kissinger法计算得到BU的热分解活化能为137.8 k J/mol,PBT复合推进剂第一段放热峰的表观活化能为101.7 k J/mol。     

GAP/环氧化合物体系胶片的制备与性能表征

为探索一种新型非异氰酸酯固化体系,以端羟基聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为研究对象,三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(TMPTGE)为固化剂,通过实验筛选出六亚甲基四胺(HA)为固化催化剂,对GAP/TMPTGE/HA固化体系进行了研究。通过拉伸试验、DMA试验,研究了固化参数R和固化时间对GAP/TMPTGE胶片力学性能的影响,借助非等温DSC法,研究了GAP/TMPTGE/HA体系的固化动力学特征,并通过TG实验对胶片热性能进行了表征。结果表明,随着固化参数R的增大,胶片的断裂伸长率先增加后降低,拉伸强度不断增大;R=3.0时,胶片断裂伸长率达到最大值98%,此时拉伸强度为0.67 MPa,玻璃化转变温度为-34.8℃;胶片热分解分为2个阶段,对应的分解峰温分别为250℃和350℃。     

支化GAP分子结构与流变性能表征研究

为控制支化叠氮缩水甘油聚醚(Branched Glycidyl Azide Polymer,BGAP)质量,对BGAP的流变性能与分子结构进行了研究。采用美国TA公司ARES型高级旋转流变仪检测了BGAP的动态流变性能、零剪切粘度和粘流活化能,并应用十八角度激光光散射(LS)、粘度(CV)和示差折光(DRI)三检测器与凝胶渗透色谱(GPC)联用仪检测了BGAP的重均相对分子量,以及特性粘数法和均方回转半径法的支化因子。结果表明,支化GAP(叠氮缩水甘油聚醚)有剪切变稀行为,特性粘数法支化因子比均方回转半径法支化因子略大,其结果规律一致,两种方法所得支化因子均可表征BGAP的支化程度。BGAP的重均相对分子量与支化程度均对其动态模量、零剪切粘度和粘流活化能等流变性能参数有明显相关性;BGAP重均相对分子量与支化程度差别程度越大,对其流变性能的影响越显著。     

二(2,2-二硝基丙基)硝胺的合成及热性能

以2,2-二硝基丙醇为原料,经缩合、硝化反应合成了二(2,2-二硝基丙基)硝胺(BDNPN)。用红外光谱、核磁共振、元素分析对中间体及目标化合物的结构进行了表征。优化了反应条件,硝化反应的最佳条件为nBDNPA:nHNO3=1∶30,反应温度为50℃,反应时间为1 h,收率92.1%。用DSC和TG-DTG考察了目标化合物的热性能。结果表明,BDNPN的热分解峰温为212.3℃,具有较好的热稳定性。     

Fe_2O_3/石墨烯复合物的制备及催化性能研究

以氧化石墨烯和硝酸铁为原料,采用水热法制备Fe_2O_3/石墨烯复合物。采用XRD、FTIR、RAMAN、SEM等对其结构和形貌进行表征,并通过不同升温速率的TG-DSC研究Fe_2O_3/石墨烯复合物对HMX热分解催化作用。结果表明,在氧化石墨烯被还原为石墨烯过程中,同时Fe_2O_3纳米粒子负载于石墨烯片层上;Fe_2O_3/石墨烯复合物可使HMX热分解活化能降低51.13 kJ·mol~(-1),对HMX有较好的催化作用。     

ANPyO Bi(III)含能配合物的合成、表征、热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO) Bi(III)含能配合物,采用FTIR、元素分析和XPS光电子能谱表征了含能配合物的结构.根据结构表征结果推测,ANPyO Bi(III)含能配合物的分子式为Bi(C5H4N5O5)3,金属离子与配体的配比为1∶3.其中,可能的配位方式为:每个配体ANPyO 2-位的氨基脱去一个氢原子,分别以NH和N→O结构单元中N原子和O原子与Bi(III)形成配位键.ANPyO Bi(III)含能配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感分别为220 cm、36 kg和5.8 mm.采用TG-DTG和DSC测试考察了ANPyO Bi(III)含能配合物的热分解行为,配合物在50～450 ℃范围内热分解过程由一个吸热熔融峰和分解放热峰组成,相应的峰温分别为320.6 ℃和346.5 ℃,配合物热分解剩余残渣量为31.2％.同时,考察了配合物对高氯酸铵热分解的催化作用,并采用Kissinger法对纯AP和AP混合物热分解过程低温分解阶段和高温分解阶段的表观活化能和指前因子进行了计算.结果表明,ANPyO Bi(III)含能配合物可使高氯酸铵高温分解阶段和低温分解阶段的峰温提前63.6 ℃和63.1 ℃,表观活化能降低23.1 kJ/mol和61.5 kJ/mol,表观分解热增加339.3 J/g.可发现,ANPyO Bi(III)含能配合物对AP的热分解具有显著的催化作用.     

新型含硅芳基乙炔的固化及成炭机理研究

通过FTIR、DSC、TG和XRD等分析了新型含硅芳基乙炔树脂的组成、固化反应、炭化过程、炭化机理及热分解动力学.结果表明,树脂主链上含有Si元素,在222 ℃发生Diels-Alder固化反应;固化树脂的起始热分解温度为380 ℃,900 ℃的残留率为89.5%.热解动力学分析表明,树脂的炭化分为几个阶段,在250～445 ℃阶段,为引发阶段,结构变化小;450～725 ℃为热分解阶段,聚合物的主链破坏并转变为玻璃态炭结构;在830～855 ℃是芳环发生脱氢交联反应引起的放热阶段;860～895 ℃为碳化物逐渐向乱层石墨结构转变,此阶段以后热稳定性高.XRD和拉曼光谱表明, 1 500 ℃处理后出现SiC峰,2 200 ℃处理后出现石墨峰,表明材料在高温处理时可发生部分石墨化.     

PBT弹性体微相分离及对其力学性能的影响研究

为了获得微相分离对宽温PBT叠氮聚醚弹性体力学性能的影响规律,用红外光谱分析法(FT-IR)和动态热力学分析法(DMA)研究了PBT叠氮聚醚弹性体产生微相分离的机理和影响因素。用调节硬段含量、交联参数的方法调控其微相分离,控制适当的微相分离程度可显著改善推进剂的力学性能。研究结果表明:在二元醇扩链的弹性体体系中,当硬段含量约为15%时,弹性体发生相对最大比例的微相分离,体现出较佳的综合力学性能。通过微相分离的调控可获得宽温范围内综合力学性能较好的叠氮聚醚推进剂用粘合剂基体材料。     

粒度和形貌及粒度分布对RDX安全和热分解性能的影响

采用溶剂/非溶剂法和筛分法,通过控制搅拌速度及溶剂与非溶剂温度差,制备了不同粒度、形貌和粒度分布的RDX粉末。利用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行了相应表征;利用撞击和摩擦感度试验、慢烤试验及DSC测试分别研究了不同粒度、形貌及粒度分布的RDX样品的安全性能和热分解特性。研究结果表明,粒度、形貌及粒度分布是影响RDX安全和热分解性能的重要因素。随着粒度的减小,RDX的机械和热感度显著降低。另外,窄粒度分布的RDX样品普遍具有更低的机械感度,而宽粒度分布的RDX样品通常具有更好的热稳定性。     

Fe2O3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。     

空间高稳定碳/碳蜂窝夹层结构制备及性能

针对空间高稳定结构在极端环境下的灵敏度和稳定性需求，提出一种新型高稳定、高承载的轻质碳/碳(C/C)蜂窝夹层结构方案。碳/碳蜂窝夹层结构由化学气相渗透(CVI)致密化获得的整体碳/碳蜂窝和面板经胶粘剂粘接集成，通过评价蜂窝、面板以及夹层结构的内部质量、力学性能及热物理性能，展示了碳/碳蜂窝夹层结构在承载和尺度稳定性方面的优势。研究结果表明,典型特征碳/碳蜂窝承载性能稳定，平压强度＞10 MPa，L/W向剪切强度＞4 MPa，典型特征碳/碳蜂窝夹层结构热膨胀系数低，满足空间环境条件下面内热膨胀系数绝对值低于 1×10 -7 /℃的高稳定设计需求。