GAP黏合剂基体与ε-CL-20界面作用

采用原位拉伸扫描电镜观察了硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂(叠氮缩水甘油醚(GAP)/六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)推进剂、聚乙二醇(PEG)/奥克托今(β-HMX))推进剂)的拉伸断裂过程,利用反相气相色谱法(IGC)和接触角法研究了推进剂组分间粘附功,并通过分子动力学(MD)模拟计算了粘结剂/炸药复合体系的结合能,表征了黏合剂体系与炸药之间的相互作用强度.结果表明,相同拉伸作用下,GAP/ε-CL-20推进剂首先在大颗粒附近发生"脱湿",裂缝扩展速度较快,形成裂纹带,伴随黏合剂基体断裂,形成宏观裂纹,应变大于60％后,推进剂发生整体断裂;而PEG/β-HMX推进剂中发生"脱湿"的颗粒附近有黏合剂基体变形形成的胶丝连接,裂缝扩展速度较慢,直至应变大于80％后推进剂发生断裂;GAP基体与ε-CL-20之间的粘附功70.69 mJ·m-2和结合能259.90 kJ·mol-1,均低于PEG基体与β-HMX之间的粘附功98.61 mJ·m-2和结合能335.65 kJ·mol-1,即GAP基体与ε-CL-20的界面粘结情况较弱,显著影响了GAP/ε-CL-20推进剂的力学性能.     

NEPE推进剂/衬层/绝热层界面迁移组分定量分析

应用高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)对含硝酸酯的聚醚(NEPE)推进剂/端羟基聚丁二烯(HTPB)衬层/三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层Φ25圆柱标准粘接试件粘结界面主要迁移组分进行了定量分析研究。研究结果表明,HPLC适合于同时测定粘接界面主要迁移组分增塑剂硝化甘油(NG)、丁三醇三硝酸酯(BTTN)、功能助剂AD;GC法适合于测定增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)。采用建立的相应方法测定衬层中这四个组分,结果变异系数小于6%,样品回收率大于90%,测定方法准确度和精密度可满足一般测定要求。样品测定结果表明,推进剂中的NG、BTTN、AD可向衬层和绝热层迁移,其中衬层中含量较高,AD比NG、BTTN迁移更为明显,且AD易在衬层富聚。衬层中的DOS则只向绝热层迁移,不向推进剂迁移。     

聚氨酯弹性体中NG和BTTN迁移的介观模拟

为在介观尺度下研究聚氨酯弹性体中的硝酸酯增塑剂硝化甘油(NG)和1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)的迁移扩散现象,运用分子模拟软件Materials Studio进行了耗散粒子动力学DPD模拟计算。搭建了粗粒化的介观模型,用此模型计算了NG和BTTN在聚氨酯弹性体中的扩散系数。计算得到NG的介观扩散系数为1.80×10-12m2·s-1,BTTN的扩散系数为0.21×10-12m2·s-1,与文献报道NG的微观扩散系数0.65×10-12~11.10×10-12m2·s-1处于同一数量级上。预聚物分子量提高、温度升高后扩散系数增大,但硝酸酯含量提高后扩散系数降低,同等条件下NG的扩散系数大于BTTN。介观分子模拟计算结果与文献报道值和理论趋势较为符合,说明搭建的硝酸酯/聚氨酯粗粒化模型可以用于考察NG和BTTN在聚氨酯中扩散的情况。     

HTPE与FOX-7和FOX-12混合体系的热分解

利用差示扫描量热(DSC)法和热重-微商热重(TG-DTG)法得到端羟基聚醚(HTPE)/1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)混合体系和HTPE/N-脒基脲二硝酰胺(FOX-12)混合体系在不同升温速率(2.5,5.0,10.0,20.0℃·min~(-1))下的热分解曲线,用Kissinger公式和Ozawa公式计算了HTPE、HTPE/FOX-7和HTPE/FOX-12体系热分解的表观活化能。结果表明,HTPE的热分解过程为一个失重过程,其表观活化能E_k为127.45 kJ·mol~(-1)。Kissinger公式和Ozawa公式计算的HTPE/FOX-7混合体系表观活化能分别为288.16 kJ·mol~(-1)和270.85 kJ·mol~(-1),HTPE/FOX-12混合体系的表观活化能分别为179.50 kJ·mol~(-1)和170.35 kJ·mol~(-1)。对于同一体系,两种公式计算的结果基本一致。与单组份(FOX-7或FOX-12)相比,HTPE/FOX-7和HTPE/FOX-12体系的表观活化能分别降低了17.1~34.5 kJ·mol~(-1)和78.8~87.9 kJ·mol~(-1)。HTPE均降低了2种钝感含能组份(FOX-7和FOX-12)的(主)分解峰温度,FOX-7高温分解放热峰峰温降低了14.4℃,FOX-12的分解放热峰峰温降低了17.4℃。HTPE/FOX-7混合体系分解放热量增加了196.2 J·g~(-1),而HTPE/FOX-12混合体系分解放热量减少了275.2 J·g~(-1)。     

硝酸酯液体推进剂长时储存性能

通过热加速老化、自然存储、湿热环境金属相容性(腐蚀性)试验,研究了一种硝酸酯液体推进剂(OTTO-II)的长储性能。结果表明:按温度系数法,OTTO-II常温(30℃)下的预测安全贮存寿命不少于11 a;自然环境下贮存2.4 a各组分无明显变化;在60℃、85%RH环境下储存30 d产品中的H2O含量达到饱和,但硝酸酯和安定剂含量未变。在(60℃、85%RH、30 d)温湿条件下,6种不同表面加工工艺的镁金属试片均不被OTTO-II腐蚀;仅个别镁金属试片可能因表面加工工艺不当,对丙二醇二硝酸酯(PGDN)的分解产生一定的促进作用。     

含5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵推进剂的能量特性计算

利用国军标方法 GJB/Z84-1996及CAD系统软件,在标准条件(pc/p0=70∶1)下计算了含5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵(TKX-50)的复合改性双基(CMDB)推进剂、端羟聚丁二烯(HTPB)推进剂、硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂及聚叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂的能量特性。结果表明,TKX-50单元推进剂的理论比冲为2623.7 N·s·kg-1,比RDX单元推进剂的理论比冲高6.5 N·s·kg-1。TKX-50是CMDB推进剂中RDX的较好替代物。当TKX-50取代HTPB推进剂中的AP和GAP推进剂中的HMX和AP时,TKX-50基HTPB推进剂和TKX-50基GAP推进剂的理论比冲均存在能量的最优值。当TKX-50取代NEPE推进剂中的AP和HMX时,TKX-50基NEPE推进剂的理论比冲先增后降再增,最大增加20.4 N·s·kg-1。     

DBP和NA在发射药中扩散性能的分子动力学模拟

针对钝感剂在发射药贮存期间的扩散迁移影响发射药服役寿命的问题,采用分子动力学模拟(MD模拟)比较了小分子邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、聚新戊二醇己二酸酯(NA)在发射药体系中的扩散系数,探究了温度和硝化甘油(NG)含量对DBP、NA在双基发射药中扩散的影响,并分析了扩散机理.结果表明:5℃时DBP和NA在NC基体中的扩散能力相当,扩散系数均在10-12 m2·s-1数量级,25℃时DBP与NA的扩散系数分别为1.13×10-11 m2·s-1和5.13×10-12 m2·s-1,65℃时DBP与NA的扩散系数分别为1.88×10-11 m2·s-1和7.57×10-12 m2·s-1,85℃时DBP与NA的扩散系数分别为3.42×10-11 m2·s-1、1.11×10-11 m2·s-1,在相同温度下,钝感剂扩散系数的大小顺序为DBP>NA,这说明NA具有较好的抗迁移特性,该特性在高温时更为凸显;从微观角度分析温度对扩散机理的影响为:高温使原子间氢键作用峰值减小,即DBP、NA与NC的相互作用力减弱,并且体系的自由体积分数也变大,增大了分子运动的有效活动空间,更有利于DBP、NA扩散.DBP、NA的扩散能力随着增塑剂NG含量的增加而增强,添加NG使得DBP、NA与NC的相互作用减弱,因此DBP、NA运动更活跃,扩散能力增强.     

PEG/N-100中增塑剂扩散性能的微观与介观模拟

为探究含能钝感增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)在硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂黏合剂中的扩散性能,采用分子模拟(MD)法比较了硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)及TMETN在聚乙二醇/固化剂(PEG/N-100)中的扩散系数、分析了扩散机理,并讨论了温度及增塑比对TMETN扩散性能的影响。结果表明:增塑剂扩散系数的大小顺序为NGBTTNTMETN,这说明TMETN的扩散能力较弱;从微观角度分析扩散的机理为:增塑剂与预聚体的分子间相互作用越强、体系的自由体积分数越小、增塑剂分子的尺寸越大,则增塑剂越难发生扩散;在三种增塑体系中,TMETN与PEG/N-100的结合能力最强、原子间氢键作用最强、该体系中PEG/N-100的自聚集能力最弱,且TMETN分子尺寸最大,故而TMETN最难发生扩散;随着温度升高,TMETN扩散系数的增加先缓慢后剧烈,这与高温加速老化的规律保持一致,分析温度对扩散机理的影响为:高温使原子间氢键作用峰值减小、位置后移,即增塑剂与黏合剂的相互作用减弱,并且体系的自由体积分数也变大;随着增塑比的增加(2.5、2.8、3),TMETN扩散系数减小,介观研究表明体系的相容性变好是其中的原因之一。     

高能发射药有效安定剂消耗反应动力学研究

对不同温度(95℃、85℃、75℃和65℃)下分别老化不同时间的高能硝铵发射药、太根发射药和硝基胍发射药进行了有效安定剂含量的跟踪测试。通过数据分析获得了有效安定剂消耗反应的动力学参数Ea、lnA和最可几机理函数g(α)。结果表明,g(α)=-ln(1-α)能够较好地描述高能发射药中安定剂的消耗反应,回归相关系数大于0.98,置信度大于95%。高能发射药中有效安定剂消耗反应的活化能在110~160 kJ.mol-1之间,高能硝胺发射药安定剂反应的活化能高于太根发射药,硝基胍发射药介于两者之间。     

含硝酸酯推进剂液相组分的流变特性

采用流变学方法研究了CMDB、NEPE和BAMO推进剂液相组分的流变特性。结果表明,CMDB、NEPE和BAMO推进剂液料的流动曲线符合牛顿流体模型,CMDB推进剂液料的黏度在20~50℃范围内为0.012 8~0.053 7Pa·s,NEPE推进剂液料的黏度为0.287 4~1.284 0 Pa·s,BAMO推进剂液料的黏度为0.506 7~2.273 0 Pa·s;3种推进剂液相组分的表观流动活化能ΔEη分别为37.62 KJ/mol、39.28 KJ/mol和39.17 KJ/mol。     

NG含量对改性单基药燃烧渐增性的影响

以D-5/7单基发射药为基药,恒定聚酯含量,调节硝化甘油(NG)加入量,制备了4种改性单基药样品。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、密闭爆发器和14.5 mm口径弹道枪试验,研究了NG的加入量对改性单基药的燃烧渐增性的影响。结果表明,NG的加入量越大,其渗透度越深,改性单基药的燃烧渐增性越好,弹丸初速越快。与D-5/7单基发射药相比,样品E4(NG的加入量为12%)的弹丸初速提高82.5 m.s-1,提高幅度为8.35%。     

NG在聚氨酯中扩散性能的分子动力学模拟

为研究二异氰酸酯类型、温度、硝化甘油（ NG）含量等因素对NG在聚氨酯弹性体内扩散性能的影响,用分子动力学方法,在COMPASS力场下对NG和聚氨酯弹性体混合体系进行了模拟。构建NG与不同聚氨酯弹性体的混合体系模型,并进行结构优化,先后进行恒温恒压系综（ NPT）和恒温恒容系综（ NVT）的分子动力学模拟,得到NG在混合体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程计算得到其扩散系数。结果表明：NG在聚氨酯弹性体内扩散系数的数量级为10-8 cm2· s-1,与实验数据一致;扩散系数随聚氨酯弹性体链的柔顺性增加而上升;随温度的不断升高,扩散系数先缓慢上升,当超过308 K后,扩散系数急剧增加。随NG含量的不断升高,扩散系数先缓慢下降,当超过14％后,扩散系数急剧下降。     

超细CL-20/HMX共晶的制备、表征及其与推进剂组分的相容性

通过加入微量溶剂,采用超高效混合技术,在70 g的加速度条件下反应30 min制备得到摩尔比为2∶1的超细六硝基六氮杂异伍兹烷与奥克托今(CL-20/HMX)共晶,通过X射线粉末衍射、差示扫描量热法鉴定了CL-20/HMX共晶的形成,并对其形貌、粒度、感度等进行了表征测试。结果表明:制备的超细CL-20/HMX共晶纯度为92.6%,共晶炸药呈规则块状、表面光滑、粒径小于1μm、粒度分布均匀,其X射线衍射图在11.558°,13.264°,18.601°,24.474°,33.785°,36.269°处出现新的较强的衍射峰。超细CL-20/HMX共晶放热分解过程中只有一个放热分解峰,其放热峰温为248.3℃,其分解放热量(2192.1 J·g^-1),显著高于相同摩尔比的物理混合物(1327.3 J·g^-1)。按照GJB772A-1997《炸药试验方法》测得的摩擦感度比原料CL-20降低了16%,特性落高比原料CL-20提高28.6 cm,比原料HMX提高11.5 cm,形成共晶后安全性能更高。采用DSC法研究了超细CL-20/HMX共晶与推进剂常用组分均聚叠氮缩水甘油醚(HGAP)、硝化甘油/1,2,4-丁三醇三硝酸酯混合物(NG/BTTN)、缩二脲三异氰酸酯(N-100)、高氯酸铵(AP)、铝粉(Al)的相容性,发现超细CL-20/HMX共晶与NG/BTTN、AP、Al的相容性较好,与HGAP、N-100不相容。     

Bu-NENA/NC低感度双基推进剂性能研究

使用N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)全部替代硝化甘油(NG),通过无溶剂法制备了Bu-NENA/硝化纤维素(NC)双基推进剂,并对样品的感度、热分解特性、挥发性和力学性能进行了研究。结果表明,Bu-NENA替代NG后,双基推进剂的特性落高H50由8.1 cm提高到27.1 cm,摩擦感度由94%降低到18%,机械感度大幅降低;起始分解温度和第一分解阶段峰温由120.31℃和151.54℃分别提高到144.58℃和179.47℃,均提高24℃以上;Bu-N EN A/N C双基推进剂在80,90,100℃下的挥发速率常数均低于NG/NC推进剂在对应温度下的挥发速率常数,推进剂的挥发性降低;高温(50℃)、常温(20℃)和低温(-40℃)下,Bu-N EN A/N C双基推进剂断裂伸长率均提高,尤其是低温断裂伸长率可达13.63%,是N G/N C推进剂的1.63倍。     

DIANP对NC溶塑作用的实验与模拟

用动态流变实验和扫描电子显微镜观察对比研究了1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纤维素(NC)的速率和效果,用分子动力学模拟方法对DIANP、NG、NC的溶度参数和DIANP、NG在NC中的扩散系数进行了模拟计算,采用介观动力学模拟方法得到了NC/DIANP和NC/NG共混体系的介观形貌。结果表明,与NG相比,DIANP溶塑NC速率较快,二者在NC中的扩散系数分别为1.39×10~(-10)m~2·s~(-1)和2.24×10~(-10)m~2·s~(-1)。相对于NG,DIANP溶塑效果更好,两种共混体系的显微形貌特征与介观动力学模拟结果具有很高的一致性。溶度参数计算结果表明,DIANP的分子间作用力大小与NC较为相似,而NG溶度参数的范德华力和静电力分量所占的比例与NC接近。     

含2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐的推进剂能量特性计算

采用最小自由能法,在标准状态下(膨胀比为70/1),计算了含2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐(HADNMNT)的丁羟复合推进剂和改性双基推进剂的能量特性。理论计算可知,HADNMNT单元推进剂的密度比冲为4936.4 N·s·dm-3,高于黑索今(RDX),低于奥克托今(HMX)和六硝基氮杂异伍兹烷(CL-20);利用HADNMNT完全取代高氯酸铵(AP)后,丁羟复合推进剂的比冲提高了428.7 N·s·kg-1;绘制了HADNMNT与RDX、Al组成的丁羟复合推进剂的等比冲三角图,直观的反映了比冲与配方的关系,HTPB、HADNMNT、RDX及Al的含量分别为10%、60%~62%、14%~16%以及14%~15%时,获得推进剂的最高理论比冲为2778.9 N·s·kg-1。利用HADNMNT完全取代RDX后,改性双基推进剂的比冲为2522.9 N·s·kg-1:通过添加Al并调节HADNMNT与Al在改性双基推进剂中的含量,获得推进剂的优化配方为:NC 25%,NG 33%,HADNMNT 11%,Al 20%,DINA 3.5%,其他助剂7.5%,其理论比冲为2598.5 N·s·kg-1。     

ETPE发射药与RGD7硝胺发射药燃烧性能及热行为的对比研究

用密闭爆发器实验、差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了3,3-二叠氮甲基氧丁环/3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(BAMO/AMMO)基含能热塑性弹性体(ETPE)发射药和RGD7硝胺发射药的燃烧性能及热行为。结果表明:与RGD7硝胺发射药相比,ETPE发射药燃烧时间较长,燃速较低,燃速压力指数n大于1,而RGD7硝胺发射药燃速压力指数小于1。对于RGD7硝胺发射药,RDX的熔融吸热峰(204.8℃)不明显,且分解放热峰(240℃)滞后于硝化棉/硝化甘油(NC/NG)(194℃),而ETPE发射药中poly(BAMO/AMMO)分解温度(263℃)高于RDX(240℃)。ETPE发射药和RGD7硝胺发射药的不同燃烧性能归因于发射药中主组分的不同热行为。     

双基球扁药中的钝感剂迁移现象及其对燃烧性能的影响

为研究双基球扁药贮存过程中钝感剂的迁移现象,采用显微拉曼技术,表征了经加速老化后小分子钝感剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和高分子钝感剂聚新戊二醇己二酸酯(NA)在双基球扁药中的浓度分布状态;并利用密闭爆发器试验,测试了双基球扁药的燃烧性能。结果表明,在由表及里的一维方向上,钝感剂DBP、NA的浓度呈指数规律变化,符合Fick第二扩散定律;加速老化过程中,在双基球扁药中DBP的迁移是双向的,钝感剂分布的浓度梯度会逐渐降低,扩散深度增加,浓度峰值位置向内偏移,双基球扁药燃烧渐增性能也随之下降;高温会加剧钝感剂的迁移现象,65,75,85℃高温条件下老化10天的球扁药样品,其燃烧渐增性特征值分别为1.3351、1.2917、1.1888;随着温度的升高,双基球扁药的燃烧渐增性能下降幅度也随之加大;而在相同条件下,NA较DBP具有更好的抗迁移特性。