基于ADN的无毒推进剂热分解及燃烧反应的路径研究

二硝酰胺铵(ADN)是未来化学推进技术的一个新方向.对于ADN的分解、燃烧化学反应机理,目前还没有成熟的理论研究结果.归纳和综述了相关研究的最新进展,并提出了ADN分解燃烧的可能路径,发展了一种新的基于吉布斯自由能最小化原理的预测ADN基发动机内部反应参数的计算方法,理论计算了ADN分解燃烧反应两种可能路径的绝热火焰温度和燃烧产物组分,证明了所提出的ADN分解燃烧可能反应路径的合理性.研究内容及结果有助于加深对于ADN热分解及燃烧反应物理本质的理解,对于中国ADN基发动机的工程实践有重要理论指导意义.     

镁基水反应金属燃料的热分解性能

采用热重-差热分析联用(TG-DTA)、差示扫描量热(DSC)、加压热重(PTG)等热分析方法,研究了镁基水反应金属燃料热分解反应的基本特性及其变化规律。研究发现,燃料热分解过程中先后发生AP分解反应、HTPB分解反应,氩气中不发生Mg的氧化反应;添加催化剂、减小AP粒度、增大氧化剂与粘合剂比例、增大细Mg粉含量等,可以降低燃料中AP的分解温度T,减小表观活化能Ea,增大反应速率常数k;减小AP粒度、增大氧化剂与粘合剂比例可以降低燃料中HTPB的分解温度,减小表观活化能Ea,增大反应速率常数k;随着压强增大,AP与HTPB分解失重速率增大、AP失重百分数增大、燃料热分解凝聚相产物质量百分数减少,压强对AP分解影响较大,对HTPB分解影响较小。     

RDX/硬脂酸铅复合粒子的制备及其性能表征

为改善RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和安全性能,以硬脂酸铅为包覆剂,采用化学沉淀法对RDX填料进行了表面包覆,制备了RDX/硬脂酸铅复合粒子。用SEM、XPS对包覆效果进行了表征;对包覆前后样品的机械感度进行了测试和对比;采用DSC对分别由包覆前后RDX制成的推进剂进行了热分解催化性能测试。结果表明,经过硬脂酸铅包覆,RDX的机械感度得到明显降低,撞击感度特性落高(H50)升高了17.6 cm,摩擦爆炸概率(P)降低了60%。与加有纯RDX的推进剂样品相比,添加RDX/硬脂酸铅复合粒子推进剂样品的硝化棉/硝化甘油放热峰峰温降低了约3.7℃,总放热量也得到了提高。     

CuO/CNTs复合催化剂的制备及对FOX-12热分解的催化性能

以醋酸铜和碳纳米管为原料,采用溶胶浸渍法在常压低温(100℃)下制备出CuO/CNTs复合催化剂,采用XRD、TEM、ICP等对催化剂进行表征,并用DSC研究催化剂对FOX-12热分解特性的影响。TEM结果表明,纳米CuO以8~10 nm的椭球形粒子和宽度为5 nm、长度为50 nm的棒状粒子2种形态附着在碳纳米管表面。催化剂使FOX-12分解峰温降低、放热量增加、表观活化能降低,表现出良好的催化性能。当FOX-12与催化剂以质量比5:1混合时,FOX-12热分解峰温降低了20.3℃,ΔH增加了332 J/g。     

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.     

纳米CuO的批量制备及其对高氯酸铵热分解性能的影响研究

采用HLG-5型纳米化粉碎机批量制备了纳米CuO。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对CuO颗粒的结构、大小及形貌进行了表征,并采用差示扫描量热仪(DSC)分别研究了纳米CuO的含量为1%,1.5%,2%,2.5%,4%对不同粒度AP的热分解性能的影响。结果表明,制备的CuO颗粒大小约为17nm,为单斜晶系,呈类球形。2%含量的纳米CuO对AP具有更好的催化性能,可使64μm,6μm,1μm AP的高温分解峰分别降低83.0℃,81℃,55.4℃;表观分解热分别增加880J/g,617J/g,391J/g;反应速度常数提高数倍。     

肼混合物胶体推进剂的热分解特性研究

为了评估肼混合物胶体推进剂的热安全性,采用差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC),对肼混合物胶体推进剂的热分解特性进行了研究。DSC的实验结果表明,在2,5,10和20K·min-1四种升温速率下推进剂的初始热分解温度分别为185.73,227.20,230.37和245.19℃;根据DSC的试验结果,利用Kissinger法计算得到热分解活化能为181.80k J·mol-1。在ARC实验中,肼混合物胶体推进剂在理想绝热条件下的初始分解温度为180.58℃,最大温升速率达到0.6237°C·min-1,绝热温升为227.92℃,最高温度为408.50℃,计算得到其热分解活化能为121.77k J·mol-1。比较DSC与ARC的试验结果,两者基本一致;热分析试验中推进剂先经历相变吸热过程,再进行分解放热。     

PICA中的酚醛树脂热分解机理

采用TG-FTIR和Py GC-MS联用仪对PICA中酚醛热分解过程和产物进行分析和研究,结果表明,PICA酚醛存在两个明显热失重阶段。第一阶段失重为酚醛小分子解吸附过程,主要为H2O、CO2和HOCH2CH2OH分子;第二阶段主要是由酚醛化学键断裂反应引起,为主要热分解阶段,产物主要为酚类、苯系物和稠环芳烃。经过高温热解后,酚醛基体与高孔隙率碳纤维增强体结合形成疏松多孔且具有一定强度的碳层结构。     

钾盐消焰剂对推进剂催化剂热分解行为的影响

研究了三种不同的钾盐对推进利用催化剂热分解行为的影响，结果表明，有机消焰剂KD对邻苯二甲酸铅（φ-Pb)的热分解行为影响最小，而K3AlF6的影响程度最大。最后，探讨了钾盐对催化剂热分解行为的影响和推进剂平台燃烧效应之间的某些关联。     

双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂的非等温热分解

利用热重-微分热重分析技术研究了自制的双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂在氮气气氛中的热分解动力学,通过Kissinger法和Ozawa法对该树脂进行动力学分析,求出相关动力学参数。利用模型拟合法推测双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂的热分解机理,并用非模型拟合法进行验证。结果表明,双酚芴乙二胺苯并噁嗪树脂的热分解平均活化能及指前因子分别为E=260.55 k J/mol;lg A=16.98 s-1。双酚芴乙二胺树脂热分解过程符合随机成核和随后生长机理,其分解反应微分函数为f(α)=n(1-α)×[-ln(1-α)]1-1n;积分函数为g(α)=[-ln(1-α)]1n,其中n=1/5,对应的热分解反应方程为dαd T=9.55×1016()βexp-260.55×103RT×15(1-α)×[-ln(1-α)]-4。