纳米金属粉对AP及AP/HTPB推进剂热分解的催化性能研究

用热分析法研究了纳米金属粉(Ni、Cu和Al)对高氯酸铵(AP)以及AP/HTPB推进剂热分解的催化性能.结果表明,质量分数为5%的纳米镍粉、铜粉和铝粉可以明显降低AP的高温分解温度,显示出对AP高温分解反应很好的催化活性;纳米铜粉对AP的低温分解也有很好的催化作用,而纳米镍粉和铝粉却表现出对AP低温分解反应具有一定的阻碍作用.微米级金属粉对AP高温分解反应的催化作用明显小于纳米金属粉.纳米金属粉对AP/HTPB推进剂的热分解同样具有一定的催化效果.     

HTPB/Cu/μAl的制备及其对AP热分解性能的影响

金属铝粉具有活性高、耗氧量低、燃烧焓高和密度大等优良性能,广泛应用于提高火炸药和固体推进剂能量特性的研究中.过渡金属Cu对铝粉的燃烧具有良好的催化作用,可以使铝粉燃烧更充分.端羟基聚丁二烯(HTPB)作为固体推进剂黏合剂组分,均匀地包覆在铝基复合粒子表面,可有效地阻止表面氧化和团聚,且有利于药柱压装固化成型.以乙酰丙酮铜为铜源,甲醛和肼为还原剂,采用一锅法液相还原制备HTPB/Cu/μAl复合粒子.通过IR、XRD、SEM和EDS对样品的结构和形貌进行表征,同时研究了HTPB/Cu/μAl对AP热分解的催化行为.结果表明,还原出来的Cu以粒子形式散落在铝粉表面,HTPB则均匀包覆在Cu/μAl的表面.HTPB/Cu/μAl的DSC曲线在150～350℃范围内同时出现过渡金属Cu的氧化放热峰和HTPB的分解放热峰,但包覆对微米铝粉在550℃的氧化放热峰基本没有影响.HTPB/Cu/μAl的平均活化能为287.2 kJ·mol-1,相比于μAl平均活化能(323.55 kJ·mol-1)降低了36.35 kJ·mol-1.加入HTPB/Cu/μAl复合材料后,AP的高温和低温分解峰均发生变化,其中高温热分解温度较纯AP降低了127℃,表明HTPB/Cu/μAl复合材料可促进AP的热分解行为.     

镁基储氢材料对AP/Al/HTPB复合固体推进剂性能的影响

用差示扫描量热仪（DSC）研究了镁基储氢材料（Mg2NiH4,Mg2Cu—H和MgH2）对高氯酸铵（AP）及AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解性能的影响。结果表明,含量5％的镁基储氢材料对AP热分解过程具有明显的催化促进作用。含量1．3％的镁基储氢材料可以降低AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解过程的热分解温度,使分解热明显增加,表现出显著的增强促进作用。燃速测定结果表明,在8MPa下,含量1．3％的Mg2 NiH4,Mg2Cu—H和MgH2可以分别使AP／Al／HTPB复合固体推进剂的燃速提高3．5％、14．4％和13．9％。镁基储氢材料对AP和AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解的作用效果与其含氢量有关,MgH2的含氢量大,作用效果好。镁基储氢材料主要通过催化AP／Al／HTPB复合固体推进剂中AP的热分解,表现出对AP／Al／HTPB复合固体推进剂热分解具有较好的催化效果。     

碳纳米管对AP/CMDB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

为了改善溶剂压伸法制备的高氯酸铵/复合改性双基(AP/CMDB)推进剂的燃烧性能和力学性能,采用差示扫描量热法(DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了碳纳米管(CNTs)对AP/CMDB推进剂主要组分热分解性能及AP/CMDB推进剂微观结构的影响,测试了含质量分数为0.1%、0.3%和0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂的燃速和抗冲强度。结果表明,CNTs可以有效催化AP的热分解,使AP低温分解峰消失,高温分解峰温提前39.9℃,但对NC/NG双基组分的热分解影响不大;CNTs可以改善AP/CMDB推进剂的微观结构,添加0.5%CNTs的推进剂中无明显微裂纹;CNTs可以有效改善AP/CMDB推进剂的燃烧性能和力学性能,随着CNTs含量的增加,推进剂的燃速提高、压强指数降低,推进剂的抗冲强度增大;添加0.5%CNTs的AP/CMDB推进剂10 MPa下燃速为61.19 mm·s~(-1),10~22 MPa压强指数为0.51,-40℃下的抗冲强度为5.55 kJ·m~(-2)。     

高氯酸铵/铝粉/端羟基聚丁二烯推进剂催化燃烧模型研究

在自由基裂解模型和引入高氯酸铵(AP)和铝粉(Al)影响因子的基础上,讨论了催化剂对AP/Al/端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂热分解的影响,采用假说和因子归纳的方法得到了催化影响因子,结合一定数量燃速数据分析和计算机图形学拟合的方法建立了AP/Al/HTPB推进剂催化燃烧模型,该模型可从推进剂化学结构参数出发,定量计算AP/Al/HTPB推进剂的燃速和压强指数。计算结果表明:在一定条件范围内,燃速的理论预测与实验结果吻合较好,误差一般在7%以内,验证了催化燃烧模型在AP/Al/HTPB推进剂应用的可行性,对推进剂配方研制具有一定的指导意义。     

碳纳米管在AP热分解中的助催化性能

分别用溶液还原法和化学气相沉淀法制备了纳米Cu粉和Cu/CNTs（碳纳米管）复合催化剂粒子,并用TEM、SEM、XRD、FT-IR对其进行了表征;用DTA研究了纳米Cu粉和Cu/CNTs复合催化剂粒子对AP热分解的催化作用.结果表明,纳米Cu粉使AP热分解的高温分解峰温降低130.2 ℃,低温分解峰温降低了35.1 ℃,而纳米Cu/CNTs复合催化剂粒子使AP热分解的高温分解峰温降低126.3 ℃,且与低温分解峰重叠,证明碳纳米管促进了纳米Cu粉对AP热分解的催化.     

纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂性能的影响

研究了纳米碳酸盐催化剂对AP/Al/HTPB推进剂的燃速压强指数、爆热和力学性能等的影响.结果表明:纳米催化剂对推进剂在高压强(10～18 MPa)和低压强(4～10 MPa)段的燃烧性能的影响差别较大,但压强指数都能降低到0.2以下,均达到平台推进剂水平; 而且随着纳米催化剂含量增多,推进剂的燃烧效率更充分,爆热也有一定程度的增加; 但是,纳米催化剂对推进剂的力学性能、工艺性能却有一定程度的影响.确定了纳米碳酸盐催化剂在推进剂中配比为0.5%～1%之间.     

纳米CuO/AP/HTPB含能复合颗粒的制备与表征

针对复合推进剂中超细AP (高氯酸铵)易吸湿、团聚以及纳米催化剂易团聚的问题,在不引入非推进剂配方成分的前提下,制备了纳米CuO/ AP/ HTPB (端羟基聚丁二烯) 复合颗粒。先采用新颖的陶瓷膜-反溶剂法制备纳米CuO/ AP 复合颗粒,然后采用溶剂蒸发法在其表面包覆HT- PB,制得纳米CuO/ AP/ HTPB 复合颗粒。采用SEM、HRTEM、FT-IR、ICP 和XRD 等手段对复合颗粒的粒径、形貌、结构和组成进行表征,并测定了复合颗粒的吸湿性能。结果表明,纳米CuO/ AP/ HT- PB 复合颗粒中纳米CuO 均匀分散,HTPB 在外层均匀膜包覆;复合颗粒呈现为粒径不大于6 滋m的规整六面体,防潮性能优越。纳米CuO/ AP/ HTPB 复合颗粒的制备,可实现纳米CuO 颗粒均分散、超细AP 制备、超细AP 防团聚及防潮,可望显著提升复合推进剂的综合性能。     

HTPB/AP推进剂的慢速烤燃特征

介绍了弹药慢速烤燃试验方法和评判标准,初步分析了影响弹药慢速烤燃响应的因素。对国外在HTPB/AP推进剂慢速烤燃特性方面的研究进行了述评,研究表明,高氯酸铵热分解形成的多孔性形貌是导致AP基推进剂慢速烤燃响应剧烈的重要因素。在此基础上提出了改善HTPB/AP推进剂慢速烤燃响应的技术途径。     

DSC-FTIR联用研究HTPB/AP和HTPB/AP/Al体系的热分解

采用高压差示扫描量热(PDSC)、热重(TG-DTG)以及热红联用(DSC-FTIR)技术研究了HTPB/AP复合体系热分解及压力和铝粉对该体系的影响。结果表明,端羟基聚丁二烯(HTPB)包覆去活作用推迟了AP的热分解过程,但AP加速了HTPB的分解。增大压力和加入铝粉均能加速HTPB/AP复合体系的热分解过程,燃速也因此而提高。同时增大压力也使HTPB分解放热产生多峰现象,而铝粉会抑制该现象。此外,AP还使HTPB发生“后固化”过程,随着压力的增大,该过程的固化热也增大。     

少烟复合推进剂用纳米结构Fe2O3催化剂及其催化性能研究

制备了一种由惰性组份和纳米颗粒氧化铁组成的纳米结构燃速催化剂( ns -Fe2 03)．X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究显示ns -Fe2 03中的活性组份主要是Fe203,其粒子尺寸范围比较宽,从50～200 nm不等且呈不规则状。对高氯酸铵(AP)的催化热分解研究表明,随ns -Fe203含量的增加,AP的分解放热量增大,对AP的低温分解峰温影响不大,但使得AP的高温分解峰温持续下降。在RDX/AP/A1/HTPB少烟复合推进剂中添加0.25%（质量百分数,下同）的ns-Fe203催化剂可使6 MPa下的燃速从空白配方的6.31 mm/s提高到8.51 mm/s,增速率达35%;添加量均为1%时,6 MPa下ns -Fe2 03和普通Fe203的增速率分别为56%和31%;当ns -Fe203的添加量为2%时,6 MPa下的增速率为69%,10 MPa下的增速可高达78%,显示了ns -Fe203良好的燃速催化性能;在4～10 MPa范围内,ns -Fe2 03的压强指数比普通Fe2 03的低,但比叔丁基二茂铁和卡托辛的高。     

降低丁羟高燃速推进剂机械感度研究

为了降低丁羟高燃速推进剂机械感度,考察了液体二茂铁燃速催化剂(EMT)含量、氧化剂高氯酸铵(AP)粒径及配比等对丁羟高燃速推进剂机械感度的影响,并通过差示扫描-热重(DSC-TG)热分析研究了AP/EMT体系热分解特性与机械感度的相关性。结果表明,细AP含量增加或细AP粒径减小时,推进剂药浆的摩擦感度和撞击感度均呈增加趋势;EMT提高了AP的高温分解反应速率常数和分解热,是含EMT的高燃速推进剂机械感度升高的微观原因,降低EMT含量,可以降低推进剂的机械感度;胺盐类降感剂GZJ-01和导电态聚苯胺降感剂DBJ-01对降低丁羟高燃速推进剂的机械感度无协同效应;细AP包覆和采用铜盐燃速催化剂(GRCJ)取代EMT均可以降低丁羟高燃速推进剂的机械感度。     

NTO铅铜衍生物对AP-CMDB推进剂燃烧性能和热分解的影响

研究了3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的铅盐、铜盐和铜正盐对AP-CMDB推进剂燃烧性能和热分解特性的影响。结果表明,NTO铅铜衍生物均可促进AP-CMDB推进剂中双基粘合剂体系NC/NG的受热分解,使AP-CMDB推进剂较低压强(1～7MPa)下的燃速提高,较高压强(10～20MPa)下的燃速降低,并使推进剂的燃速压强指数降低。NTO铜正盐可同时促进AP-CMDB推进剂中粘合剂体系NC/NG和氧化剂AP的热分解,对该推进剂燃烧性能的催化效果最佳。     

亚铬酸铜/高氯酸铵超细复合粒子的制备与性能研究

采用搅拌研磨法制备了粒径小于０．１μｍ的亚铬酸铜超细粒子,然后在研磨腔内使高氯酸铵（ＡＰ）与亚铬酸铜超细粒子复合。复合粒子的形成,增加了亚铬酸铜与高氯酸铵的接触面积、提高了粒子的分散性及均匀性,使亚铬酸铜催化作用增强,ＡＰ的分解温度降低,进而使含ＡＰ复合推进剂的燃速提高。     

纳米KClO_4/CNTs的制备及其与铝粉爆燃发光强度的测定

为了研究纳米复合材料与铝粉基烟火药的发光强度,基于NH4Cl O4和KOH的复分解反应制备了高氯酸钾/碳纳米管(KCl O4/CNTs)纳米复合材料。用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)表征了其结构。化学分析测试了纳米复合材料中各组分的含量,测定了KCl O_4/CNTs-Al、KCl O4-CNTs-Al、KCl O_4-Al不同烟火药配方的发光强度。结果表明,KCl O_4能够有效附着在CNTs的表面且包覆完全,制备的KCl O_4/CNTs复合材料的粒径为74.0 nm,用化学分析法测得KCl O_4/CNTs中两种物质的质量比为78∶22。与KCl O_4-CNTs-Al和KCl O4-Al烟火药相比,KCl O_4/CNTs-Al(77/23)烟火药的发光强度分别提高了39.4%和88.2%。这种发光强度的提高是由于KCl O_4的纳米化、CNTs的催化与燃烧,其中KCl O_4的纳米化对这种发光强度的贡献优于CNTs。     

少烟富燃复合推进剂低压燃烧特性（英）

在0.1MPa到1MPa的低压范围内,实验研究了一系列特定的HTPB/AP富燃复合固体推进剂的燃烧特性。研究表明：高压、高AP浓度和较小的AP粒子尺寸能促进稳定燃烧,提高燃速和燃烧效率,降低点火温度。加入亚铬酸铜（CC）作为增速剂能提高整个压力范围内的燃速,加入6%CC可降低推进剂点火温度16%,燃烧效率可达96%,而没有添加CC的推进剂配方燃烧效率为31%~73%。研究表明,在极低的压力下Vieille燃速公式对此系列推进剂仍然适用。     

ADN/GUDN 双氧化剂对NEPE 固体推进剂燃烧性能的影响（英）

设计并制备了含N?脒基脲二硝酰胺盐（GUDN）和二硝酰胺铵（ADN）的硝酸酯增塑聚醚（ NEPE）固体推进剂样品,测试了推进剂的燃烧性能（燃速和压强指数）、燃烧火焰结构和燃烧波温度分布,并与不含GUDN和ADN的推进剂性能进行对比。结果表明,GUDN/ADN 双氧化剂对NEPE推进剂的燃烧性能有明显的影响,推进剂配方中添加ADN可提高推进剂的燃速和压强指数,含15%、20%和22.5%的ADN替换高氯酸铵（AP）可使推进剂在7.0MPa 下的燃速提高25.30%、36.76%和47.69%,GUDN使推进剂在7.0MPa下的燃速降低18.97% ,而压强指数在1~15MPa提高12.04%,而且在不同压力下含双氧化剂的NEPE推进剂的燃烧火焰结构呈多火焰结构,而且火焰的亮度随着压强的增大而变亮。     

基于AP预处理技术的粉末推进剂性能

为了提高高氯酸铵(AP)粉末推进剂的长期贮存性和高效燃烧性,利用预处理技术对AP粉末进行包覆团聚,改善其表面特性。采用吉布斯最小自由能法计算Al/AP粉末火箭发动机的能量特性,利用预处理实验分析端羟基聚丁二烯(HTPB)对AP粉末的装填密度、吸湿性能和热分解特性的影响,并进行密闭燃烧器点火实验,研究氧燃比和装填量对Al/AP粉末推进剂能量特性参数的影响规律。结果表明:AP的最佳预处理材料配比为添加10%HTPB,且在氧燃比为3∶1时,Al/AP粉末火箭发动机的理论比冲最高达262.1s;一定范围内,随着氧燃比的增加,粉末推进剂的能量特性参数均有所增加;在氧燃比相同条件下,单位质量粉末推进剂成气量基本相同,随着粉末装填量的增加,燃温和特征速度均有所提高。