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。     

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℃。     

含能增塑剂对PBT弹性体微相分离及力学性能的影响

采用红外光谱(IR)、力学性能测试等方法研究了含能增塑剂丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)和双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛/双(2,2-二硝基丙基)缩乙醛混合物(BDNPF/A,两者质量比为1∶1)对3,3-二叠氮甲基氧丁环/四氢呋喃共聚醚(PBT)弹性体微相分离和力学性能的影响。结果表明,Bu-NENA对PBT弹性体的微相分离影响较大,随增塑比的增大,游离羰基比例提高,同时有序氢键化羰基比例显著减小,增塑比为1.0时有序氢键化羰基比例几乎为0,导致弹性体抗拉强度显著降低;BDNPF/A对PBT弹性体的微相分离特性则没有明显影响。两种含能增塑剂复配时,随着复配增塑剂中BDNPF/A比例的增加,弹性体的抗拉强度随之增大。     

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。     

PBT基少烟推进剂配方性能研究

针对固体火箭发动机用高能量、低特征信号推进剂发展需求,以3,3-二叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃共聚醚(PBT)为粘合剂、双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛和双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛等质量比的混合物(A3)为增塑剂,采用降低推进剂配方中铝粉(Al)含量、用奥克托金(HMX)部分取代氧化剂等方式,开展了PBT基少烟推进剂配方工艺性能、力学性能、燃烧性能、烟雾特性以及能量性能研究。结果表明,PBT少烟推进剂的药浆粘度低、工艺性能良好,当固化参数为1.30,键合剂用量为0.30%时,推进剂的高温抗拉强度为0.511 MPa,常温、高温、低温伸长率均大于40%,推进剂在3～11 MPa的静态燃速压强指数为0.408,可见光透过率、红外透过率和激光透过率均大于70%,6.86 MPa下实测比冲为250.4 s,比冲效率为95.9%。     

一步法制备BAMO-THF型热塑性弹性体及其力学特性

以一缩二乙二醇(DEG)为扩链剂,通过一步熔融聚合法,制备得到高含量3,3-二叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃共聚醚(BAMO-THF)型含能热塑性弹性体(ETPE)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和广角X-射线衍射仪(WXRD)表征制备的ETPE结构,动态力学热分析(DMA)、万能材料试验机、邵氏硬度仪研究其力学性质。结果表明,制备的BAMO-THF型ETPE具有明显的叠氮型聚醚聚氨酯弹性体特征。在加载应力和温度作用下,由于其线性分子链结构,ETPE试样蠕变程度较大。此外,扩链剂含量的增加并不利于ETPE延伸率和低温性能的提高。其中软段BAMO-THF含量达到93.3%,硬段含量仅为6.7%的D20试样力学性能较佳,抗拉强度和断裂伸长率分别为3.61 MPa和1 277%,低温玻璃化转变温度为-23.4℃。     

GAP热塑性弹性体共混增韧硝化棉研究

采用溶液共混法,制得一组不同配比的聚叠氮缩水甘油醚聚氨酯弹性体(GAPE)/硝化棉(NC)共混聚合物。采用真密度仪、红外光谱、动态热机械分析仪(DMA)和万能材料拉伸试验机,对共混物性能进行表征。结果表明,GAPE/NC共混体系具有良好的相容性及低温性能。随GAPE质量分数的增加,共混体系的抗拉强度略有下降,断裂伸长率均有所提高。当GAPE质量分数为30%时,GAPE/NC共混体系的断裂伸长率达33.5%,比NC的断裂伸长率7.7%提高了近5倍。同时,DMA分析表明,此配比下共混体系的两相玻璃化温度较靠近,且活化能、低温脆化参数较低。     

网络结构及增塑剂对PBT弹性体玻璃化转变的影响

针对PBT推进剂玻璃化温度高、低温性能不足,难以满足战术发动机宽温使用要求的问题,从粘合剂网络结构与增塑剂两方面,研究了PBT结构单元比例、PBT相对分子质量和固化剂种类对PBT弹性体玻璃化转变的影响,以及多种增塑剂对PBT的增塑效率。结果表明,降低PBT中BAMO链节含量、提高PBT相对分子质量,可显著降低PBT弹性体玻璃化温度。在常用的3种固化剂TDI、IPDI和HDI中,对网络中软段运动能力限制作用强弱为HDIIPDITDI。在研究的含能增塑剂中,Bu-NENA对PBT增塑效率最高,降低玻璃化温度效果远优于常用的增塑剂BDNPF/A。     

Bu-NENA/PBT推进剂安全性能

开展了增塑剂品种、固体填料含量对Bu-NENA/PBT推进剂安全性能影响研究,炸药HMX和增塑剂Bu-NENA含量对Bu-NENA/PBT推进剂危险等级影响研究及钝感Bu-NENA/PBT推进剂综合性能评价。研究结果表明,Bu-NENA可显著降低PBT推进剂的机械感度,HMX含量控制在13%以下,Bu-NENA含量控制在12%以下,Bu-NENA/PBT推进剂危险等级评定为1.3级,Bu-NENA/PBT推进剂理论比冲大于267 s,玻璃化温度Tg为-65℃,-60～70℃宽温力学性能优良。     

支化3,3-二叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃的合成及表征

以3,3-叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃(PBT)为起始聚醚,三官能度的支化单元为引发剂,在催化剂的作用下,通过亲核加成反应合成一种具有新型支化结构的PBT(B-PBT)。采用FTIR、~1H-NMR、粘度测试、DSC、TG和拉伸测试,对目标产物的结构、粘度特征、热稳定性以及力学性能进行表征。结果表明,所合成的目标产物为具有支化结构的叠氮缩水甘油醚;B-PBT的粘度(15 000 mPa·s/50℃)明显低于PBT(23 828 mPa·s/50℃);引入支化单元后,B-PBT热稳定性仍保持良好,放热达到1481 J/g;产物热分解分为两个阶段,即叠氮基热分解、支化单元以及主链的断裂和小分子的热解;制备的B-PBT弹性体拉伸强度达到5.29 MPa,延伸率达到516.42%,力学性能良好。     

环氧化端羟基聚丁二烯／H12 MDI型聚氨酯固化工艺的研究

采用环氧化端羟基聚丁二烯(EHTPB)与H12MDI固化交联形成聚氨酯弹性体,利用DSC外推法研究了EHTPB/H12MDI型聚氨酯固化的最佳反应温度,再通过测量固化产物的力学性能研究了其他最佳固化工艺参数,包括反应时间、固化剂H12MDI用量、EHTPB环氧值以及扩链剂BDO用量,并在相同条件下对端羟基聚丁二烯(HTPB)/H12MDI和EHTPB/H12MDI固化产物的力学性能进行了比较。结果表明,EHTPB/H12MDI固化产物具备更好的力学性能,并得到了EHTPB/H12MDI型聚氨酯弹性体的最佳固化工艺条件。     

二醇类扩链剂对丁羟推进剂力学性能的影响

采用单向拉伸等方法研究了二醇类扩链剂对丁羟推进剂力学性能的影响，结果表明扩链剂改善推进剂的力学性能效果明显，经分析认为微相分离是扩链剂影响推进剂低温力学的一个主要因素。     

PMMA／PEG-TPE半互穿网络聚合物的力学性能

为提高聚乙二醇聚氨酯弹性体(PEG-TPE)的力学性能,探索了引入聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)合成PMMA/PEG-TPE半互穿网络聚合物(S-IPN)的方法.采用动态热机械分析(DMA)研究了PMMA/PEG-TPE试样的玻璃化转变温度、损耗角正切和储能模量的变化规律.结果表明,PMMA的引入使S-IPN的拉伸强度大幅提高,从PEG-TPE的3.75 MPa提高到PMMA/PEG-TPE(70/30)的26.3 MPa,但S-IPN的断裂伸长率大幅下降.     

工艺温度对丁羟推进剂力学性能的影响

研究了混合温度及固化温度工艺参数对高燃速ＨＴＰＢ／ＩＯＰＤＩ推进剂力学性能的影响，在现有的实验条件下随着合温度升高，推进剂力学性能下降，固化温度升高，推进剂这性能得到改善。     

提高IPDI丁羟推进剂低温力学性能研究

实验研究了IPDI丁羟推进剂低温力学性能不稳定且偏低的问题。结果表明，导致IPDI丁羟推进剂低温力学性能不稳定且偏低的原因是助剂TB与粘合剂系统不相容，从而命名较多的TBT同固体填料表面聚集；同时，因IPDI的反应活性低，导致能进入粘合剂网络的TB量较少，而使助剂H更多地进入粘合剂网络。这就使推进剂力学性能对助剂TB进入网络的量变化敏感，导致推进剂低温力学性能不稳定；另一方面，由于助剂TB与H没有产生如同TDI丁羟推进剂中的协同效应，也使其低温力学性能偏低。在此基础上，提出了解决该问题的技术途径。     

纳米SiO2粒子对环氧粘接剂力学性能影响研究

通过直接共混法将纳米SiO2粒子均匀分散到环氧树脂中，研究了纳米SiO2粒子的用量对粘接剂力学性能的影响，对剪切，拉伸，非均匀扯离三面力学性能进行了测试，并用扫描电镜研究了添加纳米SiO2粒子改性后粘接剂的微观结构。研究结果表明，纳米SiO2粒子均匀分散到环氧树脂粘接剂中，可使环氧粘接剂力学性能指标大幅提高，但当纳米SiO2粒子用量过多时，易相互聚集成团，使其力学性能反而下降。     

NEPE类推进剂力学性能调节的新技术

为满足复合固体推进剂高能、低特征信号的要求，近年来ＮＥＰＥ类推进剂在兼顾能量及力学性能调节方面研究已经取得了一些进展。本文归纳总结了这类推进剂力学性能调节的最新技术途径，并进行了理论上的分析，例如：调节粘合剂相的网格和形态结构；调节填料／粘合剂基体间的相互作用等。     

环境湿度对HTPB推进剂力学性能的影响

实验研究了环境因素特别是湿度对高固体含量的ＡＰ／ＨＴＰＢ推进剂试样力学性能的影响，结果表明，湿度对力学性能尤其是高温力学性能影响显著。这种影响对大型固体发动机装药工艺中力学性能的预示准确度也带来影响，因而需要根据不同的季节合理调整固化参数。