GAP及GAP推进剂研究新进展

综述了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的性能及应用等方面的最新进展。近年来研究的GAP粘合剂主要包括线型GAP、支化GAP和GAP四醇。对GAP粘合剂在高能推进剂、低特征信号推进剂、燃气发生剂及低易损弹药等方面的应用进行了分析。     

GAP/AN推进剂的研制现状(二)

介绍了GAP/AN推进剂的能量性能、燃烧性能、力学性能、安全性能、安定及相容性、老化性能及特征信号研究现状和改善GAP/AN推进剂性能的调节方法 ,GAP/AN推进剂是未来低特征信号推进剂、低易损性推进剂、低污染推进剂的发展方向之一。     

GAP/AN推进剂的研制现状(一)

介绍了 GAP/ AN推进剂的能量性能、燃烧性能、力学性能、安全性能、安定及相容性、老化性能及特征信号研究的现状和改善 GAP/ AN推进剂性能的调节方法。 GAP/ AN推进剂是未来低特征信号、低易损性、低污染推进剂的发展方向之一。     

GAP 应用研究进展

为研制高能量、高性能的混合炸药,引入聚叠氮缩水甘油醚(GAP)作为含能粘结剂。在分析GAP物理、化学性能的基础上,总结前人在 GAP 固化体系力学性能研究和 GAP 在推进剂和混合炸药中的应用等方面的工作。结果表明：引入适当的高聚物与GAP发生共聚,可改善GAP粘接体系的力学性能;将GAP引入混合炸药中,可有效提高混合炸药的能量和改善混合炸药的力学性能。     

1,3-偶极环加成反应在叠氮推进剂中的应用

在介绍1,3-偶极环加成反应的基础上,综述了该反应在聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)侧基改性、叠氮化合物固化以及在GAP推进剂中的应用情况.指出了1,3-偶极环加成反应对水分不敏感,使用该方法可以在45 ～65℃进行推进剂固化,解决固化体系与高能组分的相容性问题,获得感度较低的推进剂;同时也指出该法将体积较大的基团引入侧链...     

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.     

GAP/NC交联改性双基推进剂能量及烟雾特性计算研究

利用推进剂能量特性计算程序,计算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)改性单基球形药为粘合剂的GAP/硝化棉(NC)交联改性双基推进剂的能量性能。以燃烧产物中Al_2O_3、HCl的含量评价其烟雾特性。结果表明,随着增塑剂端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)含量的增大,理论比冲先增加后降低。随着粘合剂中GAP含量的增加,理论比冲降低,燃烧温度降低;而且增塑比越小,降低的幅度越大。GAPA含量和GAP含量对推进剂的烟雾特性影响不大。采用4,4'-二硝基-3,3'偶氮氧化呋咱(DNAF)取代AP后,在固体含量为60%,推进剂理论比冲在2600 N·s·kg~(-1)时,其燃烧产物与AP配方相比,N_2含量增加了44%,Al_2O_3含量下降了67%,HCl含量降为0,说明GAP/NC推进剂是一种具有高能量、低特征信号的重要推进剂。     

利用探针-质谱仪研究GAP的分解化学和燃烧化学

在较宽的压力范围和罗高的加热速率下，研究了分了量分别为350、2000的未交联GAP和分子量为2000的固化GAP的燃烧特性（如燃速、温度分布）、燃烧产物组成、热分解动力学和热分解产物组成，并用所获得的数据发展了GAP及以GAP为基的推进剂的燃烧模型。     

GAP贫氧推进剂及其组分的热失重特性研究

采用热失重法（TG）和微分热重法（TGA）研究了聚缩水甘油叠氮化合物（GAP）贫氧推进剂及其主要组分（AP、KP、AP／KP、GAP）的常压热分解特性，考察了过滤金属氧化物（TMO）催化剂对上述体系热分解特性的影响。实验结果表明，TMO催化剂对GAP、AP、KP及其复合物热分解反应的催化作用不同。     

富燃推进剂的研制现状及展望

分析了固体火箭冲压发动机对富燃料推进剂的要求，重点介绍了国内外镁铝、碳氢燃料和含硼富燃料推进剂应用及研究现状，提出了高性能富燃料推进剂研制中急需解决的关键技术和技术途径，并根据冲压发动机的特点，指出今后应开展能量可控的膏状富燃料推进剂、高能GAP／ADN／B推进剂和低特征信号富燃料推进剂的研制。     

GAP推进剂粘接体系组分迁移动力学研究

为研究组分在缩水甘油叠氮聚醚(GAP)推进剂/端羟基聚丁二烯(HT PB)衬层/三元乙丙(EPDM)绝热层粘接体系中的迁移,采用高效液相色谱(HPLC)测定了经过50,60℃和70℃加速老化后体系中的主要迁移组分,计算了迁移组分的表观扩散活化能和扩散系数。结果表明,老化过程中硝酸酯增塑剂硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)发生迁移,两者的表观扩散活化能均在43~121 kJ·mol~(-1),扩散系数在10~(-1)9~10~(-1)6m~2·s~(-1)内。体系中胺类安定剂1(AD1)、胺类安定剂2(AD2)的迁移发生在固化过程,老化过程中主要以消耗为主;GAP推进剂的力学性能与推进剂中AD1的含量有关,AD1含量低于40%时,试件力学性能急剧下降。     

用于双基系固体推进剂的非铅催化剂的研究与发展动向

综述了铜化合物、锡化合物、钍化物、氧化物加金属粉以及钡化合物在双基系固体推进剂中的应用及其研究,分析并介绍了非铅催化剂的研究新动向,强调了我国大力开展对稀土化合物和催化剂优化组合在推进剂中应用研究的重要性。     

含不同燃速催化剂的NC/GAP复合球形药的制备与热分解性能

为了改善燃速催化剂在固体推进剂药柱中的分散均匀性,提高其催化效率,采取内溶法分别制备了含燃速催化剂Fe_2O_3、Cu O、CNTs以及Cu_2Cr_2O_5的硝化纤维素/聚叠氮缩水甘油醚复合球形药,并对其形貌、粒径、塑化性能、热分解性能等进行了测试与分析。结果表明,采取内溶法工艺制备的含燃速催化剂NC/GAP复合球形药,圆球化程度高,流散性好,球形药颗粒粒径可控;燃速催化剂以物理共混的方式引入NC/GAP复合球形药,对NC和GAP的分子结构未产生影响。另外,燃速催化剂的加入促进了NC/GAP球形药的热分解。含Fe_2O_3、CuO、CNTs以及Cu_2Cr_2O_5的复合球形药比纯NC/GAP球形药的起始热分解温度分别降低12.15,15.38,15.42℃和13.97℃,其中CuO和CNTs的催化效果较明显。     

GAP推进剂的燃速特性

为了获得广阔的燃速谱,研究了缩水甘油叠氮聚合物(GAP)复合推进剂的燃速和火焰结构。将过氯酸铵(AP)、环四次甲基四硝胺(HMX)或三氨基硝酸胍(TAGN)的精细晶粒与GAP相混合以形成GAP推进剂。因为GAP是一种自身可维持燃烧的高能聚合物,所以GAP推进剂的燃速特性在本质上显然不同于通常的复合推进剂。测定的结果表明:GAP推进剂的燃速、压力指数、温度敏感系数和火焰结构在很大程度上依赖干添加的晶体浓度。这些观察到的燃烧速度特性与晶体粒子的浓度相关。     

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。     

GAP/HMX推进剂的燃速特性

研究了在缩水甘油叠氮聚醚（GAP）中添加不同数量HMX的推进剂燃烧机理，在HMX添加量小于0．6的范围，燃烧表面固相放热量Qs随HMX添加量的增加而下降，燃速度降低，在HMX添加量寺睛0．6的范围，由于推进剂有面的固相反应加以GAP与HMX分解气体的气相反应向燃烧表面的热流束增加，从而燃烧表面气相的温度梯度Φ效应增加。当HMX添加量再增加时，则决定燃速的因素由固相反应过渡到气相反应，由于Φ增加而燃速进一步增加。     

GAP贫氧推进剂的燃速特性

用药条燃烧器评价了以缩水甘油叠氮聚醚（GAP）为主要成分的贫氧推进剂燃速特性,在该贫氧推进剂中添加少量高氯酸铵（AP）时燃速略有下降,添加AP和铁化合物时,在低压区燃速增加,在燃速调节剂有效的低压区,AP的粒度越小燃速越高,添加AP和铁化合物时,在低压区燃速增加的同时,燃速的压力指数变小,而且燃速的温度敏感度也下降。     

含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)推进剂的能量特性

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pe/pc=70∶1)下,计算了含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的各类推进剂的能量特性,结果表明DNTF的单元推进剂比冲为2696.4N.s.kg-1,比CL-20单元推进剂的理论比冲还高31.1N.s.kg-1;用DNTF取代丁羟推进剂、改性双基推进剂以及GAP推进剂中的RDX或AP可以提高相应推进剂的理论比冲和特征速度。由于DNTF不含氯元素,且摩擦感度比RDX低得多,因此将DNTF引入推进剂中对提高推进剂的综合性能是有益的。     

铝粉含量对GAP钝感推进剂性能的影响

以铝粉含量为5％、10％、15％和18％的缩水甘油叠氮聚醚(GAP)推进剂配方为研究对象,采用力学拉伸试验机、动态热机械分析仪(DMA)和模拟计算软件等,分析了铝粉含量对推进剂力学性能、界面性能、燃烧性能、安全性能、能量性能和密度等的影响.结果表明,以30μm铝粉代替320μm AP,随铝粉含量的提高,推进剂的最大抗拉强度和最大伸长率逐渐增大,界面性能得到进一步改善;推进剂在3～9 MPa下的静态燃速并未发生明显变化但压强指数由0.43降低至0.40.配方中铝粉含量为5％和18％的推进剂危险等级均达1.3级,其中铝粉含量为18％的推进剂配方的撞击和摩擦感度分别为0％和44％,低于铝粉含量为5％的配方(分别为4％和48％);软件模拟计算表明,铝粉加入量的提高使推进剂的能量和密度均呈上升趋势,但推进剂的标准比冲提升趋势趋于平缓.     

聚叠氮缩水甘油醚改性研究进展

综述了GAP在含能热塑性弹性体、含能增塑剂、含能固化剂中的应用。介绍了GAP通过共聚、封端或使用特殊起始剂等方法的改性。其中,GAP基热塑性弹性体、GAP共聚物、端酯基(或烷氧基)端叠氮基的GAP增塑剂和高相对分子质量的GAP具有良好的应用前景。