热塑性弹性体在复合改性双基推进剂中的应用

采用FTIR、动态热机械分析和单轴拉伸试验方法对所合成的P(E-CO-T)-IPDI-BDO热塑性弹性体(TPU)的性能进行了表征,并对P(E-CO-T)-IPDI-BDO预聚物在复合改性双基推进剂及其粘合剂体系中的应用进行了初步的探讨。结果显示,当-NCO与-OH的当量数之比R取1.2时,P(E-CO-T)-IPDI-BDO胶片的力学性能较好,随着硬段含量的增加,拉伸强度逐步增加,最大能达到11.6 MPa,断裂延伸率呈现逐步递减的趋势。P(E-CO-T)-IPDI-BDO预聚体中-NCO与硝化纤维素NC上的-OH的化学交联使最大拉伸强度从2.07 MPa提高到2.95 MPa,断裂延伸率从110.5%提高到224.0%。加入P(E-CO-T)-IPDI-BDO预聚物的复合改性双基推进剂的动态力学性能显示,由损耗峰tanδ的高温峰确定推进剂的玻璃化转化温度Tg为27.0℃,低温峰说明在低于-37.2℃下推进剂仍能承受一定的动态载荷。     

纤维素甘油醚硝酸酯粘合剂及其推进剂的力学性能

利用X-ray衍射、拉伸实验和动态力学性能DMA实验研究了纤维素甘油醚硝酸酯(NGEC)的结晶度、NGEC及其推进剂的力学性能和动态力学性能,借助扫描电镜观察了NGEC基改性双基推进剂的断裂形貌,并通过流动性实验探索了NGEC全部与部分取代NC的改性双基推进剂的热加工工艺性能。结果表明:与NC相比,NGEC的结晶度和力学强度略低、延伸率较高、玻璃化转变温度低且转变温度范围宽;加入NGEC,可降低高固体含量改性双基推进剂的脱湿现象,有利于提高其力学性能;粘合剂体系中NGEC的含量对其改性双基推进剂的玻璃化转变的α松弛影响较大,随着NGEC含量的增加α松弛温度明显降低,而对β松弛的影响较小;与NC相比,NGEC的加入降低了改性双基推进剂的流动性实验出药压力,提高了出药速度,具有良好的热塑性及热加工安全性。     

提高高燃速丁羟推进剂低温伸长率研究

运用单向拉伸、交联密度测试、动态力学分析(DMA)等实验手段，研究了IPDI丁羟高燃速推进剂低温伸长率偏低的问题。结果表明：由于固化剂IPDI的分子结构特点和低反应活性造成粘合剂体系固化反应速度上的差别，加上防老剂H的刚性和物理交联作用使该类推进剂低温抗拉强度过高，是造成该类推进剂低温伸长率偏低的主要原因。在此基础上，通过添加网络调节剂，改善了推进剂粘合剂相的网络结构，解决了该问题。     

防老剂 H 对 IPDI 丁羟推进剂低温伸长率的影响

研究了防老剂Ｈ对ＩＰＤＩ丁羟推进剂（中燃速和高燃速的ＨＴＰＢ／ＡＰ／Ａｌ推进剂,ＨＴＰＢ／ＡＰ／ＨＭＸ／Ａｌ推进剂）低温力学性能的影响,在常温强度相同的条件下,随着防老剂Ｈ的加入和用量的增加,ＩＰＤＩ推进剂的低温强度升高和低温伸长率显著降低,这种现象是由于防老剂的加入和用量的增加使粘合剂相中硬段微区型物理交联贡献增大,导致推进剂的拉伸脱湿造成的。     

国外重视在战略和战术导弹中应用改性双基推进剂

五十年代中期,由于战略导弹和大型助推器对高能推进剂的需要,在双基推进剂和复合推进剂的基础上,发展了改性双基推进剂。这种推进剂是在以硝化棉和硝化甘油为基的双基推进剂中加入复合推进剂的氧化剂高氯酸铵、燃料铝粉而组成,故也称为复合改性双基推进剂。由于性能优越,工业生产基础良好,二十多年来,受到各国普遍重视,并逐步应用于各种战略和战术导弹中。     

NEPE类推进剂的寿命预估

1引言NEPE推进剂集改性双基推进剂和复合推进剂的优点于一身,具有能量高和低温力学性能好的特点。文献[1]提到有人曾用DMA研究了一些高聚物材料在单一温度下的老化并定义了它们的老化速率,但由于没有获得多种温度下的老化速率,也没有确定其寿命临界点,所以没有预估它的老化寿命     

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。     

RDX含量对改性双基推进剂动态力学性能的影响

利用动态热机械分析研究了一组不同RDX含量的改性双基推进剂的动态力学性能。根据"时间-温度"等效原理的WLF方程获得了该推进剂体系α松弛的粘弹系数Cg1,Cg2和主曲线叠合的垂直位移因子bT以及松弛过程的活化能Ea。结果表明,随着固体填料(RDX)含量的增加,该推进剂的储能模量下降,α松弛的损耗角正切(tanδ)的峰温逐渐降低,以tanδ为代表的力学损耗强度逐渐增大,而β转变所对应的温度不变。用自由体积理论解释了固体含量对改性双基推进剂动态力学性能的影响。     

不同拉伸速率下改性双基推进剂的力学特性

为研究改性双基推进剂力学性能的率相关性,开展了不同速率下改性双基推进剂单轴拉伸力学性能试验,并利用扫描电镜对拉伸断面的形貌进行了观察,分析了拉伸速率对推进剂力学性能以及断面形貌的影响,以及不同拉伸速率下的破坏模式。结果表明：随拉伸速率的增加,推进剂应力-应变曲线逐渐出现应变强化现象,且现象越来越明显;推进剂的初始模量、强度随拉伸速率的增大呈现上升趋势;推进剂的断裂伸长率随拉伸速率的增大,呈现先上升后下降的趋势,在0.24%·s-1应变速率附近达到极值;随拉伸速率的增大,推进剂的破坏模式分别表现为颗粒“脱湿”、基体断裂、颗粒断裂。     

粘合剂系统对XLDB推进剂力学性能影响的研究

对已二酯二乙二醇聚酯（PDGA）和四氢呋喃环氧乙烷共聚醚（PTE）为粘合剂的XLDB推进剂的力学性能做了综合对比,研究了这两种粘合剂及固化剂结构对推进剂力学性能的影响。结合应用,初步确定了PTE与固化剂N100的特征参数范围,使XLDB推进剂获得了良好的力学性能。     

丁羟固体推进剂力学性能模拟计算

提出了丁羟固体推进剂力学性能的三相结构模型(分散相-界面相-连续相),建立了丁羟固体推进剂力学性能与弹性母体的伸长率和弹性模量、推进剂组分固体含量、粒径、级配、粘合剂和键合剂等的数学关系,进行了编程计算;推进剂抗拉强度和伸长率的计算结果与实验值吻合较好,并用该软件计算研究了弹性母体的伸长率及模量?AP的粒径及级配?键合剂的含量等对推进剂力学性能的影响规律。     

HTPB推进剂热力耦合老化力学性能研究

为了研究预应变对复合固体推进剂老化性能的影响,针对HTPB复合固体推进剂开展了70℃热力耦合加速老化试验,通过单轴拉伸力学性能测试及拉伸断面扫描电镜试验研究了不同预应变作用下HTPB推进剂的老化性能。结果表明:在试验预应变范围内(≤15%),无论预应变水平多大,随老化时间的延长,粘合剂基体的氧化交联反应是HTPB推进剂的主要老化机理;在相同老化时间,预应变对HTPB推进剂力学性能的影响存在一个损伤阈值,当预应变超过该阈值时,拉伸断面中AP颗粒/粘合剂基体界面“脱湿”及粘合剂基体撕裂损伤现象明显。     

HTPB推进剂定应变老化性能实验

通过HTPB推进剂定应变老化实验,采用单向拉伸法测定其力学性能和溶胀法测定其凝胶百分数、相对交联密度等性能参数,对其定应变老化性能规律进行了研究。研究表明:HTPB推进剂定应变老化力学性能是由热氧老化和粘合剂/填料界面损伤两个因素共同作用决定的,其随老化时间的延长大体可分为三个阶段,一是热氧老化占主导的阶段;二是由粘合剂/填料界面损伤占主导的阶段;三是热氧老化占主导的阶段。并且,若HTPB推进剂在定应变老化过程中产生了较为严重的粘合剂与填料间的界面损伤时,则凝胶百分数、相对交联密度随老化时间的变化规律与力学性能的变化规律不同。     

RDX含量对改性双基推进剂动态力学性能的影响

利用动态热机械分析(DMA)研究了一组不同黑索今(RDX)含量的改性双基推进剂的低温动态力学性能。β松弛的峰温几乎不受固体填料加入的影响。认为RDX含量超过一定值时,在低温下将起到辅助增塑作用,β松弛tanδ峰值与"等效增塑剂"的含量有关。经拟合得到"等效增塑剂"的含量。从推进剂的动态模量主曲线获得了β松弛的粘弹系数Cg1,Cg2以及松弛过程(分子构象变化)的活化能Ea,以及"脆化参数"m,并用线性方程关联了"脆化参数"m与低温抗拉强度σm和延伸率εm。     

不同铋化合物对双基系推进剂燃烧性能的影响

为研究环境友好型非铅类绿色燃烧催化剂的燃烧催化效果,对比5种不同铋化合物对双基系推进剂燃烧性能的影响.结果表明,芳香族的铋化物对双基推进剂有良好的催化作用,S-Gal-Bi对双基推进剂的燃烧催化效率最好,β-Bi可有效降低双基推进剂的压强指数.当含铋化合物双基推进剂中加入少量炭黑(CB)后,各催化剂的燃烧催化效率明显增强.β-Bi和CB复合,既能显著提高低压下的燃烧催化效率,又能降低高压下的压强指数.β-Bi/β-Cu/CB的复合不仅能提高双基推进剂低压下的燃速,而且也能使推进剂在高压区出现平台燃烧效应.S-Gal-Bi/CB的加入大大提高了RDX-CMDB推进剂的燃速,并显著降低了推进剂的压强指数,与少量的铜盐复合后推进剂燃速提高更多.     

粒铸EMCDB推进剂性能研究

用粒铸工艺制备出了力学性能好、具有燃烧平台的改性双基弹性体（EMCDB）推进剂。介绍了粒铸EMCDB推进剂基础配方的设计思想，研究了铅、铅盐对粒铸EMCDB推进剂性能的影响，并分析了粒铸EMCDB推进剂具有较低的燃速压强指数的原因，讨论了粒铸EMCDB推进剂的力学性能特点，说明粒铸工艺在调节推进剂性能方面具有很大优势。     

低温高应变率条件下HTPB推进剂拉伸力学性能研究

为研究固体推进剂在低温高应变率条件下的力学性能,通过单轴拉伸实验和扫描电镜(SEM)断面观察,分别获取了HTPB推进剂在温度范围为-40~25℃及0.4~14.29s-1应变率下的应力-应变曲线和拉伸断面形貌。结果表明,HTPB推进剂的力学性能具有明显的温度和应变率效应。随温度降低和应变率升高,应力-应变曲线特性变得更加复杂,断面形貌基本上呈现"脱湿"越困难、颗粒断裂越明显的规律,低温和高应变率的"耦合"作用使得推进剂的损伤变得更加严重。初始弹性模量E和最大拉伸应力σm随温度的降低和应变率的升高而逐渐增加,且均与应变率具有相对较好的线性对数关系。低温和高应变率的"耦合"作用,使得-40℃及14.29s-1条件下的初始弹性模量和最大拉伸应力分别为25℃及0.4s-1条件下数值的1.6倍和3.2倍。与模量和强度相比,应变的规律性较复杂,其值随温度的升高而增加,且在常温下随应变率的升高而增加,但在低温下随应变率的升高而降低。通过双因素方差分析表明,低温高应变率条件下,温度和应变率均对最大拉伸应力有更显著的影响,同时温度较应变率对最大拉伸应力影响更加明显,而对模量则较弱。基于时温等效原理,得到了低温高应变率条件下HTPB推进剂的拉伸力学性能主曲线,该主曲线较大地拓宽了对推进剂力学性能的预测范围。     

端异氰酸酯预聚物在推进剂中应用研究

概述了在固体推进剂中引入端异氰酸酯预聚物的以提高推进剂力学性能。研究结果初步表明，端异氰酸酯预聚物不仅对改善和提高推进剂力学性能、尤其是低温伸长率有明显作用，而且对其它性能也有一定调节效果。     

NEPE类推进剂老化的动态力学性能

用动态热机械分析仪测定了高能交联复合推进剂NP-1的动态力学性能，并表征了在75℃下老化不同时间的力学性能。NP-1推进剂的损耗角正切tamδ曲线存在两个松弛（α和β松驰），卢松弛是由混合增塑剂NG／BTTN的分子运动导致的，而α松弛则是与聚醚-聚氨酯（PET／N100）的粘合剂分子运动有关。tans的d松弛峰极值随老化时间的增加而增大，tanδ的α和β松弛峰温都随增塑剂NG／BTTN含量的变化而改变。此外，初步分析了NP-1推进剂失效的主要原因。     

PBT固体推进剂低温力学性能研究

为考察PBT固体推进剂低温力学性能，采用单轴拉伸实验方法研究了固化参数、交联参数、固化时间三种因素对PBT固体推进剂-40℃下力学性能的影响。玻璃化温度测试结果表明，全部样品玻璃化温度处于-51.3～-53.6℃，推进剂在-40℃下处于高弹态；单轴拉伸测试结果表明：PBT固体推进剂在低温状态下硬度、抗拉强度与固化参数、交联参数、固化时间呈正相关，伸长率与固化参数、交联参数、固化时间呈负相关。低温力学性能受固化参数、交联参数影响显著性低于常温力学性能；低温下固化参数在1.00～1.05内与伸长率呈现一定线性关系。