ATP-28在浇注固化炸药中的应用探索

分析了新型含能高聚物叠氮聚醚粘结剂(ATP-28)的理化性能;对ATP-28分别加入己二酸二辛酯(DOA)、葵二酸二辛酯(DOS)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、磷酸二苯-辛酯(DPO)等四种增塑剂后的粘度特性进行了测量,研究了ATP用作炸药粘结剂时的可塑性;比较ATP、HTPB作为粘结剂时炸药的爆速,探索了ATP对炸药能量的贡献。结果表明,ATP在增塑剂DOA的作用下,粘度降低97%,可以作为粘结剂用于浇注固化炸药;含ATP配方的浇注炸药爆速(7350m.s-1)高于HTPB配方(7260m.s-1)。     

HTPB与增塑剂相容性评价的分子动力学模拟

为评价端羟基聚丁二烯(HTPB)与增塑剂相容性的优劣,采用分子动力学(MD)模拟方法对纯HTPB、增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、己二酸二辛酯(DOA)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)及HTPB与增塑剂组成的共混物的密度、结合能和径向分布函数等进行了计算。结果表明:比较纯物质溶度参数差值(Δδ)的大小,共混物密度增加值,结合能及分子间径向分布函数值大小均可以得出增塑剂相容性优劣次序为HTPB/DOSHTPB/DOAHTPB/DOPHTPB/DBP。     

ATP-28在浇注固化炸药中的应用探索

分析了新型含能高聚物叠氮聚醚粘结剂（ATP-28）的理化性能;对ATP-28分别加入己二酸二辛酯（DOA）、葵二酸二辛酯（DOS）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、磷酸二苯-辛酯（DPO）等四种增塑剂后的粘度特性进行了测量,研究了ATP用作炸药粘结剂时的可塑性;比较ATP、HTPB作为粘结剂时炸药的爆速,探索了ATP对炸药能量的贡献。结果表明,ATP在增塑剂DOA的作用下,粘度降低97％,可以作为粘结剂用于浇注固化炸药;含ATP配方的浇注炸药爆速（7350m·s^-1）高于HTPB配方（7260m·s^-1）。     

新型含能增塑剂A16对HTPB的增塑性能

为了研究新型含能增塑剂(2,2-二硝基丙基)-2-己基癸酸酯(A16)对端羟基聚丁二烯(HTPB)的增塑性能,采用分子动力学方法对HTPB与A16进行了相容性模拟,对增塑比2∶1～1∶1.5、温度30～70℃条件下HTPB/A16和HTPB/DOS体系的表观黏度进行了研究,并测试了两种体系的力学性能。结果表明:HTPB、A16各自分子间作用以范德华力为主,HTPB与A16的溶度参数差值仅为0.004(J·cm~(-3))~(1/2),二者具有非常好的相容性;HTPB/A16体系的表观黏度高于HTPB/DOS体系,但随着增塑剂质量比的提高或温度的提高,两种体系的表观黏度差异减小,当增塑比为1∶1,温度为70℃时,HTPB/A16与HTPB/DOS体系的黏度差仅为60.5 cP,A16与DOS的降黏效果相当;在相同增塑比条件下,HTPB/A16固化胶的拉伸强度和延伸率均比HTPB/DOS固化胶大,HTPB/A16固化胶的拉伸性能优于HTPB/DOS;增塑比为1∶1时,HTPB/A16固化胶的断裂延伸率比HTPB/DOS提高18.6%,模量降低8.6%,A16对HTPB的增塑效率高于DOS。     

HTPB推进剂组分溶度参数的分子模拟研究

采用无定形动力学(amorphous cell dynamics,ACD)方法、Synthia方法和Blend方法,对端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂及其常用的增塑剂、固化剂组分的溶度参数进行了模拟计算,对组分间的相溶性进行了判断.结果表明: ACD方法可以定性的模拟组分的溶度参数,Synthia方法则能够定量模拟组分的溶度参数,Blend方法可以定性直观展示组份间的相溶性及温度、摩尔含量的影响;几种方法模拟结论与实验基本吻合.常用的增塑剂满足HTPB体系相溶性要求,固化剂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氮丙啶三(-2甲基氮丙啶-1)氧化磷(MAPO)与HTPB相溶性好于甲苯二异氰酸酯(TDI)及六次甲基二异氰酸酯(HDI),相溶性对固化效果有一定影响.计算了几种含能增塑剂与HTPB的相溶性,结果不太理想.     

HTPE/增塑剂共混体系相容性的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法模拟研究了粘结剂端羟基聚醚(HTPE)与增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP),癸二酸二辛酯(DOS)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的相容性及HTPE/增塑剂共混物的玻璃化转变温度(Tg)。结果表明,当共混体系中存在较强的分子间氢键作用时,通过分析结合能、径向分布函数和玻璃化转变温度,可综合评价HTPE与增塑剂的相容性。HTPE与三种增塑剂相容性的优劣顺序为HTPE/DBPHTPE/DOSHTPE/DEP;通过温度-比容关系得到了HTPE,HTPE/DBP,HTPE/DOS及HTPE/DEP四种体系的Tg,依次为190.26,176.30,168.82,178.33 K。     

高能含硼HTPB富燃料推进剂工艺性能改善研究

通过XPS、FTIR和粘度测试等实验手段,证实硼粉表面杂质H3BO3、B2O3与HTPB反应生成硼酸酯,引起凝胶化反应是导致硼粉/HTPB不相容的根本原因.采用硼粉表面处理和团聚成球工艺消除了硼表面杂质与HTPB的不良聚合反应,解决了推进剂中固体填料不合理的级配关系,使推进剂药浆5h表观粘度小于500Pa·s,适用期大于16h,突破了高能含硼HTPB富燃料推进剂工艺难题.     

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。     

基于MD方法的增塑剂扩散行为的模拟研究

为克服实验手段的不足,用分子动力学方法模拟丁羟推进剂粘接体系中增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)的扩散行为.利用分子模拟软件Materials Studio 4.3构建增塑剂和粘接体系的分子模型,选用COMPASS力场,对经几何优化后的混合体系进行分子动力学模拟,得到增塑剂在粘接体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程得到其扩散系数.环境温度为273, 298, 310, 323, 348 K时, DOS在丁羟推进剂粘接体系中的扩散系数分别为0.0010, 0.0020, 0.0025, 0.0031, 0.0043; DOS含量为23%,37.5%,47%,60%时,扩散系数分别为0.0025, 0.0020, 0.0018, 0.0015(单位10-4 cm2·s-1).结果表明: 随着温度的升高,扩散系数逐渐增大; 随着增塑剂含量的增加,扩散系数依次略有下降.     

GAP的合成及其特性

GAP(缩水甘油叠氮聚合物)是一种高密度、高能量的燃料粘合剂,与硝酸铵或硝胺化合物等非氯系氧化剂组合,有可能开发出低公害的推进剂.以聚环氧氯丙烷为基本物质,用叠氮化钠将其叠氮甲基化合成GAP二醇,再使其衍生成GAP弹性体,并探讨其性质。通过红外,C13NMR,GPC,元素分析和质量分析等特性实验证明,原材料物质和合成物GAp二醇中含有相当多的低分子环状化合物。这些杂质也能转换为叠氮甲基化合物,继而顺利地衍生成弹性体. 实验证明,用三羟基丙烷(TMP)交联剂和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)固化剂组合调整弹性体最合适. 另外,邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、已二酸二辛酯(DOA)、癸二酸二辛酯(DOS)等增塑剂在物性方面效果很好.     

浇注高聚物粘结炸药的粘结剂体系设计及其应用研究

为提高端羟基聚丁二烯(HTPB)基浇注高聚物粘结炸药(PBX)的固相含量、力学性能,并降低渗油性,采用己二酸二辛酯和壬酸异癸酯为原料,根据溶度参数近似原理设计了一种复合 增塑剂AI.基于HTPB/AI粘结剂体系制备出固相含量达到90%的浇注PBX,研究了PBX的机械感度、热分解、固相含量等与粘结剂体系的关系。结果表明：复合增塑剂AI降低了HTPB胶片的模量,从而降低了PBX的机械感度;AI降低了浇注PBX药浆黏度,提高了固相含量,从而提升了能量水平;对原材料进行高温真空旋蒸处理,降低了原材料中水分等杂质的含量,从而降低了PBX的渗油性,提高了复合增塑剂的安定性及其与PBX配方中其他组分的相容性。     

石蜡/HTPB复合流体黏温特性测试

采用旋转黏度计分别测定了石蜡和不同固化系数(r=0.5、0.6、0.7)的端羟基聚丁二烯(HTPB)以及石蜡和端羟基聚丁二烯(HTPB)两者混合形成的复合流体不同温度下的黏度,获得了黏温特性曲线,采用黏温模型方程对黏温特性进行了描述.通过比较黏温方程的参数发现,随着固化系数的增加,HTPB的黏度随温度上升而变化的敏感程度先减小后增大;而HTPB/石蜡复合流体的黏度随温度变化的敏感程度减小.     

HTPB/N100体系的聚合反应动力学和粘度变化

采用浓度-时间比法研究端羟基聚丁二烯(HTPB)/N100反应动力学,利用Matlab软件计算得到反应级数和不同温度下反应速率常数,考察了反应速率变化对催化剂用量的依赖关系,并对过程中粘度与时间的变化关系进行研究.结果表明:HTPB/N100反应符合一级反应规律,活化能Ea=70.57 kJ·mol-1;反应速率常数与...     

丁羟推进剂花板浇注过程数值仿真

为研究丁羟推进剂浇注过程中流场结构,使用改进后的Herschel-Bulkley黏度模型对药浆花板浇注过程进行了数值模拟,并与实验数据进行了对比。结果显示:在通过花板孔后药浆会发生汇流,汇流后的药浆在重力作用下在发动机壳体内堆积,堆积表面呈现不规则的凹凸状,但在重力作用下,药浆会逐渐流平并填满空腔,未形成空洞。被花板分割的药条一部分汇聚后沿翼片间凹槽向下流动,一部分直接向下流动,流动过程中出现拉伸断裂的现象。浇注所需总时间为104 min,浇注药浆总质量为160.3 kg,平均质量流率为5.4 g·(hole·min)-1,仿真计算值与实测值误差分别为8.65%、2.06%和5.93%。     

Effects of Plasticizers,Antioxidants and Burning Rate Modifiers on Aging Performance of the HTPB/HMDI Composite Solid Propellant

The effects of plasticizers,antioxidants and burning rate modifiers on the aging performance of the composite solid propellant based on hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB)/hexamethylene diisocyanate(HMDI)were explored by apply-ing an accelerated aging program for 90 day at 70 ℃. The HTPB propellant matrix with the diisooctyl sebacate(DOS)as plasti-cizers and diisooctyl azelate(DOZ), antioxidants as N,N ′-Diphenyl-p-phenylenediamine(AO) and 2,2′-methylenebis(4-methyl-6-tert-butylphenol)(cyanox 2246)and burning rate modifiers as barium ferrite(BF),copper chromites(CC)and fer-ric oxide(FO)were varied. Results show that sample(S1)which based on DOS decreases the stress value and increases the strain value which considered to be an excellent start for aging program. Sample(S3)containing AO presents the higher resis-tance to oxidation showing the better performance that reflects on increasing the shelf life of the composite solid propellant mo-tor. Sample(S5)which based on BF enhances the ballistic performance among over the other tested two samples. The accelerat-ed aging program allowed us to estimate the motor in-service lifetime.     

SBS增韧石蜡/增塑剂共混相容性的分子动力学模拟

增韧石蜡应用于高聚物粘结炸药(PBX)可提高其力学性能,设计了四种增韧石蜡与增塑剂的配方,建立了增韧石蜡(Wax)与邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)和乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)的共混模型,采用分子动力学方法模拟研究了增韧石蜡与增塑剂的相容性以及共混体系中分子间相互作用的本质。结果表明,通过溶度参数、可混合性模拟、结合能以及分子间径向分布函数四个判据可综合评价苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)增韧石蜡与增塑剂的相容性。其中溶度参数模拟值与实验值的相对误差在3%以内;可混合性模拟可以快速预判两种物质之间的相容性;ATBC与SBS增韧石蜡的结合能最大,为2.7 k J·g~(-1);SBS增韧石蜡与增塑剂之间相互作用的本质是范德华力和静电力,以范德华力为主。3种增塑剂与SBS增韧石蜡的相容性优劣次序为ATBCDOSDBP,NG与SBS增韧石蜡不相容。     

HTPB/TDI粘结体系的固化反应动力学

为了解决工程应用中遇到的固化终点问题,采用等温与非等温差示扫描量热法(DSC法),通过模拟n级反应动力学模型,并根据Kissinger法、Crane法研究了高聚物粘结炸药(PBX)用端羟基聚丁二烯(HTPB)型粘结体系的固化反应动力学。结果表明,HTPB/TDI粘结体系固化反应的表观活化能为54.61kJ·mol~(-1),反应级数为0.87,指前因子为192.80s~(-1),固化反应热Hu为482.87J·g~(-1)。该体系的固化反应过程中存在自催化现象。加入二月桂酸二丁基锡(T12)催化剂后,粘结体系的固化反应速率增大、反应温度降低。拟合出了固化温度与固化时间之间的函数关系,当固化温度取60℃时,求得固化时间约为3.91天,与实际工程应用中的4~6天相符。