HTPB/Al/AP/RDX复合推进剂组元之间相互作用研究

为了探索HTPB/Al/AP/RDX复合推进剂组元之间的相互作用,用DSC和TG-DTG方法以及分解反应动力学计算研究了递增组元的4个混合体系(包括HTPB黏合剂体系、HTPB/Al、HTPB/Al/AP和HTPB/Al/AP/RDX推进剂体系)中各组元之间的相互作用。结果表明,DTG峰温以及反应速率常数k可以表征各组元之间的相互作用,其DSC和TG过程可以分为3个阶段;除Al外,各组元之间存在相互作用,各阶段的质量损失测定值与按组分含量计算的加合值吻合得相当好,表明各组元并没有明显的跨阶段分解;AP与HTPB黏合剂的分解温度区间接近或部分重叠,在HTPB/Al/AP和HTPB/Al/AP/RDX的混合体系中发生了强烈氧化还原作用:四组元体系中RDX在200℃及220℃的速率常数k分别为1.53和6.81s~(-1),均大于单质RDX在同一温度下的速率常数1.33×10~(-6)和1.06×10~(-5)s~(-1),说明AP可以加速RDX的分解,但RDX对AP或(AP+HTPB)分解的影响呈现复杂的情况,由于HTPB/Al/AP和HTPB/Al/AP/RDX两体系中AP与HTPB的共同分解过程中存在"等动力学点"(308.0℃),温度低于此点时(AP+HTPB)分解速率常数k因RDX存在而下降,而当温度高于此点时则该k值因RDX存在而增大。通过RDX分解机理解释了存在这种现象的原因。     

HTPB/Al/AP/RDX推进剂初始燃烧的分子模拟

针对一种四组元HTPB推进剂(HTPB/Al/AP/RDX)关键组分,基于第一性原理计算的数据集,使用深度神经网络模型开发了一个机器学习势函数;基于新开发的势函数,建立了四组元HTPB推进剂燃面模型,并进行了大规模的分子动力学模拟计算,对推进剂燃烧时的微观结构、温度、反应组分的时空演化进行了系统统计分析。结果表明,新开发的势函数能够准确描述推进剂组分单质及两两之间界面的能量和受力特性,是一个高精度、高效率的机器学习势函数;燃面模型实现了对推进剂燃烧过程中的AP、RDX、HTPB热解过程精准模拟,阐明了扩散火焰的形成机理以及铝粉从燃面剥离等微观过程,揭示了其中的各组分界面相互作用机制。表明分子动力学模拟能够在原子尺度上实现时间分辨的三维重建,进而获得推进剂燃烧的微观机理,可为固体推进剂的理论研究提供了新的工具。     

RDX/AP/HTPB复合推进剂老化的研究

本文采用高温加速老化的方法,通过测定RDX/AP/HTPB复合推进剂单轴拉伸力学性能、硬度、交联密度和线性燃速等参数随老化时间的变化,利用扫描电镜等实验手段,研究了RDX/AP/HTPB复合推进剂的老化。此外,还测得了这类推进剂的热失重曲线。结果表明,以RDX部分取代AP后,提高了推进剂的热稳定性。     

含BUTACENE的AP/Al/HTPB推进剂性能研究

测试了含BUTACENE的AP/Al/HTPB推进剂的常规性能,考察了BUTACENE在推进剂中对燃速、力学性能和粘度的影响,并用差示扫描量热法(DSC)研究了推进剂的热分解特性。研究表明:BUTACENE能有效地提高推进剂的燃速,同时使推进剂表现出优良的力学性能和工艺性能;BUTACENE促使AP的高温分解温度降低和推进剂表观分解热的增大,催化气相反应是它提高推进剂燃速的主要原因。     

HMX/AP/Al/HTPB推进剂燃速模拟计算

考察了 HMX/AP/HTPB 推进剂及其组分的热分解特性,当混合氧化剂HMX 和 AP 之质量比为1:1时,其热分解曲线呈现出独特的单峰放热分解特征。考察了十种添加剂对 HMX、AP、HMX/AP 和 HMX/AP/HTPB 热分解性能影响以及对 HMX/AP/Al/HTPB 推进剂燃速的影响。提出了改进的 BDP 模型和燃速模拟计算。     

储氢合金/AP/HTPB推进剂的热分解性能

采用TG-DTG、DSC以及动力学分析方法研究了储氢合金/AP/HTPB推进剂的热分解性能。结果表明,相对于Al/AP/HTPB推进剂,储氢合金/AP/HTPB推进剂的热分解温度降低,放热量提高;A20/AP/HTPB推进剂的凝聚相反应程度提高2.44%,第二、三温区的热分解活化能(Kissinger法)分别降低4.06%和22.63%;A30/AP/HTPB推进剂的凝聚相反应程度提高10.61%,第二、三温区的热分解活化能(Kissinger法)分别降低30.89%和38.87%。储氢合金对AP/HTPB推进剂的热分解有催化作用,并且该催化作用随着储氢合金中Mg0.45Ni0.05B0.5Hx含量的增加而增强。     

含CL-20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响

为深入了解含CL-20的NEPE推进剂的燃烧机理,借助热重-微商热重(TG-DTG)试验研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解特性,探索了主要组分NG、CL-20和AP之间的相互作用.结果表明,该推进剂的热分解过程分为3个阶段:增塑剂(NG)的挥发和分解,PEG和CL-20的分解,AP的分解.CL-20和AP的存在均促进了黏合剂体系中NG与PEG的分解,且CL-20的促进作用强于AP,CL-20的分解产物加速了AP的分解,Al粉在该体系中与其他组分的相互作用较弱.     

AP/Al/SMX/HTPB四组元推进剂能量特性的理论研究

采用推进剂性能评估软件(PEP),计算和比较了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX)和HMX取代高氯酸铵/铝粉/丁羟黏合剂(AP/Al/HTPB)推进剂中AP对配方能量性能的影响。用高温化学平衡计算代码模拟计算了AP/Al/SMX/HTPB和AP/Al/HMX/HTPB复合固体推进剂的能量和标准发动机工作过程。结果表明,与HMX相比,SMX能在更大的配比范围内提高HTPB推进剂的能量水平。在质量分数14%HTPB、18%Al的配方中,SMX能有效将推进剂的平衡流比冲提高到2 622.5N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高27.5N·s/kg。在质量分数14%HTPB、15%Al的配方中,SMX取代AP后,比冲最高可达2 634.2N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方高39.2N·s/kg。在质量分数15%Al、HTPB质量分数为12%和10%的配方中,SMX质量分数可分别达到45%和65%;最高比冲可分别达到2 652.9和2 679.3N·s/kg,比HTPB三组元能量优化配方分别高57.9和84.3N·s/kg。在不含Al或Al含量很低的配方中,SMX可取代全部AP。     

含1,1–二氨基–2,2–二硝基乙烯推进剂的能量特性参数计算研究

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pc∶p0=70∶1)下,计算了含1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的各类推进剂的能量特性参数,分析了氧化剂(AP、RDX、CL-20)及黏合剂(HTPB、PET、GAP、PBAMO)等成分对FOX-7推进剂能量特性的影响。结果表明,将AP加入HTPB/FOX-7推进剂配方中取代FOX-7可有效改善氧条件,有利于推进剂能量的提高。在黏合剂含量较低(质量分数<8%)的推进剂体系中,使用惰性黏合剂有利于提高推进剂的能量;而在黏合剂含量较高(质量分数>10%)的推进剂体系中,使用含能黏合剂提高推进剂能量的幅度优于惰性黏合剂,且GAP优于PBAMO。用FOX-7取代NEPE推进剂中的AP,推进剂最大理论比冲可达2 567 N.s/kg。由GAP/FOX-7/RDX组成的无烟推进剂,在很宽的范围内都可以达到2 400 N.s/kg以上的理论比冲值。     

低铝粉含量的HMX/HTPB推进剂研究

对低铝粉含量的HMX/HTPB推进剂进行了配方研究。为获得少烟、高密度、高模量、高燃速、低压强指数的优良的综合性能,配方调试以铝粉质量分数<10%,用HMX替代部分AP来达到少烟目的;以HTPB/TDI/MAPO/STR黏合剂体系来获取高模量;通过AP级配调节,燃速催化剂的选择等方法,使推进剂具有不挥发物质量分数≥88.5%、20℃下密度≥1.78 g/cm3、σm≥3.1 MPa,燃速≥40 mm/s的良好性能,并具有药浆初始黏度低,流动、流平性好的优点。HTPB/AP/Al/HMX四组元推进剂经BSFΦ127标准发动机地面试车,内弹道p–t曲线在压强30 MPa以下,燃烧稳定;推进剂燃烧未急升导致压强异常现象。研制成的药柱经发动机地面试验可知混合比冲高达2 456.7 N·s/kg。     

聚5-乙烯基四唑的热行为及其与含能组分的相容性研究

采用DSC、TG-DTG程序升温法研究了聚5-乙烯基四唑(PVT)的热行为,并采用DSC法和真空安定性法考察了PVT与推进剂主要组分RDX、HMX、CL-20、DNTF、ADN、AP、A1和Mg的相容性.结果表明,PVT的热分解分2个阶段进行,第一阶段分解峰温为237.2℃,第二阶段分解峰温为281.2℃;PVT与RD...     

超声空化-表面活性剂水溶法提取RDX/Al/AP/HTPB炸药中的AP

为了对RDX/Al/AP/HTPB炸药的有效成分进行分离回收,研究了以超声空化-表面活性剂水溶法提取RDX/Al/AP/HTPB炸药中高氯酸铵(AP)的分离工艺,探讨了各工艺参数对AP提取率的影响。结果表明,表面活性剂浓度、提取时间和超声频率是影响AP提取率的主要因素,表面活性剂种类为次要因素,料液质量比和提取次数对AP提取率的影响很小。最佳工艺条件为:室温,提取时间40min,料液质量比1∶3,提取次数1次,超声功率3.0kW,表面活性剂为吐温80(质量分数2.0%)。     

纳米级金属和金属复合物粉末对高氯酸铵和高氯酸铵/聚合丁二烯复合固体推进剂热分解特性的影响

Effects of metal (Ni, Cu, Al) and composite metal (NiB, NiCu, NiCuB) nanopowders on the thermal decomposition of ammonium perchlorate (AP) and composite solid propellant ammonium perchlorate/hydroxyterminated polybutadiene (AP/HTPB) were studied by thermal analysis (DTA). The results show that metal and composite metal nanopowders all have good catalytic effects on the thermal decomposition of AP and AP/HTPB composite solid propellant. The effects of metal nanopowders on the thermal decomposition of AP are less than those of the composite metal nanopowders. The effects of metal and composite metal nanopowders on the thermal decomposition of AP are different from those on the thermal decomposition of the AP/HTPB composite solid propellant.     

热红联用研究AP与RDX和HMX混合体系的热分解

用DSC—TG—FTIR（热红）联用研究了RDX／AP，HMx／AP，RDx／HMx和RDX／HMX／AP混合体系的热分解，测定和比较了它们的热分析特征量和分解气相产物。结果表明，AP与RDX和HMX之间存在强烈的相互作用，尤其是与后者的作用更强烈。在AP（不含碳）分解的温度区间，混合体系的分解也出现CO、CO2和CH2O等碳氧化物，说明体系中RDX和HMX分解的部分产物或残渣与AP同时分解。     

DB/AP系燃烧剂的设计与性能研究

设计了以双基(DB)推进剂、高氯酸铵(AP)为主要组分的燃烧剂,并加入金属可燃剂B、Mg、Al来调整燃烧剂的燃烧性能,采用全自动量热仪、数码摄像机、热电偶和TG-DSC测试了燃烧剂的燃烧热、燃速、火焰温度和热性能.结果表明,金属粉的加入可以提高燃烧剂的燃烧热、燃速和火焰温度,并可以改变其火焰结构;对于长距离、高沸点物质的引燃,3种金属粉中B粉的效果最佳,DB/AP/B的火焰温度可达1 070℃,火焰长度达25cm,其燃烧过程也更稳定,而DB/AP/Mg和DB/AP/Al在燃烧过程中产生大量的火星;AP和金属粉对DB推进剂的热分解没有影响.     

铝粉粒度对RDX热分解动力学的影响

采用DSC研究了10.7μm、2.6μm和40 nm铝粉对RDX热分解的影响.结果表明,微米铝粉对RDX的热分解基本没有影响;40 nm铝对RDX的一次分解和二次分解均有明显的促进作用;随着40 nm铝含量的增加,RDX的二次分解峰凸显出来并提前,峰形变得尖锐;当40 nm铝质量分数为30％时,二次分解峰掩盖一次分解峰...     

Applying modified hyperbranched polyester in hydroxyl‐terminated polyether/ammonium perchlorate/aluminium/cyclotrimethylenetrinitramine (HTPE/AP/Al/RDX) composite solid propellant

Composite solid propellants demand fine and stable mechanical properties, creep resistance and stress relaxation performance during their long storage and usage time. In this study, modified hyperbranched polyester (MHBPE) was prepared and introduced into HTPE/AP/Al/RDX (HTPE, hydroxyl‐terminated polyether; AP, ammonium perchlorate; RDX, cyclotrimethylenetrinitramine) solid propellant as an effective additive. The static tensile and dynamic mechanical properties of this propellant before and after the introduction of MHBPE were evaluated. The elevated interfacial interaction by using MHBPE between the binder and RDX fillers improved the toughness and elasticity of the propellant. The enhancement mechanisms were also confirmed by the influence on the fracture surface morphology of the binder which was investigated by SEM. In addition, some influence on the dynamic mechanical properties of HTPE/AP/Al/RDX propellant caused by MHBPE was investigated by dynamic mechanical analysis. The creep behaviors of the HTPE/AP/Al/RDX propellants with and without MHBPE were also investigated at different stresses and temperatures. Reduced creep strain rate and strain were obtained for the modified propellant, implying enhanced creep resistance performance. The creep properties were quantitatively evaluated using a six‐element model and the long‐term creep performance of the propellant was predicted using the time–temperature superposition principle. A creep behavior of nearly 10⁶ s at 30 °C could be acquired in a short‐term experiment (800 s) at 30–70 °C. Moreover, the stress relaxation investigation of the propellants with and without MHBPE at ?40 °C, 20 °C and 70 °C suggested that MHBPE/HTPE/AP/Al/RDX propellant possessed better response ability to deformation. Thus, the application of MHBPE provides an efficient route of reinforcement to enhance the creep resistance and stress relaxation properties. © 2020 Society of Chemical Industry     

密度分级法分离废旧梯黑铝炸药中的RDX与铝粉

为了研究分离回收废旧梯黑铝炸药中各成分的高效低成本的物理方法,采用控温离心和控温水洗结晶,回收梯黑铝炸药中的TNT组分;再根据RDX与铝粉的密度差异,使用密度分级法,分离RDX与铝粉,优化了分离条件,对回收物质进行DSC和XRD表征,并测试其撞击感度。结果表明,在密度为2.0g/cm3的溴化锌溶液中,控温30℃、离心转速2500r/min等条件下,回收RDX和铝粉回收率分别为67.6%和86.5%,纯度分别为77.2%和94.6%;回收的RDX热安定性良好,存在少量铝粉和TNT与RDX的共熔物,且基本没有独立存在的TNT组分,其撞击感度为90%;回收铝粉中含有微量氧化铝粉和炸药成分;两种回收物组分中均不含溴化锌。该物理方法可有效实现废旧梯黑铝炸药各组分的高效绿色回收。