溶剂浸析法制备硝化棉基微孔球形药

为简化硝化棉基微孔球形药的制备工艺,使内部孔结构更加均匀,研究了一种新的制备工艺——溶剂浸析法。改变溶剂蒸馏工艺后期的溶剂驱除方式,由升温蒸馏方法改为水溶液常温浸析方法,并与溶剂蒸馏法工艺进行对比。探讨了两种工艺参数对球形药形貌、粒径、内部孔结构的影响。用扫描电镜及Hope Image软件表征了硝化棉基微孔球形药的结构。结果表明,用溶剂浸析法工艺制备的硝化棉基微孔球形药表面光滑,粒径主要集中在20μm左右,球形度为0.89,比溶剂蒸溶法提高约20%,孔隙率为92%,比溶剂蒸溶法提高约10%。溶剂浸析法工艺制备的硝化棉基微孔球形药内部孔结构分布更均匀。     

双乳液法制备微孔球形药的孔结构形成机制

为了揭示双乳液法制备微孔球形药孔结构的形成机制,分别在乳化、成球及溶剂蒸馏等过程中进行取样,并采用显微观察和图像分析方法探索了孔结构的形成和演变规律。结果表明：影响微孔球形药中孔结构形成的主要因素是乳化条件和溶剂蒸馏条件。硝化棉乳液中分散相水滴的形态及尺寸分布规律与成品微孔球形药中的孔结构及孔径分布规律基本一致。乳化条件决定球形药中孔的形貌特征;成球过程的工艺条件对孔径及孔的形貌无显著影响;溶剂蒸馏条件对孔径分布影响较大,溶剂蒸馏速度加快,孔隙发生聚集而导致孔径分布不均匀。通过降低溶剂蒸馏速度,成品颗粒中的孔结构均匀性可以得到有效改善。采用双乳液法制备的硝化棉基微孔球形药中的孔结构是由硝化棉乳液中的分散相液滴形态决定的。     

直写打印硝化棉基内嵌多方孔发射药及其性能

针对传统工艺无法制备复杂结构发射药的问题,为探索提高发射药燃面渐增性新途径,采用3D直写打印技术,设计并打印了具有较高燃面渐增性的硝化棉基内嵌多方孔发射药。对3D打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药进行了定容燃烧和内弹道性能表征。结果表明,以硝化棉、含能增塑剂和溶剂配制的浆料为打印物料,打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药符合设计的燃面渐增性燃烧预期;受打印针头直径、溶棉比、醇酮比、溶剂挥发速度等因素的影响,直写打印的发射药设计尺寸和实际尺寸有一定偏差;12.7 mm机枪弹道初步试验表明,内嵌多方孔NC-120发射药和制式D-4/7混合装药16 g,装药比例1∶1时,膛压为314.2 MPa,射击初速为854.1 m·s^-1,实现了直写打印内嵌多方孔发射药在膛内正常、稳定燃烧,达到了与制式发射药相似的水平,但充分利用直写打印内嵌多方孔发射药需要进一步优化设计药形、弧厚、内外层弧厚匹配等参数。     

水溶性氧化剂在微孔球形药中原位超细化分散方法研究

为了研究水溶性氧化剂在微孔球形药中原位超细化分散方法的可行性,在微孔球形药制备过程中,向内相水溶液中添加不同浓度的水溶性氧化剂,使氧化剂填充于微孔球形药内部孔隙中并实现均匀分散。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析和X射线光电子能谱分析等手段对含有不同氧化剂的微孔球形药及氧化剂颗粒物进行表征。结果表明:采用浓度不超过30%的氧化剂水溶液均可制备出内部均匀分散了氧化剂颗粒的微孔球形药,分散进入微孔球形药中的氧化剂颗粒平均粒径不超过3 μm;随着氧化剂溶液浓度的上升,进入微孔球形药中的氧化剂颗粒逐渐增多;原位分散方法可以实现水溶性氧化剂在微孔球形药中的超细化分散。     

重结晶制备降感HMX技术研究

采用溶剂一非溶剂重结晶方法,通过改变溶剂、表面活性剂、搅拌强度及加料方式等工艺条件,制备感度降低的HMX.通过光学显微镜、扫描电镜和10kg落锤撞击感度试验对HMX进行性能表征.结果表明:制备球形HMX晶体的最佳工艺条件是以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,糊精为表面活性剂,搅拌强度为2 000r/min,采用反溶剂正加法;球形HMX的撞击感度较原料降低了28%.     

微气孔球形药的敏化效应

为了改善微气孔球形药的传火特性,采用浸渍的方法在药粒表面及内孔中吸附不同种类的敏化剂,研究敏化剂种类和添加量对微气孔球形药热分解特性和传火速度的影响。结果表明,敏化剂的引入可以降低样品的热分解峰值温度,在所选的几种敏化剂中敏化剂A对样品热分解峰温的影响最显著。在单基型微气孔球形药中添加5%的敏化剂A,其热分解峰值温度从203.1℃降低到199.5℃;在装填条件下,不同种类的敏化剂均可提高药粒的传火速度,传火速度随着敏化剂添加量的增加而提高;在所选的几种敏化剂中,敏化剂C对单基微气孔药的传火速度影响最大,添加5%的敏化剂C可使样品的传火速度提高近3倍。当添加敏化剂A时,单基微气孔药传火速度的提高幅度明显高于双基型微气孔药;敏化剂A对单基微气孔药的撞击感度影响不大,当添加量小于16%时,撞击感度的变化幅度不超过10%,摩擦感度则随敏化剂添加量的增加逐步提高,当添加量达到16%时样品的摩擦感度可以从58%提高到98%。引入敏化剂来改善微气孔球形药的传火特性是有效的,但添加量不宜太大,否则会对样品的安全性能带来负面影响。     

改进“一步法”制备闭孔结构微气孔球扁药

以传统球扁药工艺和微胶囊技术制备球扁药方法为基础,采用质量浓度为7%的Na2SO4溶液替代纯水作为分散介质,避免溶解在硝化棉溶液中的水易导致的药粒内部孔壁之间通孔结构的形成,用添加不同量内水相和化学发泡法两种方法来控制球扁药中闭孔结构的形成。结果表明:采用内水相用量来控制孔结构方法时,内水相用量低于30 mL时能制备孔径分布均匀、具有闭孔结构的球扁药;采用化学发泡法时,驱溶量为总溶剂量的29%时发泡能制备孔径分布较均匀、低堆积密度、具有闭孔结构的球扁药。     

水性聚氨酯乳液破乳法包覆钝感ε-HNIW的影响因素

采用水性聚氨酯乳液破乳法包覆了ε-HNIW。通过正交实验L9(34)和单因素实验,对影响包覆效果及产品感度的诸多因素进行了分析,结果表明,影响因素大小顺序为温度、溶剂添加量、破乳剂溶液添加量及搅拌速度,其中温度的选择和溶剂用量直接关系到最终产品的粒度及包覆效果,最佳的工艺条件是破乳温度为45℃,溶剂与聚氨酯质量比为8∶1,破乳剂溶液与聚氨酯质量比为4∶1,搅拌速度为300r.min-1。表面活性剂要在破乳之后添加才能有效控制粒度并防止颗粒间团聚,在破乳前添加会影响破乳结果。在最佳工艺条件下制备的包覆产品为小球型颗粒,表面聚氨酯包覆均匀,特性落高H50比未包覆的ε-HNIW提高了22cm。     

复合球形药对改性双基推进剂力学性能和燃烧性能的影响

将RDX、铝粉、催化剂等用硝化棉包覆,制成复合球形药,然后用这种复合球形药制备出改性双基推进剂,测试了这种推进剂的力学性能和燃烧性能。结果表明,采用复合球形药制备的改性双基推进剂比用双基球形药制备的改性双基推进剂的力学性能大幅度提高,低温断裂延伸率从7.84%提高到26.86%,高温最大拉伸强度提高了0.97倍,燃速压强指数从0.38降低到0.30。     

炸药造型颗粒随机堆积体系物理参量无损表征

炸药造型颗粒作为高聚物粘结炸药（Polymer-bonded explosive, PBX）构件成型的中间体,表征其体系物理参量对掌握不同造型颗粒对PBX构件性能的影响具有重要意义。利用X射线层析成像（XCT）和图像处理技术无损表征了9种造型颗粒样品随机堆积体系（包含粒径、体积分数、孔隙率、球形度以及本征密度）的物理参量。9种造型颗粒堆积体系平均粒径最大为1.04 mm,体积分数最高可达68.7%,孔隙率最低为1.04%,平均球形度最高为0.93,密度最大为1.44 g·cm-3。结果表明,造型颗粒配方中粘结剂种类、炸药晶体成分、炸药晶体配比以及造粒工艺对颗粒堆积体系物理参量有重要影响,且颗粒堆积体系物理参量之间存在相关性。体系粒径分布越分散,颗粒平均表面积越大;体系平均粒径越大、平均球形度越低,颗粒平均孔隙率就越高;平均粒径较大的颗粒堆积体系体积分数较高,当体系平均球形度较大时颗粒堆积的体积分数与球形度无关。研究为掌握造型颗粒堆积体系的物理参量以及颗粒结构与材料性能关系提供了基础。     

微气孔球扁药之空气、溶剂蒸汽成孔机理

球扁药的多孔结构能改变其燃烧时的传热、传质方式,同时降低弧厚和增大燃面,从而实现火药在武器中的快速燃烧。针对微气孔球扁药中微气孔的形成原因,提出了空气、溶剂蒸汽、悬浮介质水等几种可能的成孔因素。通过排除或弱化水成孔因素,分别采用静置脱泡和快速升温方法,并测量堆积密度、用扫描电镜观察药粒剖面结构等表征手段,验证了球扁药制备工艺中空气、溶剂蒸汽成孔机理。结果表明:空气是微气孔球扁药成孔的一个因素,但影响很小,可以忽略,孔随机分布在球扁药中;溶剂蒸汽不是微气孔球扁药成孔的因素,快速驱溶不会造成球扁药的多气孔化,但能沿径向改变球扁药密度。     

发射药喷涂涂覆中涂覆液溶剂比的选择

为了优化端面局部阻燃发射药(端面涂覆,且小孔保持通气状态)涂覆层制备的喷涂工艺中涂覆液溶剂比,采用醋酸丁酸纤维素(CAB)作钝感剂,CAB与吸收药片TG-1(皮罗棉和硝化甘油为主要组分)作溶质,乙醇-丙酮(V/V=1/1)为溶剂,按照不同溶剂比制备得到涂覆液,用此涂覆液采用喷涂的工艺制成了涂覆层薄膜和涂覆发射药,利用万能材料测试仪获得涂覆层薄膜的力学强度,并利用三维视频对涂覆层在拉伸前、后的表面结构进行了局部放大观察分析,对不同溶剂比的涂覆发射药进行了密闭爆发器试验。结果表明,涂覆层的力学强度、表面及断裂处形貌与溶剂比有明显联系,溶剂比主要影响了涂覆层材质的均匀性和致密性,是影响涂覆层力学强度的重要因素,从而对涂覆发射药的燃烧渐增性产生影响。当溶剂比为8∶1时,露孔率达到95%以上,同时获得的涂覆层表面最为光滑,其薄膜的拉伸强度最大,为49.75 MPa,断裂处最为整齐,涂覆发射药的燃气动态活度变化值达到0.0920 MPa~(-1)·s~(-1),为所有样品中的最大值。     

膏体推进剂火箭发动机点火特性

为研究膏体推进剂火箭发动机点火工作特性,推导了膏体推进剂燃面变化模型和各阶段燃面方程,编制了发动机点火特性参数计算程序,计算了不同输运管道孔径以及膏体推进剂初始堆积量下瞬态燃烧室压力。设计了膏体推进剂火箭发动机热试车试验系统,成功进行了点火试验,分析了膏体推进剂火箭发动机点火工作过程中四个阶段的特性。结果表明:燃烧室平均压强的计算结果与试验数据吻合较好,计算误差小于5.7%,该计算程序适用于膏体推进剂火箭发动机点火特性参数计算;膏体推进剂初始堆积量增加一倍,初始压力峰值平均增加42.8%;输运管道孔径减小60%,初始燃烧时间平均减小66.5%,余药燃烧时间平均下降26.1%。发动机点火试验时,减小膏体推进剂初始堆积量,可降低燃烧室初始压力峰、增大稳定燃烧时间,另外减小输运管道孔径,可明显增大发动机稳定燃烧时间。     

浇铸型高能CMDB推进剂的力学性能

研究了硝化棉种类和含量、高氯酸铵粒径,以及双基球和黑索今含量等对复合改性双基(CMDB)推进剂力学性能的影响。结果表明,随着含氮量12.0%的NC的降低,CMDB推进剂20℃和50℃下的拉伸强度和延伸率均显著降低。在CMDB推进剂中添加适量含氮量13.0%的NC和12.6%的NC均有助于提高推进剂拉伸强度;含氮量13.0%的NC不利于改善推进剂的延伸率;而含氮量12.6%的NC有助于提高推进剂的低温延伸率,但对推进剂高温延伸率影响不显著。在CMDB推进剂中添加适量的双基球对提高推进剂的拉伸强度和延伸率均有利。AP的粒径对CMDB推进剂力学性能影响显著,小粒径的AP有利于提高推进剂的拉伸强度,而大粒径的AP有利于改善推进剂的延伸率。随着RDX取代AP量的逐渐增大,CMDB推进剂在高温和常温下的拉伸强度先增大后减小,而延伸率先增减小后增大。     

固冲发动机补燃室内硼颗粒点火和燃烧数值研究

采用颗粒轨道模型进行了含硼贫氧推进剂固体火箭冲压发动机补燃室两相流的数值模拟,其中硼颗粒的点火和燃烧模型采用的是King模型,建立了发动机补燃室内简单反应流模型,并在该模型下对某实验发动机进行了模拟,得出颗粒在补燃室内的分布,结果表明:进入头部回流区的硼颗粒能够快速点火,并且颗粒直径增大后,点火时间增加,颗粒燃烧效率显著降低.     

HMX与燃烧催化剂共包覆降低NEPE推进剂的压力指数

利用端羟基聚氨酯预聚物乳液与异佛尔酮二异氰酸酯（ＩＰＤＩ）聚合反应,对ＨＭＸ和燃烧催化剂进行共包覆研究。选择三羟甲基丙烷作为制备端羟基聚氨酯预聚物的三元醇,使设计的交联换覆层具有抗溶解的抗剪切能力。经过对比,得出合适的乳液聚合－包覆工艺条件：反应温度为４５℃,反应时间为１２ｍｉｎ,预聚物用量为０．３０￣０．３５ｇ。这ＨＭＸ与燃烧催化剂的共包覆样品用于制备ＮＥＰＥ推进剂,燃速压力指数下降了０．０４。     

FOX-7对NC/TMETN基低敏感无烟改性双基推进剂燃烧性能的影响

采用燃速-靶线法研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的含量、粒度及不同铅盐/铜盐/炭黑三元复合燃烧催化剂对硝化棉/三羟甲基乙烷三硝酸酯(NC/TMETN)低敏感无烟螺压改性双基推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随着NC/TMETN基推进剂配方中FOX-7含量的增加,燃速先上升后下降,当FOX-7含量为25%时,可将基础配方10 MPa下的燃速由5.87 mm·s^-1提高至14.90 mm·s^-1,当FOX-7含量由25%增至30%时,10 MPa下的燃速由14.90 mm·s^-1降至12.78 mm·s^-1,FOX-7含量由5%增加至30%时,6~16 MPa下的压力指数由0.97降至0.60;用等量细颗粒的FOX-7取代粗颗粒时,可使推进剂10 MPa下的燃速降低1.16 mm·s^-1,使推进剂6~14 MPa各压力区间的压力指数增大;B-Pb/B-Cu/CB催化剂可以将NC/TMETN/FOX-7基改性双基推进剂10 MPa下燃速由未加催化剂时的14.90 mm·s^-1提高至18.65 mm·s^-1,6~16 MPa下的压力指数由未加催化剂时的0.63降至0.35。