AP/HTPB推进剂组分热分解特性及其匹配关系对推进剂燃速的影响

本文应用差示扫描量热——热重(DSC—TG)技术研究了TMO(过渡金属氧化物)对过氯酸铵(AP)、端羟基聚丁二烯(HTPB)固化胶片热分解反应动力学参数(如活化能E、反应温度T、反应速度常数K、以及热分解速率等)的影响.测定了AP/HTPB/TMO推进剂的燃速.考察了组分热分解动力学参数与推进剂燃速的关系.结果表明,TMO对AP热分解特性和推进剂燃速的影响不是等效的,TMO对HTPB固化胶片的热分解基本无催化作用.由凝聚相燃烧模型进行理论分析发现,若要推进剂维持稳态燃烧,则氧化剂的热分解速率(r_(ox))、热着火延迟时间(t_(ign))与粘合剂的热分解速率(r_f)之间必须具备一定的匹配关系:rox(1-t_(ign)/t)/r_f≤1.推进剂试样的中止燃烧电镜照片验证了这一理论分析的正确性.     

硼酸酯键合剂在丁羟四组元推进剂中作用机理研究

采用反相气相色谱仪测试了BA-5键合剂,RDX,AP和HTPB-TDI胶片的表面酸碱性参数,并估算出各组分之间的界面相互作用焓。结果表明ΔHBA-RDX和ΔHBA-AP均显著大于ΔHBA-HTPB,证实键合剂BA-5与RDX,AP作用力远大于与粘合剂作用力,能在混合过程中优先迁移吸附在RDX,AP颗粒表面,并产生强烈吸附。采用电子能谱仪定性表征了RDX,AP从HTPB中吸附BA-5的情况。结果表明:随着电子束加速电压降低,测试厚度变小,AP样品中硼原子含量增加,证实BA-5是吸附在AP的表面。结合组分基团活性分析,阐述了BA-5键合剂的作用机理。     

防老剂H对丁羟推进剂力学性能的影响

研究了防老剂H（N，N'-二苯基对苯二胺）对丁羟推进剂力学性能的影响，从力学性能的角度提出了防老剂H在HTPB／TDI型推进剂中的最佳用量。发现防老剂H影响丁羟推进剂性能的规律与固化剂种类有关，如果不加入防老剂H，则HTPB／IPDI推进剂的力学性能会显著优于HTPB／TDI推进剂。     

端炔基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚合成及固化

为改善传统的复合推进剂端羟基黏合剂-异氰酸酯固化体系对水敏感的缺点,对端羟基聚醚黏合剂进行端基改性,将羟基转变为丙炔基,并利用点击化学原理,与多叠氮化合物组成新的推进剂黏合剂固化体系。以分子量约为4000的环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET4000)为原料,对其进行端炔基化,得到分子量约4000的端炔基PET共聚醚(C≡PET4000),在特定催化剂的作用下,与官能度为3.8的某叠氮类固化剂组成固化体系,制备不同催化剂含量和固化参数的胶片,研究了其力学性能。结果表明,端炔基聚醚-叠氮固化剂的黏合剂体系与传统的羟基黏合剂-异氰酸酯固化体系的力学性能相似。     

键合剂对聚三唑聚醚固体推进剂力学性能影响研究

为了找到满足聚三唑聚醚复合推进剂使用要求的键合剂,合成了一系列不同羟基含量的键合剂,TNG—OH。利用13C—NMR,FTIR和热失重对其结构和热稳定性进行了表征,并将其应用到聚三唑聚醚复合固体推进剂中。13C—NMR和FTIR结果确定了三唑环的形成以及羟基和叠氮基的存在,而热失重结果则表明键合剂中三唑环的形成有利于其热稳定性的提高。键合剂TNG—OH在含高氯酸铵、铝粉和硝胺的聚三唑复合固体推进剂中能显著提高其力学性能:与不含键合剂体系相比,60℃和20℃时,复合推进剂的拉伸强度和断裂应变显著提高;-40℃时,所有推进剂体系均发生了明显的屈服现象,且屈服强度和屈服应变以及断裂应变均随着TNG—OH键合剂中羟基含量的增加而增加。与传统聚氨酯用键合剂LBA–604相比,含键合剂TNG—OH的聚三唑复合固体推进剂具有更好的力学性能。     

PBT钝感高能推进剂高温力学性能调节技术研究

为了改善PBT类型钝感高能推进剂的高温力学性能,分析了推进剂高温力学性能的影响因素,研究了中性键合剂粒度、用量以及固化网络交联分子量对高温性能的影响,并进一步考察了组合键合剂技术(中性键合剂+醇胺键合剂)在三种不同燃速(高燃速、中燃速、低燃速)配方中的使用效果。研究表明:(1)醇胺键合剂对HMX粒子表面缺乏有效的化学键合,HMX能部分溶解在极性增塑剂A3中,形成软界面层,这两点使得试样拉伸过程中HMX的表面容易"脱湿",影响高温力学性能。(2)通过调整固化参数和交联剂用量,控制交联分子量,优化固化网络,并结合组合键合剂技术,能获得高、低、常温力学性能优良的PBT钝感高能推进剂配方,当NPBA的用量为0.08%～0.10%,交联分子量Mc达到8000～10000时,推进剂的高温抗拉强度大于550kPa,伸长率达到40%以上。     

防老剂H对丁羟推进剂粘合剂体系形态结构和力学性能的影响

运用透射电镜（TEM）和动态力学分析（DMA）研究了丁羟推进剂粘合剂体系的形态结构,发现在该体系中存在硬段、软段两相分离结构；防老剂H（N,N’-二苯基对苯二胺）的加入,引入了更多的硬段微区,使两相结构更为清晰；解释了防老剂H能大幅度提高粘合剂体系力学性能的原因。     

PBT/N100黏合剂体系固化流变性能北大核心CSCD

为深入研究黏合剂3,3-双(叠氮甲基)氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)与固化剂多异氰酸酯N100的固化反应过程,使用流变仪研究了PBT/N100黏合剂体系固化过程中的模量变化和凝胶化之前的黏度变化。结果表明:PBT/N100黏合剂体系的等温固化过程遵循自催化动力学模型。根据模量随时间的变化,PBT/N100黏合剂体系的固化过程可分为反应控制阶段、凝胶化阶段和扩散控制阶段。其中,反应控制阶段的黏度变化符合双Arrhenius模型,计算得到该阶段的粘流活化能和反应活化能分别为36.271 kJ/mol和54.882 kJ/mol。通过Eyring模型,计算出PBT/N100黏合剂体系固化过程的热力学参数∆H和∆S,分别为52.07 kJ/mol和-125.55 J/(mol·K),由此基本确定,PBT/N100黏合剂体系比较理想的等温固化温度为60℃,固化时间约为160 h。     

丁羟推进剂中键合剂的表征

众所周知,丁羟推进剂中加入键合剂可以改善HTPB(丁羟)和AP(过氯酸铵)间的粘结,消除“脱粘”、“空洞”现象,从而提高丁羟推进剂的力学性能。键合剂的这种作用引起了国内外的注意,纷纷对它开展了以物理或物理化学为手段的表征工作。从而既有利于正确选用键合剂,又可为今后探讨偶联机理打下基础。 本文采用文献报道的四种表征方法,即从溶液中吸附、应力松弛、玻璃化转变温度、光镜分析等对前篇报告所述的HX—752,PKM两种单一键合剂和HX-752-PKM混合键合剂初步进行了表征,并由此作出相应的评价。     

燃速催化剂与固化催化剂的交叉作用

本文研究了燃速催化剂与固化催化剂的交叉作用.作为燃速催化剂的有机和无机铅盐都程度不同地催化端羟基聚醚(HTPE)与多异氰酸酯(PAPI)的固化反应.有机铝盐的催化活性优于无机铅盐.水杨酸铅((LS)和邻氨基苯甲酸铅(OAB-Pb)中的活泼氢不干扰固化反应的进行.这种交叉作用对于简化推进剂的制造工艺过程是有利的.     

醇胺类助剂对丁羟推进剂药浆流变性能的影响

采用旋转粘度计研究了助剂三乙醇胺 (TEA) ,三氟化硼 (BF3) ,三乙醇胺三氟化硼络合物 (TEA·BF3)对Al/HTPB ,AP/HTPB和AP/Al/HTPB复合物药浆流变性能的影响。结果表明 ,TEA/Al反应 (BF3存在时 )以及氢键缔合作用使药浆的切应变速率指数n值降低 ,HTPB/BF3相互作用使药浆的稠度系数K值增大 ,两者综合作用使含TEA·BF3的丁羟推进剂药浆在低切变力下的表观粘度急剧增大 ,从而导致药浆的流动和流平性变差     

基体特性对HTPB推进剂力学性能的影响

按工程生产工艺要求，制得hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB)固化胶片，通过控制试验环境温度（-50、-35、-20、0、20、35℃），得到了基于Prony级数形式的具有不同松弛特性的复合基体材料的松弛行为描述，为细观模型的建立提供了必要参数。随后基于分子动力学方法，结合具有内聚本构的黏接单元，建立了推进剂的细观计算模型。为验证所建数值模型的准确性，对固体推进剂在常温条件下进行宏观松弛力学试验，将仿真结果与试验数值的对比，试验结果与仿真结果相差在20%范围之内。最后对具有不同随机分布及不同基体松弛特性的推进剂细观模型进行有限元计算，结果表明:颗粒随机性不影响推进剂的宏观力学行为，而基体松弛特性显著影响固体推进剂的宏观力学性能，基体松弛特性获取环境温度与推进剂的宏观初始模量、延伸率以及强度均呈指数型关系。      

丁腈橡胶/酚醛树脂/受阻酚AO80阻尼橡胶贮存稳定性研究

在丁腈橡胶(NBR)中添加酚醛树脂(PR)和受阻酚AO80,制备共混橡胶,采用示差扫描量热(DSC),傅立叶红外光谱(FTIR),扫描电子显微镜(SEM)和粘弹谱仪(DMTA)等方法表征其结构,研究其阻尼机理.研究结果表明:在共混橡胶中,除NBR硫化交联网络外,还包含NBR/AO80的超分子氢键网络、NBR/PR的络合作用、AO80与PR分子间作用、AO80分子聚集体及在AO80相中的NBR分子等多种微观作用形式.复杂的分子作用形式使硫化胶分子间摩擦增大,提高了阻尼性能.但随贮存时间延长,AO80聚集结晶,造成硫化橡胶阻尼性能的不稳定.     

AP/HTPB推进剂凝聚相反应对燃速的影响

W.G.Schmidt[1]和K.Kishore等人[2、3]从推进剂实际燃烧过程发生在气相,而推进剂组分相对又不挥发的观点出发,得出在固相中必定要先发生一系列产生气态产物的凝聚相反应的结论。由于气相反应比凝聚相反应快得多,因而得出凝聚相反应是推进剂燃烧过程的主要控制步骤。      

复合推进剂中的降速剂

采用燃速测量、热分析等技术，研究了草酸铵、碳酸锶、碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺等添加剂对AP／HTPB系推进剂燃速的影响。结果显示，上述几种添加剂均可不同程度地使推进剂燃速降低，其原因是添加剂促使AP的分解峰温向高温方向移动以及使AP分解的活化能增加。不同添加剂的影响机理有所不同：草酸铵的分解产物阻碍AP低温、高温分解，从而使AP分解峰向高温方向移动；碳酸锶和AP分解产物高氯酸反应产生不易分解的高氯酸锶使AP分解峰温升高；同时由燃速测试结果发现，在压强大于5MPa时，碳酸锶／草酸铵、碳酸锶／草酰胺产生协同作用，使推进剂降速效果非常明显，尤其是碳酸锶与草酰胺的组合，不但使推进剂燃速降低明显，而且压强指数的降低幅度也最大，是一种良好的复合型降速剂。     

丁羟聚氨酯弹性体结构与力学性能的关系综述

综述了大量有关于羟聚氨酯弹性体结构与力学性能关系的主要资料，指出，在丁羟聚氨酯弹性体中存在有微相分离的形态结构，这种结构与其力学性能密切相关。研究了丁羟聚氨酯弹性体结构与力学性能的关系，对进一步提高丁羟推进剂或聚氨酯推进剂的力学性能具有指导意义。     

药柱含扰流板H2O2/HTPB固液火箭发动机 两相流数值计算

研究了药柱中添加扰流板对固液火箭发动机燃烧性能的影响,以北京航空航天大学φ100mm标准固液火箭发动机为计算模型,针对98%H₂O₂/HTPB(过氧化氢/端羟基聚丁二烯)推进剂组合,采用二维轴对称气液两相模型计算了不同药柱位置、不同孔径尺寸的扰流板对固液火箭发动机燃烧性能的影响.结果表明:孔径尺寸更小的扰流板且置扰流板于药柱长度的50%~70%时,平均燃料退移速率最大,燃烧效率最高,这将为扰流板设计提供理论依据.