硝酸酯增塑聚醚推进剂药浆固化反应研究

从推进剂药浆固化的动态流变特征出发，用DRA动态流变学方法研究了硝酸酯增塑聚醚推进剂的固化反应动力学。结果表明：它可提供推进剂药浆固化的表观凝胶化时间和固化反应的表观活化能；活化能随动态条件的不同而异，具有明显的固化反应指纹特征；动态流变学方法可对药浆直接进行固化反应动力学研究。对于深入研究推进剂性能将有很好的实际意义。     

固体推进剂药浆改进Herschel-Bukely模型及其在仿真分析中的应用

为研究固化反应对一种固体推进剂药浆流变参数的影响并建立相应的仿真模型,对药浆进行了大量流变学实验,对实验数据进行了分析。得到了该固体推进剂药浆各流变参数随时间的变化规律,并将其拟合成时间的函数。将时间变量引入Herschel-Bukely模型,建立新的本构模型。使用新模型,对药浆流平实验进行了数值计算。计算结果与实验结果吻合度较高,证明改进后的本构模型可以较好地表征药浆的流变特性。     

AP与HMX作用的“连锁互动”机制

研究了NEPE推进剂中AP与HMX的相互作用。基于凝相机理与热解实验,从分子层面和化学反应的角度,结合价键、形式电荷、链反应等理论和固体单元推进剂的燃烧状况,提出了AP与HMX间的“连锁互动”机制。有NH3与NO2等活性物种参与的“放热连锁、物种互动”过程,可以有效提高NEPE推进剂燃速并在一定程度上改善其燃烧性能。     

氨基甲酸酯基对推进剂工艺性能的影响

用甲苯二异氰酸酯封端的丁羟粘合剂进行推进剂制药实验，经测定药浆流变特性，研究了聚氨酯推进剂中氨基甲酸酯基对药浆工艺性能的影响。结果表明：氨基甲酸酯基对改善聚氨酸推进剂的药浆工艺性能有重要作用。氨基甲酸酯基与相连的粘合剂大分子一起作用，可增加推进剂填料颗粒的表面润湿性、分散性和推进剂药浆二相流的连续性，从而显著降低药浆屈服值、减少假塑性，改善推进剂的工艺性能。     

定应变下NEPE推进剂化学老化性能研究

为研究NEPE推进剂老化对其化学性能的影响,开展了10%压缩定应变下推进剂高温加速老化实验,测定了推进剂的傅里叶变换红外光谱、固体核磁共振谱、短周期与长周期特征气体释放量、扫描电镜图像、增塑剂与安定剂含量,研究了推进剂内部化学结构和释放的特征气体含量两种化学性能的变化规律。结果表明:随NEPE推进剂贮存老化时间的增长,与增塑剂相关的—CH_2—O—NO_2基团含量减小速率逐渐加快,与粘合剂及其固化体系相关的—CO—NH—基团含量先增加后逐渐减小、最终迅速减小,同时在老化初期和中期还存在少量与氧化作用相关的—CH(O)CH—特征基团产生。短周期监测时间内,NO_2,NO,CO,HCl四种特征气体分别在老化2,3,3,7h时被检测到。长周期监测过程中,CO和NO气体初期增长缓慢,后期迅速增加;在老化初期和后期HCl增长较快,NO_2气体则无明显的变化规律可寻。     

推进剂药浆流平性研究

用真空喷淋浇注和流变参数测定的方法,研究了ＨＴＰＢ、ＣＴＰＢ推进剂药浆的流平性,探索红浆屈服值、表观粘度与流平性的关系。实验结果表明：药浆屈服值与流平性相关,并对多种推进剂具有普遍适用性;提出用实测屈服值作推进剂药浆流平性判据参数。     

AP包覆硼对富燃推进剂药浆流变特性的影响

用四种不同量AP包覆的硼粉,对硼含量达30%的富燃推进剂实验配方中的药浆流变特性进行了研究,结果表明:20%AP包覆硼粉的含硼富燃固体推进剂药浆的流变性与另三种硼粉的明显不同———近6h粘度为2 2kPa·s,屈服值在300Pa以下,表明其药浆流平性好并可满足浇铸要求。20%AP包覆硼的合适包覆量、包覆完整的表面性质及近似球型粒子的形状决定了其药浆的流变特性最优。     

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。     

丁羟推进剂药浆固化过程中触变性转变规律研究

为研究固化反应对丁羟推进剂药浆触变性的影响,对丁羟推进剂药浆在固化反应过程中触变性转变规律进行了实验研究和理论分析。结果表明,推进剂药浆的触变性受到固化时间和剪切速率两个因素的显著影响:剪切速率增高会促使药浆呈现触变性;固化时间增长会促使药浆呈现反触变性。药浆触变性转变的剪切速率为0.2s~(-1)～0.5s~(-1),剪切速率小于此范围时完全呈现反触变性;大于此范围时药浆完全呈现触变性。当剪切速率进入转变区间后,会先从低固化时间处由反触变性转变为触变性,随着固化时间的增长触变性消失,反触变性再次出现。剪切速率越高反触变性重新出现所需固化时间越长,超出转变区间后反触变性不再出现,药浆完全呈现触变性。     

NEPE推进剂的高压燃烧特性研究

应用高压燃速测试、微热电偶测温及燃烧火焰单幅摄影等技术,研究了NEPE推进剂的高压燃烧特性与燃烧机理。实验结果表明:NEPE推进剂高压压强指数出现拐点;且随压强以及AP含量升高,燃烧波由硝胺-CMDB向AP-CMDB推进剂转变。分析认为硝酸酯基的含量及AP单元推进剂的扩散火焰是控制NEPE推进剂燃速及压强指数的主要因素。     

相分离对NEPE推进剂性能的影响

采用低温贮存及性能测试的方法研究了相分离对NEPE推进剂力学性能、危险性能以及燃烧性能的影响规律。在-20℃贮存条件下,增塑比小于等于2 8时NEPE推进剂存在相分离,相分离程度随增塑比降低及低温贮存时间增加而增大。发生相分离以后,NEPE推进剂的低温力学性能下降并且最大伸长率的波动幅度增大;NEPE推进剂的冲击感度显著降低,摩擦感度有轻微增加;NEPE推进剂在2 94～8 83MPa范围内的燃速升高了0 3～0 7mm/s。为了稳定NEPE推进剂的性能,应采取有效措施控制NEPE推进剂的相分离。     

扩链剂对NEPE推进剂力学性能的影响

采用单向拉伸性能测试研究了三类扩链剂对NEPE推进剂力学性能的影响，并用交联密度和凝胶分散测定，以及小角X射线散实验的方法，研究分析了扩链剂的作用机理，结果表明：由于扩链剂消耗了部分固化剂N－100，导致NEPE推进剂的伸长度增加，拉伸强度下降；通过调节扩链剂的含量，提高固化参数及改变推进剂的制备工艺可以提高扩链剂的作用效果，扩链剂可以在拉伸强度少量降低的情况下大幅度提高NEPE推进剂的伸长率；NEPE推进剂力学性能的提高不是由于微相分离，而是由于扩链剂改善了推进剂的网络结构。     

松弛谱表征NEPE推进剂的老化

为研究NEPE推进剂的老化情况,探讨了运用连续松弛谱表征NEPE推进剂老化进程的方法.分别对在80℃,75℃,70℃,65℃下加速老化的NEPE推进剂进行动态力学分析试验,数据表明,NEPE推进剂的连续松弛谱可以直观全面表征推进剂高分子多层结构的粘弹性特性,且同一加速老化温度下随老化时间增加动态粘弹性连续松弛谱频率分布范围逐步收窄,结合推进剂老化机理分析,该变化趋势可以表征推进剂老化进程.     

应变控制下NEPE推进剂非线性疲劳损伤

为研究高能硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的非线性疲劳损伤特性,基于损伤力学和黏弹性理论,建立了一种非线性疲劳损伤模型.该模型考虑了材料疲劳过程中刚度衰减的特征.建立的疲劳损伤模型,通过动态热机械分析仪(DMA)进行5组不同应变水平下的疲劳实验,获得模型参数,并对模型进行验证,利用电荷耦合器件图像传感器(CCD)进行显微观察,分析了应变加载历史对NEPE推进剂微观上的影响.结果表明:提出的损伤演化模型能够很好地描述NEPE推进剂应变控制下的非线性疲劳损伤;定应变往复拉伸造成了推进剂颗粒与基体的脱湿,在循环初期脱湿速度较快,随着循环周期增加,脱湿程度逐渐趋于稳定.      

在高燃速推进剂中粗颗粒铝粉的作用

本文用50μm铝粉作复合固体推进剂金属燃料,与大量超细氧化剂(AP)组成合理级配,改善了药浆流变特性,有利于提高燃速。50μm铝粉的推进剂药条的燃速及φ118发动机推进剂的燃速比相应的填加30μm铝粉的高2～3mm/s。讨论了50μm铝粉对推进剂工艺和燃速所起的作用。     

HMX相变特性及提高硝胺推进剂力学性能的途径

HMX是硝胺无烟固体推进剂的重要组分。木文介绍了β→δHMX的环形结构固相相变特性以及它与推进剂的力学性能和燃烧特性的关系。 本文还介绍了提高硝胺固体推进剂力学性能的技术途径。     

硝酸酯增塑聚醚推进剂中PB类助剂的作用机理

为了解PB类功能助剂的作用机理，进行了接触角测试，XPS，SEM和MDA试验，结果认为：通过降低功能助剂自身极性，使之与HMX的表面性能相匹配，改善了HMX在粘合剂中的润湿性，从而改善药浆工艺性能，同时，保持对HMX有强的亲合力，吸附在HMX表面形成界面层，使推进剂保持良好的力学性能，最后提出了PB类助剂的作用机理。     

推进剂药浆粘弹性特征研究

用ＣＶ２０Ｎ流变仪研究了ＨＴＰＢ推进剂、ＣＴＰＢ推进剂和聚醚推进剂药浆的粘弹性特征。结果表明：推进剂药浆为粘弹性流体,复合粘度随推进剂品种、配方特点、频率范围不同而呈不同变化规律,复合模量、损耗模量和贮能模量随频率增加均呈上升趋势;损耗模量一般比相应贮能模量高约一个数量级;贮能模量存在数个衰减峰;衰减峰与损耗角正切峰成对映。提出了推进剂药浆流体的结构模式,并用它解释了药浆的粘弹性。     

高温老化过程中推进剂模量变化对药柱结构完整性的影响

将NEPE推进剂在65℃,70℃,75℃下分别老化不同时间后,用动态力学分析仪测定其动态力学性能。利用测试得到的推进剂动态力学特性参数,经计算得出推进剂的平衡模量。随着老化时间增加,其平衡模量值逐渐降低。利用有限元方法,分析在老化过程中推进剂平衡模量的变化对药柱结构完整性的影响,即在高温老化过程中,当NEPE推进剂的平衡模量降低至某一值时,固体火箭发动机药柱的结构完整性破坏。     

新一代高能固体推进剂的能量分析

根据最小自由能方法,计算分析了叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂对AP/R-DX/Al/HTPB复合固体推进剂能量特性的影响。GAP、AMMO和BAMO的氮平衡值优于HTP-B,含有叠氮基含能预聚物的复合固体推进剂,其标准理论比冲(I°ss)出现最大值时所对应的RDX含量相应地升高。无论是HTPB,还是GAP、AMMO和BAMO,标准理论比冲和燃温(T_c)在Al含量为18％时都有极大值出现,燃气平均分子量(M(则随着Al含量的增加而增加。减少GAP配方中的AP含量,代之以硝酸酯增塑剂,可显著提高I°ss,与RDX相比,采用高能高密度氧化剂HMX,HHTD和ONC的复合推进剂的最大优势是密度的提高,从而显著地改善了密度比冲。与NEPE高能固体推进剂相比,GAP推进剂在相同的粘合剂体积分数下,标准理论比冲可提高24.5～34.3N·s/kg。而在相同能量特性的情况下,推进剂的粘合剂的体积分数可提高50～65％。因此,叠氮基含能预聚物和高能高密度氧化剂的使用,将代替下一代高能固体推进剂的发展方向。