高性能非脆变双基推进剂

这项工作是由赫克里斯公司阿里根尼弹道试验室完成的,是为美国海军战术导弹的应用而改进高性能硝酸酯增塑推进剂工作的一部分。总的目的是研制一种性能卓越的推进剂,它在舰队防御环境下不会发生脆变。尤其需要一种推进剂能满足或者超过美国海军近代高性能验证发动机(HPDM)计划的要求。方法是将聚乙二醇预聚物用于混合增塑剂(50/50N G—BTTN)作为非脆变粘合剂的主要成分。这种增塑剂系统已在其它的赫克里斯计划中经过验证,与 NG 或 BTTN 晶种接触,即使经过长期的—54℃～—12℃之间的温度循环也不会发生脆变。以1磅规模对固体含量为73%～80%的推进剂进行了试验,以调节工艺性能、力学性能。成功地研制出了一种能达到 HPDM 计划要求的固体含量为73%的非脆变推进剂。80%固体含量推进剂的研制工作表明,这类推进剂是可行的,但还需要进一步的研究。     

固体推进剂的最新进展—NEPE推进剂

什么是NEPE推进剂NEPE是硝酸酯增塑聚醚的英文缩写,全称是Nitrate Ester Plasti cized Polyether。NEPE推进剂是美国为满足MX洲际导弹的需要,赫克力斯公司于70年代末研制成功,80年代初开始使用的一种新型固体推进剂。对于MX导弹的高能量、高性能的要求,目前的复合固体推进剂和改性双基推进剂都不能满足。但复合固体和改性双基各有所长,突破两者的界限,充分发挥双基中硝酸酯增塑剂的能量高、复合固体中高分子主链低温力学性能好的优点,再加入高性炸药HMX,就组成了NEPE推进剂。它不仅能量高、低温性能好、不脆变,而且其它性能也满足要求。除在MX第     

聚氧化乙烯粘合剂推进剂力学性能研究

对聚氧化乙烯(PEO)为粘合剂硝酸酯增塑的高能推进剂配方力学性能进行了研究。研究了键合剂BS、交联剂JC、固化剂、粘合剂分子量和官能度等因素对推进剂力学性能的影响。结果表明,PEO粘合剂推进剂具有较好的力学性能,达到了20℃时σm≥0．7MPa,-40～70℃时εm≥70％。因此,PEO可用作硝酸酯增塑推进剂的粘合剂。     

含能热塑性聚氨酯推进剂的能量计算与分析

采用最小自由能法,在标准条件(pc/p0=70∶1)下,比较了用不同软硬段结构的含能热塑性聚氨酯弹性体(ET-PU)作粘合剂的复合推进剂的能量特性,从要获得较高能量水平的观点,排列出了几种ETPU选择的先后次序;计算了含ETPU的各类推进剂的能量特性参数,探讨了ETPU对硝酸酯增塑的复合推进剂和硝胺改性双基推进剂的能量特性的影响规律。结果表明,选用不同ETPU的复合推进剂配方相互间在能量特性上存在着差别,但这种差别并不十分显著,以GAP为软段、TDI为硬段的ETPU,更有利于配方获得较高的能量水平;硝酸酯增塑的ETPU推进剂的理论能量水平高于丁羟推进剂,随增塑比逐渐增大,推进剂的最大理论比冲随之增大,固含量逐步降低;少量ETPU的加入,对硝胺改性双基推进剂的能量特性影响不大,增加Al和RDX含量,更有利于提高含ETPU的硝胺改性双基推进剂的能量水平。     

硝酸酯增塑聚醚推进剂工艺助剂研究

通过在实验配方中筛选,发现钛酸酯PA-4、PA -5、PA -15和聚合物PC-1可使硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆屈服值降低17%～ 45%,着重考查PA-4对药浆适用期和动态粘弹性的影响.     

硝酸酯增塑醚推进剂工艺县剂研究

通过在实验配方中筛选，发现钛酸酯ＰＡ－４、ＡＰ－５、ＰＡ－１５和聚合物ＰＣ－１可使硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆屈服值降低１７％～４５％，着重考查ＰＡ－４对药浆适用期和动态粘弹性的影响。     

固体填充剂对推进剂力学性能的影响

借助扫描电子显微镜（SEM）及微型动态拉伸装置测试手段，对含固体颗粒填充剂的丁羟复合固体推进剂（HTPB）和硝酸酯增塑的聚醚高能推进剂（NEPE）中的微相结构进行了断口微观形貌观察和推进剂拉伸试件在拉应力作用下的断裂过程分析。结果表明，固体颗粒的形状，粒径尺寸，粒度分布和级配变化，以及固体填料／粘合剂的界面性质等因素对推进剂力学性能有着重要的影响。     

固体推进剂空隙含量的体积模量测定

本研究采用体积压缩系数测量来确定固体推进剂中因气体逸出而导致的内部空隙含量(空隙区)的变化。而且测定了复合改性双基(CMDB)、交联双基(XLDB)和硝酸酯增塑聚醚(NEPE)三种推进剂体内空隙形成的速率。发现在400mm立方体内空隙含量和体积压缩系数,同用X—射线的检查结果具有良好的一致性。在这三种推进剂中,采用70和80℃下的高温贮存来加速空隙的形成。其中CMDB推进剂显示出最高的空隙形成速率。最后,探讨了断裂力学在空隙形成研究中应用的最新进展。     

推进剂用热塑性聚酯聚氨酯弹性体的结构与性能

针对推进剂粘合剂的需要,以聚己二酸乙二醇丙二醇酯(PEPA)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯和1,4 丁二醇为硬段合成了一类能为硝酸酯增塑的热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)。该弹性体采用熔融预聚法制备。利用GPC、FTIR、DSC、X Ray,力学性能测试和硝化甘油吸收实验等分析技术对聚合物的结构和性能进行了研究。结果表明,合成的热塑性聚氨酯弹性体具有较高的相对分子质量和聚氨酯的结构特征,具有较低的软段玻璃化转变温度和加工温度,具有较好的力学性能,以及与硝酸酯良好的相溶性,具有满足推进剂使用要求的力学性能。     

硝酸酯增塑GAP推进剂网络结构断键薄弱点表征

硝酸酯增塑的叠氮聚醚(GAP)推进剂是固体推进剂的重点发展方向之一,研究其网络结构的特性,可为推进剂配方研制提供理论依据和技术支持。为弄清硝酸酯增塑的GAP推进剂网络结构老化过程中的化学组成变化及其断键薄弱点,采用索氏提取法和酸溶解法,制备出了纯的GAP推进剂凝胶。通过采用红外光谱、元素分析、热重差示扫描量热同步热分析、热重红外联用和环境扫描电子显微镜等分析技术,表征出了推进剂老化前后网络结构的化学组成及其断键薄弱点。结果表明,推进剂网络结构的化学组成为叠氮聚醚聚氨酯,老化后网络结构羟基量增多,叠氮基量减弱,且网络结构颜色由米白色变为红色,网络链易被氧化断裂,网络中的空洞变大,断裂部位首先发生在叠氮基上,其次发生在高分子主链上的氨基甲酸酯键和碳氧碳键。     

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。     

固体推进剂领域专利概况分析

<正>固体推进剂是固体火箭发动机的动力源用材料,特别是端羟基聚丁二稀(HTPB)、高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的出现,使固体推进剂更加广泛应用于战术、战略导弹和航天运载领域中,固体推进剂的性能也直接影响导弹武器的作战效能和生存能力。目前,各国都在针对战略、战术武器系统生存环境要求的提高,积极探索、开发以高能量密度材料合成及应用为主体的新型高性能推进剂,同时,也积极追求固体推进剂的低特征     

NEPE推进剂粘接界面迁移组分定性分析

应用气相色谱-质谱(GC-MS),采用不同的色谱实验条件,用二氯甲烷萃取,对NEPE推进剂/衬层/绝热层ф25 mm圆柱标准粘接试件粘接界面不同沸点的迁移组分进行了定性分析研究。研究结果表明,推进剂中迁移组分主要有增塑剂硝化甘油(NG)、丁三醇三硝酸酯(BTTN)、稳定剂AD和燃速催化剂辛基二茂铁(ODCI),这些迁移组分可向衬层和绝热层迁移;衬层中迁移组分为增塑剂癸二酸二辛酯(DOS),该组分只向绝热层迁移,不向推进剂中迁移。     

运载火箭低温推进剂热管理技术及应用进展分析

运载火箭低温推进剂与外界环境的传热是造成汽化的主要原因。为长期贮存和使用低温推进剂,必须采用综合的热管理技术。首先介绍国内外提出的被动热防护技术和主动制冷技术。前者的主要目的是降低贮箱与外界环境的热量交换强度;后者是通过对贮箱内的热量进行转移,以实现低温推进剂的无损贮存,但只适合已具有良好被动热防护的贮箱。其次,对国外典型低温推进剂实验应用系统进行分析,并初步提出多功能液氢实验平台方案设想,方案中通过CZ-3A号搭载多功能液氢实验平台用于验证空间环境下低温推进剂的综合应用技术。通过对低温推进剂热管理技术的调研和论证,为我国低温推进剂在空间环境下的长期在轨使用提供技术参考。     

叠氮增塑剂与粘合剂的相容性

叠氮增塑剂由于有正的生成热、密度高、成气性好,可作为复合固体推进剂的含能增塑剂,与缩水甘油叠氮基聚合物(GAP)一样,加入推进剂中可以组成叠氮复合固体推进剂。本文对聚(叠氮环氧丙烷)二硝酸酯(AZP-2)和端叠氮基聚(叠氮环氧丙烷)(AZP-3)与多种粘合剂做了相客性研究。在80℃下的热失重试验结果表明,含叠氮基(-N_3)的增塑剂对含烯键合剂和含氰基粘合剂化学不相容;粘合剂中的羧基对叠氮基分解有催化作用。这些结果为叠氮推进剂配方设计和研制提供了重要依据。     

HTPE弹性体玻璃化温度研究

针对BDNPF/A增塑的HTPE推进剂玻璃化转变温度高、低温性能不足,难以满足宽温使用要求的问题,研究了HTPE预聚物中结构单元比例(EO/THF)、相对分子质量、交联点间平均相对分子质量以及增塑剂种类对HTPE弹性体玻璃化转变温度(T_g)的影响。结果表明,HTPE预聚物中结构单元比例(EO/THF)和相对分子质量对其T_g值均存在影响,随着EO含量的升高或预聚物相对分子质量的增大,T_g值移向高温;网络交联密度对HTPE弹性体玻璃化温度影响较大,交联点间平均相对分子质量与玻璃化转变温度呈二次函数关系,即T_g=■,固化参数(R_t)较交联度(ρ)对玻璃化转变温度的影响更显著;DNPH增塑剂对HTPE弹性体的增塑效率优于BDNPF/A增塑剂,采用BDNPF/A增塑剂和DNPH增塑剂复配可改善HTPE弹性体的综合性能。     

硝酸酯增塑高能推进剂爆炸性能研究

对我国硝酸酯增塑高能推进剂的爆炸性能、爆炸当量等进行了试验和评估。简述了共试验装置、方案、试样、试验过程及结果。结果表明：该推进剂危险性分类与美国国防部划入１．１级危险品的高能推进剂相似；ＴＮＴ当量１０ｍ之内为１．０７～１．２６，１０～５５ｍ之间约为０．８９～１．２１，也与国外相关试验值相似；另外观测到１０ｋｇ该推进剂爆炸时，距３５ｍ以外建筑物无大影响，５５ｍ外无影响。     

聚乙二醇粘合剂体系的流变特性研究

研究了不同增塑比和温度对硝酸酯(BG)增塑的聚乙二醇粘合剂(PEG)体系流变特性的影响。结果表明,聚乙二醇粘合剂体系存在临界增塑比,低于该临界增塑比时,体系粘度随增塑比增加而迅速降低;高于该临界增塑比时,体系粘度变化缓慢。当增塑比为2.8时,聚乙二醇粘合剂体系在50℃假塑性程度最高。     

GAP/CL-20固体推进剂的力学性能

采用单向拉伸试验、扫描电镜、动态热机械分析等方法研究了增塑比、固含量及固体组分相对含量等配方因素对GAP/CL-20推进剂力学性能的影响,并对各因素的影响进行了简要分析。研究结果表明,增塑比提高,伸长率提高、抗拉强度降低,损耗因子增大、玻璃化温度降低,推进剂结构更加致密紧实;固含量提高,推进剂伸长率降低、抗拉强度提高,损耗因子和玻璃化温度均提高;固体组分中有利于提高伸长率和抗拉强度的顺序为Al粉、CL-20、AP。分析认为,颗粒粒度是固体组分相对含量影响推进剂力学性能的主要原因。     

钝感GAP微烟推进剂的能量性能计算

根据推进剂配方理论计算程序计算了含N-脒基脲二硝酰胺(FOX-12)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)、三氨基三硝基苯(TATB)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、黑索今(RDX)、二硝酰胺铵(ADN)等高能钝感氧化剂及1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)、二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)、三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、N-丁基-2-硝酸酯乙基硝胺(Bu-NENA)等钝感增塑剂的几种单元推进剂和钝感微烟推进剂的能量性能。计算结果表明,所列的7种含能氧化剂中,由RDX和DNTF形成的单元推进剂的标准理论比冲分别为2 696.4 N.s/kg和2 610.2 N.s/kg,明显优于其他几种氧化剂。当采用DNTF部分取代GAP推进剂中的RDX或ADN后,推进剂的理论比冲、密度和特征速度相应提高。由于DNTF的感度低于RDX,因此DNTF引入推进剂中,对提高钝感GAP微烟推进剂的能量性能是有益的。