聚缩水甘油醚硝酸酯的合成及固化

以纯度≥99.5%的缩水甘油硝酸酯(GN)为原料,采用阳离子聚合,合成了两种分子量3000左右的聚缩水甘油醚硝酸酯(PGN)粘合剂。采用红外(IR)、核磁(NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)表征了它们的结构。测试了PGN的主要性能。研究了PGN与常用异氰酸酯[多苯基多亚甲基多异氰酸酯(PAPI)、改性六亚甲基多异氰酸酯(N-100)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)]的固化反应。结果表明,在催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)或三苯基铋(TPB)作用下,PGN可与PAPI、N-100、TDI、HMDI等快速反应固化。固化试样经60℃贮存60天,邵A硬度无明显下降。     

支化聚叠氮缩水甘油醚硝酸酯的制备

为改善含能粘结剂及增塑剂的流变性与氧平衡,用聚环氧氯丙烷(PECH)、叠氮钠(NaN3)、氢氧化钠(NaOH)、在乙二醇(EG)引发下,100℃反应获得了支化聚叠氮缩水甘油醚(B-GAP),浓硝酸-20~0℃反应,将B-GAP转化为支化聚叠氮缩水甘油醚硝酸酯(B-GAPN)。研究了用反应条件控制B-GAP羟值及B-GAP与B-GAPN分子量。从B-GAP红外光谱的—OH特征峰削弱和—ONO2峰的出现,可判断合成产物为B-GAPN。     

缩水甘油醚硝酸酯的合成及表征

为了改进缩水甘油醚硝酸酯(GN)的合成路线,以丙烯醇为原料,经间氯过苯甲酸环氧化后得到缩水甘油醇(GA),然后GA经硝酸/醋酐硝化后得到了GN,硝化产物GN的收率为70.2%,经过减压精馏后GN的纯度达到了98.9%.通过红外光谱、核磁共振氢谱及元素分析对产品的结构进行了表征,表明为目标化合物.确定了最佳的硝化条件: 硝酸与GA的摩尔比为1.5:1.0,反应温度为-10 ℃,滴加完毕后立即中和终止反应.     

聚缩水甘油醚硝酸酯增塑剂的性能

为了探究聚缩水甘油醚硝酸酯增塑剂(PGNN)在含能推进剂、高聚物粘结炸药(PBX)中应用的可能性,合成了不同数均分子量的PGNN,研究了增塑剂分子量与密度、黏度、玻璃化转变温度及挥发性的关系。采用热重法(TG)研究了PGNN与推进剂、炸药主要组分的相容性,通过感度测试和运输振动试验考察了PGNN的贮运安全性。结果显示,数均分子量为523的PGNN具有较高的密度(1.43 g·cm~(-3))、较低的玻璃化转变温度(-56℃)和较低的挥发性(60℃,0.096 mg·cm~(-2)·h~(-1));PGNN与奥克托今(HMX)、高氯酸铵(AP)、黑索今(RDX)、Al等相容,安全性好,摩擦感度和撞击感度均为0,在4 h的模拟高速公路运输试验中,无燃烧、爆炸等发生。研究表明,数均分子量约500的PGNN是理想的齐聚物增塑剂。     

GAP/BPS交联体包覆球形ADN颗粒

为了克服二硝酰胺铵(ADN)和异氰酸酯类固化剂不相容的问题,以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)/丁二酸二丙炔醇酯(BPS)交联体为包覆材料,通过1,3-偶极加成环化反应对球形ADN颗粒进行了交联固化包覆研究。采用扫描电镜能谱仪(EDS)和动态吸湿性分析法分析了ADN包覆后的表面元素组成和吸湿性,结果表明,与GAP/六亚甲基二异氰酸酯缩二脲固化剂(N-100)交联体相比,GAP/BPS交联体不仅与ADN相容性较好,还可获得较好的包覆效果,包覆后ADN的饱和吸湿率仅为0.78%。     

B-GAP基推进剂药浆流变特性和固化动力学研究

为了研究支化聚叠氮缩水甘油醚(B-GAP)基推进剂的流变特性和固化反应过程,采用流变学研究方法对药浆进行了测试,研究了在50,55,60℃和65℃下药浆粘度随剪切速率及其模量随时间的变化规律。研究结果表明：B-GAP基推进剂药浆具有剪切变稀特性,属于假塑性非牛顿流体;推进剂药浆固化反应速率随着固化反应的进行而增加,在固化度为0.3时达到最大值,之后反应速率开始减小直至为零;温度对于推进剂固化反应动力学有较大影响,在一定温度范围内,固化反应速率峰值随着温度的升高而增加,储能模量最大值随着温度的升高而减小;基于幂律方程和Arrhenius方程计算得到了B-GAP药浆的本构方程和固化反应动力学方程。     

多炔基化合物与GAP的固化反应

为实现聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的非异氰酸酯固化,用多炔基化合物(TPTM)作GAP的固化剂,通过傅里叶红外光谱(FTIR)、力学性能和光学显微试验,研究了TPTM体系和多异氰酸酯(N100)体系的反应活性和胶片性能。用差示扫描量热法(DSC)研究了TPTM体系的固化动力学。结果表明:在60℃下,TPTM与GAP可发生1,3-偶极环加成反应形成三唑交联体系,固化反应活性明显好于N100体系。TPTM含量变化对活化能影响较小,对反应机理没有影响。得到的动力学方程能很好地预测实际应用时的固化历程。TPTM质量分数由3%增加到9.7%时,TPTM胶片拉伸强度由0.16 MPa增加到0.82 MPa,断裂伸长率由149%降到17%。TPTM的质量分数为4%时,达到N100固化体系在实际应用时(N100质量分数约10%)的力学性能,且没有气孔。     

共聚型含氟GAP基热塑性弹性体的合成与性能

为提高聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的综合性能,利用共聚型含氟GAP二元醇为预聚物,丁二醇(BDO)为扩链剂,甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)作为固化剂,合成共聚型含氟GAP基热塑性弹性体.分别采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG/DTG)、拉伸试验和扫描电镜(SEM)对其化学结构、相对分子质量、玻璃化转变温度、热稳定性和力学性能进行表征.结果表明共聚型含氟GAP基热塑性弹性体的数均相对分子质量为33520,玻璃化转变温度为-33.3℃,热分解温度大于220℃,断裂强度为5.94 MPa,断裂伸长率为886％,具有良好的热稳定性和优异的力学性能.此外,利用慢烤燃法研究了共聚型含氟GAP基热塑性弹性体/铝粉的热分解特性,结果证实共聚型含氟GAP基热塑性弹性体/铝粉烤燃响应温度达到301℃,热分解反应可释放更多热量.     

BAMO/GAP无规共聚物/N100/IPDI体系胶片性能研究

采用3,3-双叠氮甲基氧丁环(BAMO)/叠氮缩水甘油醚(GAP)无规共聚物为预聚物,多异氰酸酯(N100)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为固化剂,1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂合成了BAMO/GAP无规共聚物/N100/IPDI体系的粘合剂胶片,并对其进行了FT-IR、DSC、TG-DTG表征和力学性能测试。实验表明,所得的粘合剂胶片拉伸强度可达0.87 MPa,断裂延伸率大于106%,玻璃化转变温度在-50℃左右,热分解起始温度为217.0℃,具有较好的热稳定性。     

基团加和法估算含能热塑性聚氨酯弹性体的生成焓

采用基团加和法估算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、聚硝酸酯缩水甘油醚(PGN)、聚2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO)、聚2-甲基-2-硝酸酯基氧杂环丁烷(PNIMMO)、2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)2-叠氮甲基2-甲基氧杂环丁烷(AMMO)共聚物(PBAMO/AMMO)等为软段,以二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯等为硬段,1,4-丁二醇为扩链剂的含能热塑性聚氨酯弹性体(ETPE)的生成焓.结果表明,随着硬段含量的增加,ETPE的生成焓降低,当硬段为MDI时,所制备的ETPE的生成焓高于其他硬段聚合物,叠氮化合物为软段的ETPE生成焓高于硝酸酯类化合物的.故通过对ETPE的能量预估和结构推断可以为设计具有高能量水平的ETPE提供依据.     

多官能团聚叠氮缩水甘油醚基浇注聚合物粘结炸药的固化反应动力学和固化工艺参数

为设定多官能团聚叠氮缩水甘油醚（ATP）在聚合物粘结炸药（PBX）中应用时的固化工艺参数,开展ATP基PBX固化测试方法和固化工艺实验研究。采用非等温差示扫描量热法和流变法进行实验,研究ATP基PBX固化过程中热量和储能模量的变化,获得PBX的固化反应动力学方程和固化工艺参数。实验结果表明：流变法可作为表征ATP基PBX固化反应的测试方法,ATP基PBX的固化反应动力学方程为dαdt=2.0×10 ¹⁹exp [JB<2(]－1.51×10 ⁵RT[JB>2)]α^0.42(1－α) ^1.30,α为固化度,t为时间,R为气体常数,T为温度。ATP基PBX直接在60 ℃恒温固化时PBX内部出现大量气孔,采用先30 ℃后60 ℃的阶梯固化工艺时PBX内部无气孔;ATP基PBX 30 ℃的最优固化时间为68 h,60 ℃的最优固化时间为66 h.     

泡沫发射药能量特性计算与分析

采用基团加和法估算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、聚硝酸酯缩水甘油醚(PGN)、聚2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO)、聚2-甲基-2-硝酸酯基氧杂环丁烷(PNIMMO)为聚醚多元醇,二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为多异氰酸酯的泡沫发射药含能聚氨酯粘结剂的生成焓。采用内能法计算了以黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为高能添加剂的泡沫发射药配方的能量特性参数,并绘制火药力为1250,1300,1350 kJ·kg~(-1)的(MDI/GAP1000)/RDX/HNIW、(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ和(MDI/GAP1000)/RDX/DNTF发射药配方的等火药力三角图。结果表明,通过含能聚氨酯粘结剂的结构单元可以估算粘结剂的生成焓。以含能聚氨酯粘结剂和固体添加剂为基本配方的发射药具有较高的火药力,在固含量为50%~70%范围内可以实现火药力≥1300 kJ·kg~(-1)。以HNIW与TNAZ部分替代RDX的发射药配方的等火药力线近似为直线,而添加DNTF的发射药等火药力线存在转折点。RDX含量不高于20%、TNAZ含量不低于52%的(MDI/GAP1000)/RDX/TNAZ发射药能量计算结果满足国际上提出的先进坦克炮用发射药火药力大于1300 kJ·kg~(-1),爆温低于3300 K的指标要求。     

石英/低聚倍半硅氧烷改性有机硅透波材料性能研究

以缩水甘油醚基低聚倍半硅氧烷（POSS）为改性剂、甲基苯基有机硅树脂为基体、石英纤维为增强剂,制备了一种透波复合材料。研究了材料的介电性能和力学性能。结果表明,石英/POSS改性有机硅树脂基复合材料压缩强度为71.4 MPa,弯曲强度为137.0 MPa. 材料的介电性能优良,室温～600 ℃和8.7 GHz频率下测试的介电常数小于3.3,损耗角正切值小于0.007,是一种集防热、透波、承载等一体的多功能复合材料。     

固化温度对低发射率涂层综合性能的影响

以环氧改性有机硅为基料、铝粉为填料,制备了低红外发射率涂层。研究固化温度对涂层综合性能(力学特性和耐腐蚀性能)的影响,并对其影响机理进行分析。结果表明,当固化温度为180℃,制得的涂层能在保持低红外发射率的同时具有最佳的综合性能,涂层中填料与树脂基体形成的界面结合良好,呈致密膜状,基本实现了红外隐身涂层低发射率与工程应用性能的兼容。     

含能黏合剂3-硝酸酯甲基-3-甲基氧丁环聚合物的固化体系研究

采用Materials Studio分子模拟软件对3-硝酸酯甲基-3-甲基氧丁环聚合物（PolyNIMMO）与甲苯二异氰酸酯（TDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和六次甲基二异氰酸酯和水的加成物（N-100）3种固化剂形成的混合体系固化行为及弹性模量进行了理论模拟,并与固化胶片力学性能实测数据进行了对比分析,研究了含能黏合剂PolyNIMMO的固化体系。结果表明：TDI、IPDI和N-100 3种固化剂均可与含能黏合剂发生聚氨酯交联反应,形成稳定的固化体系;与PolyNIMMO匹配的固化剂,以N-100为最佳,固化催化剂则以二月桂酸二丁基锡为最佳,最终形成的固化胶片力学性能为最大抗拉强度3.83 MPa,最大延伸率282%.     

缩水甘油硝酸酯的一锅法合成（英）

环氧氯丙烷滴加到35％的稀硝酸中，于20℃左右进行开环反应，然后用氢氧化钠溶液进行关环反应，得到缩水甘油硝酸酯，得率为60％。用FTIR，^1HNMR，^13C NMR和元素分析对产物进行了结构表征。     

GAP/HTPB共混粘合剂体系的力学性能研究

利用端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂和端羟基叠氮聚醚(GAP)共混,以改善纯GAP粘合剂的力学性能;探讨各种固化反应条件对共混粘合剂力学性能的影响;静态拉伸测试结果显示共混胶片的确产生了协同效应,GAP与HTPB质量比11时,常温下粘合剂拉伸强度可达到3.833MPa,最大延伸率可达593%。动态热机械测试(DMA)结果显示,通过调整固化工艺条件,能够使得GAP与HTPB本不相容的两相产生反应增容,损耗因子-温度(Tanδ-T)曲线在-60.2℃附近出现单一的玻璃化温度;SEM照片更从微观形态上印证了以上两点。结果显示,HTPB与GAP共混粘合剂体系具有良好的力学性能,对GAP在复合固体推进剂中的应用具有一定的参考价值。     

固化工艺对铁基纳米晶软磁材料磁性能的影响研究

研究固化剂材料、固化工艺对Fe72.5Cu1Nb2V2Si13.5B9纳米晶软磁铁芯磁性能的影响。结果表明:采用特种添加剂的固化剂成分配方有利于降低铁芯固化后磁性能的变化率;100℃固化温度和1h固化时间是铁芯固化最佳工艺,此时铁芯的性能变化率最低;铁芯固化后对静态性能有一定影响,但性能变化率在10%以内。