NEPE推进剂

综述了NEPE推进剂的由来、组成、主要性能和发展方向。NEPE推进剂是在复合和改性双基推进剂基础上开发的新型高能固体推进剂,代表了当前推进剂的最高水平。含高能量密度物质(如CL-20)的NEPE推进剂,是NEPE推进剂的发展方向。     

NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的表征

为研究NEPE推进剂老化过程中抗拉强度的变化规律,对加速老化后的NEPE推进剂进行了单向拉伸试验和傅里叶红外光谱试验;采用二阶高斯拟合与对数拟合方法分别建立了老化过程中的抗拉强度模型与强度拐点出现时间与老化温度的相关性模型;通过红外光谱数据和抗拉强度数据的相关度分析,发现了抗拉强度拐点后与其高度相关的红外特征峰。结果表明,NEPE推进剂老化过程中抗拉强度先出现波动,一段时间后抗拉强度加速下降,其强度拐点出现时间和老化温度呈对数平方关系lg~2(t)=-0.217T+18.397。处于拐点后的抗拉强度可由推进剂自身红外光谱特征峰定量表征;推进剂抗拉强度与推进剂红外光谱中769cm~(-1)与1639cm~(-1)波数的光谱二阶导数值的加和有最大相关度,并建立了拟合方程,而这两处波长分别为O—NO_2的变形振动吸收峰和不对称伸缩振动吸收峰对应的波数处;证明了利用傅里叶红外光谱表征NEPE推进剂抗拉强度的可行性。     

NEPE推进剂燃烧性能研究

NEPE高能固体推进剂因其优良的综合性能具有十分良好的应用前景。通过调整氧化剂含量、种类及含能增塑剂用量,对NEPE推进剂的燃烧速度和燃速压力指数进行了调节,燃速在9．3～11．6mm／s(7.0MPa)范围内可调，燃速压力指数由0．61降为0.54。     

NEPE推进剂中聚氨酯的热分解行为

采用ＴＧ和ＤＳＣ两种热分析方法研究了ＮＥＰＥ推进剂中各种填料和助剂对聚醚聚氨酯粘结剂热分解行为的影响。     

黏合剂对NEPE推进剂力学性能的影响研究进展

综述了黏合剂中多元醇的种类、相对分子质量、官能度等和异氰酸酯的种类、异氰酸酯指数以及不同的扩链剂、交联剂、增塑剂及其用量等因素对NEPE推进剂力学性能的影响。     

NEPE推进剂低温力学性能研究

为分析硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂低温力学性能,通过低温和低温恢复常温单轴拉伸试验,考察了低温条件下NEPE推进剂力学性能的变化情况。采用原位拉伸扫描电镜和环境扫描电镜分别观察了推进剂拉伸过程中和拉断后的微观表面形貌,对比分析了推进剂的动态力学性能。结果表明:在低温拉伸条件下,NEPE推进剂主要表现为基体撕裂;而在低温恢复常温拉伸条件下,主要以颗粒与基体的"脱湿"破坏为主。在低温和低温恢复常温条件下的推进剂力学性能变化不大,结合定应变实验结果,表明NEPE推进剂低温下具有较强的抵抗损伤能力。     

NEPE推进剂拉伸断裂行为研究

通过单向拉伸力学性能实验,考察了不同测试温度和不同拉伸速率条件下NEPE推进剂力学性能的变化情况。采用扫描电镜(SEM)和原位拉伸SEM观察了推进剂拉伸断面形貌。结果表明,在低温测试条件下,NEPE推进剂最大伸长率较常温条件下显著降低,最大抗拉强度较常温和高温条件下显著升高,NEPE推进剂的破坏主要表现在黏合剂的撕裂和固体颗粒的断裂;在高温、慢拉伸速率的测试条件下,推进剂断裂时结构被破坏的程度较大,NEPE推进剂的破坏首先发生在固体颗粒堆积处,再到黏合剂网络结构。推进剂断裂的过程是推进剂拉伸取向与裂纹扩展之间的竞争过程。     

溶胀法测定NEPE推进剂的交联密度

为分析NEPE推进剂的交联网络与推进剂性能的相互关系,研究了溶胀法的试验条件对推进剂相对交联密度的影响.结果表明,用溶胀法测量NEPE推进剂的相对交联密度具有较好的重复性,以甲苯为溶剂,在25 ℃溶胀48 h以上测得推进剂的相对交联密度(ve)和相对交联点间的相对平均分子质量分别为0.583 2×10-4～0.589 9×10-4 mol/cm3和4 027～4 074 g/mol;用溶胀法测量的少烟NEPE推进剂的交联网络结构参数(G、ve和c等)与推进剂力学性能(E、σm、εm、εb等)的变化一致.     

NEPE推进剂应力松弛试验研究

针对NEPE(硝酸酯增塑聚醚)推进剂,开展了温度、应变、加载速率等因素对应力松弛试验影响规律的研究。利用推导的应力松弛方程,指出了各因素影响程度大小。结果表明:随测试温度的升高,NEPE推进剂的松弛模量逐步降低;随初始应变的增加,其松弛模量逐步增加,且初始应变的影响与推进剂的拉伸曲线形状密切相关;加载速率对NEPE推进剂的松弛特性影响不大。     

利用选择性溶解法研究NEPE推进剂的微观结构

为探索NEPE复合固体推进剂的微观结构特征，了解各组分在推进剂中的微观形态，对NEPE复合固体推进剂在水和三氯甲烷中的溶解过程进行了现象观测，得到了质量损失及离子浓度变化数据。用扫描电子显微镜对溶解剩余物进行了形貌观测。结果表明，NEPE推进剂中的黏合剂把固体颗粒粘结在一起。从微观结构上看NEPE推进剂比较致密，水和三氯甲烷都只能以渗透方式缓慢进入。推进剂中黏合剂的交联程度不高，未交联的黏合剂很容易被溶解；黏合剂受力伸长时包覆在其中的固体颗粒易脱离出来。     

In–situ Characterization and Cure Kinetics in NEPE Propellant/ HTPB Liner Interface by Microscopic FT‐IR

The content distribution of chemical groups and the kinetics of curing process in the micro‐region interfaces of nitrate ester plasticized polyether (NEPE) based propellant/hydroxyl‐terminated polybutadiene (HTPB) based liner were studied by in‐situ diffuse reflection FT‐IR spectroscopy. During the curing process, the content of –NCO groups showed little increase in the liner region toward the interface. It rises quickly through the interface layer and is then stable in the region of the propellant layer, while the content of –NH groups gradually increases from liner to propellant. In the micro‐region between liner and propellant, the –C=O decreases rapidly through interface and then has a slight increase in the propellant region. Migration of nitrate esters appears at the interface of the NEPE propellant/liner at early period of curing, and –O–NO₂ decreases from propellant to liner in the bonding interface micro‐region. A study of curing kinetics indicates that the second‐order reaction model can describe the curing reaction in the bonding interface at the early stage of curing process. The order of apparent curing reaction rate constant (k ) of liner (L point), intermediate point (I point) and propellant (P point) in the interface micron‐region is k L > k I > k P at the same curing temperature. The apparent reaction activation energy (E _a) at L, I, and P points are 39.96, 81.49, and 62.51 kJ mol^–1, respectively, based on the Arrhenius equation.     

大颗粒超高纯度硅溶胶的制备及其表征(英文)

采用新工艺路线制备四乙氧基硅烷（tetraethoxysilane,TEOS）,以TEOS为原料制备超纯度大颗粒硅溶胶。TEOS是烷氧基硅烷法制备甲硅烷的副产物,经过精馏提纯以后,加入盐酸或氨水催化剂,采用溶胶-凝胶法制备硅溶胶。结果表明：TEOS和硅溶胶金属杂质离子总含量都低于0.3mg/L。用盐酸催化TEOS水解制备溶胶,胶粒直径达到129nm;用氨水催化,胶粒直径达272nm。当物质的量比n（C2H5OH）/n（TEOS）=6,n（H2O）/n（TEOS）=5,搅拌速度为250 r/min,制备的硅溶胶胶粒均匀度最好。加水不搅拌,胶粒很容易发生团聚,但是,当搅拌速率高于500 r/min时,胶粒出现团聚现象。     

低铝含量NEPE推进剂燃烧性能研究

研究了铝粉含量为8％的NEPE推进剂。采用配浆浇铸法制备推进剂，并用恒压静态燃速仪测试了推进剂的燃烧性能。考察了NG／DEGDN的比例、AP粒度、HMX粒度对燃速及燃速压力指数的影响。发现增大NG／DEGDN的比例、减小AP粒径或增加细粒度AP含量，将提高NEPE推进剂的燃烧速度，压力指数升高；而HMX粒度降低，NEPE推进剂燃速降低，压力指数降低；不同来源的PbCO3对NEPE推进剂燃烧性能影响很大。     

含CL-20的NEPE固体推进剂的性能

用高能氧化剂六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)部分代替NEPE推进剂基础配方中的RDX,研究了CL-20含量、粒度大小对NEPE推进剂能量性能、燃烧性能、力学性能的影响规律。结果表明,在低铝含量NEPE推进剂中加入CL-20后,比冲可提高约54N.s/kg;加入CL-20后,NEPE推进剂在各压力点下的燃速明显比含RDX的NEPE推进剂燃速高,但压力指数差别不大;随着CL-20粒度的增加,燃速呈现先增后降的趋势,在105~125μm时达到最大值,燃速压力指数则表现为先降后增的趋势,105~125μm时最低,最低值为0.423;随CL-20粒径的变化,NEPE推进剂的力学性能有大幅度的变化,粒径为125~154μm时,其综合力学性能最佳。     

星型PAO黏合剂在NEPE推进剂中的应用

星型PAO作为一种新型高能固体推进剂用黏合剂,其特有的3星或4星结构,能提高NEPE推进剂交联网络的交联比例,且交联点间有较长的柔韧结构,能充分抵抗拉长和撞击的破坏,可有效改善NEPE推进剂的力学性能,并在一定程度上降低推进剂的感度。文中主要对星型PAO的结构特点及其在NEPE推进剂中的应用情况进行了评述和总结。     

分子筛改性NEPE推进剂丁羟包覆层研究

通过机械共混法制备了分子筛改性NEPE推进剂丁羟包覆层,该包覆层具有良好的力学性能。研究了填料变化对包覆层力学性能的影响,讨论了分子筛改性机理,并优化了包覆层中填料含量。结果表明,丁羟包覆层中分子筛和二氧化钛质量分数均为20％时,包覆层的力学性能最好,其拉伸强度为3．96MPa,断裂延伸率为629．91％,且抗硝化甘油迁移性能良好。     

NEPE推进剂的燃烧转爆轰特性

介绍了燃烧转爆轰的研究方法、表征参数和影响因素.用DDT管、光电管、应变片、验证板研究了NEPE推进剂混合过程中的燃烧转爆轰特性.研究结果表明,NEPE推进剂药浆的诱导爆轰距离与其在DDT管中的装填密度存在典型的U形曲线关系;当实际装填密度大于理论装填密度的95%时,NEPE推进剂药浆在试验条件下无法发生燃烧转爆轰,同时,NEPE推进剂药浆的诱导爆轰距离与DDT管的破碎程度具有较好的相关性,诱导爆轰距离越小,DDT管的破碎程度越严重.由于立式混合机的密闭性及混合过程中推进剂药浆的不均匀性,NEPE推进剂在混合过程中存在燃烧转爆轰的可能性.     

Experimental Investigation on Laser Ignition and Combustion Characteristics of NEPE Propellant

The ignition and combustion property of solid propellant is the main content in internal ballistic research, which has a great significance for propulsion application and combustion mechanism. In this study, the detailed gas‐phase reaction mechanism of Nitrate Ester Plasticized Polyether Propellant (NEPE) was developed. It is helpful to understand the intricate processes of solid‐propellant combustion. The factors which may have influences on ignition delay time and temperature distribution of propellant surface was analyzed by laser ignition experiment. Using high‐speed camera and an infrared thermometer, the ignition and combustion process and the surface temperature distribution of NEPE propellant under laser irradiation were measured. Laser heat flux, ambient pressure and initial temperature of NEPE propellant have an influence on the ignition delay time and the surface temperature. Results show that the ignition delay time decreases with the increase of laser heat flux, ambient pressure and initial temperature of NEPE propellant. At the same time, with the increase of laser heat flux, the influences of ambient pressure and initial temperature on the ignition delay time decrease. Besides, laser irradiation, ambient pressure and initial temperature have significant influences on the surface temperature distribution of the propellant.     

氧化铝溶胶的制备

介绍了3种常用氧化铝溶胶的制备方法,探讨了制备过程中温度、酸度、添加剂等几个主要因素的影响情况.