HTPB 基浇注PBX 炸药固化反应动力学研究

为研究端羟基聚丁二烯(hydroxyl-terminated polybutadiene,HTPB)基浇注PBX炸药的固化反应特性确定其固化工艺参数,采用非等温DSC法研究HTPB基浇注PBX炸药粘接剂体系固化反应动力学.分别测试升温速率为5、10、15、20 K/min时的DSC数据,得出固化反应动力学方程,计算不同温度下的反应速率常数,绘制固化速率(dα/dt)～固化度(α)关系曲线,并给出常用HTPB基浇注固化炸药的固化温度范围.结果表明:相同固化度条件下,升温速率越大,固化反应速率越大,当固化度达到0.5时,固化反应速率达到最大值,此后逐渐降低,直至为零.     

季戊四醇丙烯醛树脂体系固化动力学及流变特性

采用动态差示扫描量热法(DSC)对季戊四醇丙烯醛树脂体系的非等温固化反应动力学进行了研究。通过Kissinger方程和Crane方程对DSC数据进行了分析,得到固化反应的平均表观活化能为14.32kJ·mol-1,指前因子3.84×103 K,反应级数0.95,建立了该树脂体系的固化动力学模型,发现体系在10,15,20℃·min-1和30℃·min-1升温速率下的固化度分别为0.9503,0.9147,0.8871,0.8695,表明固化反应速率越慢,所得产物的固化度越高。采用粘度实验研究了季戊四醇丙烯醛树脂体系在341,347,353K和359K下固化过程的流变特性,并获得了该树脂体系的粘度模型。     

B-GAP基推进剂药浆流变特性和固化动力学研究

为了研究支化聚叠氮缩水甘油醚(B-GAP)基推进剂的流变特性和固化反应过程,采用流变学研究方法对药浆进行了测试,研究了在50,55,60℃和65℃下药浆粘度随剪切速率及其模量随时间的变化规律。研究结果表明：B-GAP基推进剂药浆具有剪切变稀特性,属于假塑性非牛顿流体;推进剂药浆固化反应速率随着固化反应的进行而增加,在固化度为0.3时达到最大值,之后反应速率开始减小直至为零;温度对于推进剂固化反应动力学有较大影响,在一定温度范围内,固化反应速率峰值随着温度的升高而增加,储能模量最大值随着温度的升高而减小;基于幂律方程和Arrhenius方程计算得到了B-GAP药浆的本构方程和固化反应动力学方程。     

浇注PBX固化行为的实验与模拟

采用动态流变学实验对浇注高聚物黏结炸药(PBX)固化过程的宏观性质表现进行了测试。结果表明,PBX的储能模量(G′)和损耗模量(G″)随固化时间逐渐增大,且G′逐渐接近并超过G″,二者最终趋于稳定。通过分子动力学方法模拟了PBX黏结剂端羟基聚丁二烯(HTPB)与交联剂甲苯二异氰酸酯(TDI)之间固化反应的微观过程,并对体系固化各阶段的力学性能进行了计算。模拟结果与流变实验结果之间具有较高的一致性,说明分子动力学模拟可为PBX的固化行为研究提供微观信息。     

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。     

固化温度对浇注PBX固化应力的影响

为改进固化工艺,确保浇注高聚物粘结炸药(PBX)的发射安全性,采用自制的间接应力感应器测试了浇注PBX药浆从液态到固态转变过程中应力的变化。研究了固化温度对浇注PBX固化应力的影响。结果表明:热固性浇注PBX固化过程包括从常温到固化温度的快速热膨胀,恒温固化阶段的热膨胀与交联收缩及固化降温时的冷缩变形三个阶段。研究了恒温固化过程中测试瓶的变形。根据变形情况计算了浇注PBX的固化应力。固化温度对PBX变形影响明显。当固化温度为100,90,80,60℃时,浇注PBX在固化过程中的最大热应力分别为2.14,0.72,0.56,0.29 MPa;固化过程的收缩应力分别为0.29,0.25,0.24,0.21 MPa,显示固化温度对恒温阶段固化热应力及收缩应力影响较大,固化温度越高,固化热应力及收缩应力越大。可以根据固化过程的应变-时间曲线,采取前期低温固化以减小固化应力,在固化应力变化平稳的后期升高温度以提高效率的变温固化工艺。     

非等温DSC研究Al/HTPB/TDI体系的固化反应动力学

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了铝粉对端羟基聚丁二烯/甲苯二异氰酸酯体系(HTPB/TDI)固化反应动力学的影响.结果表明,HTPB/TDI体系的固化反应表观活化能约为51.826 kJ·mol-1,反应级数为0.926,指前因子为2.412×105 min-1; 加入铝粉后,体系的固化峰温降低,表观活化能、反应级数和指前因子分别提高至76.402 kJ·mol-1、0.944、2.53×108 min-1,机理函数仍遵循Avrami-Erofeev方程G(α)=[-ln(1-α)]n,只是方程中的指数n有所变化.铝粉对HTPB/TDI固化反应的影响表现为在反应程度18%前起加速作用,18%后起延缓作用.浅析了铝粉影响HTPB/TDI体系固化的原因.     

固化温度对PBX炸药结构和力学性能的影响研究

PBX(高聚物粘结炸药)固化后的内部结构直接影响其安全性,影响PBX结构形成的外界因素成为控制PBX安全性的主要条件。本文研究了不同固化温度下PBX的粘结强度、压缩强度和微观结构。结果表明:固化温度从60℃逐渐增加至100℃时,分子量为1 500的HTPB的粘结强度从342k Pa降为280k Pa;分子量为2 800的HTPB的粘结强度从389k Pa降为310k Pa;分子量为3 400的HTPB的粘结强度从399k Pa降为352k Pa;分子量为4 000的HTPB的粘结强度从390k Pa降为354k Pa。在此温度区间内,随着温度的增加,固化后PBX沿径向的压缩强度梯度增加,PBX粘结剂出现鼓包和裂纹及固体颗粒的裸露现象。从PBX内部性能的均匀性和安全性考虑,选取固化温度为60℃的固化工艺。     

利用流变学等温测试方法研究铝对聚叠氮缩水甘油醚改性球形药固化的影响

为了研究铝在聚叠氮缩水甘油醚（GAP）改性球形药固化过程中的作用,利用流变学等温测试方法研究了铝对GAP改性球形药固化动力学的影响,采用热分析动力学Sestak-Berggren模型对固化动力学参数进行求解,分别建立了含0%铝和10%铝的GAP球形药的固化动力学模型。结果表明：GAP球形药固化过程中表观活化能变化不大,在0<转化率<0.8范围内可认为表观活化能为64.8 kJ/mol,加入铝后反应的表观活化能增大,为85.1 kJ/mol,反应级数增加,指前因子减小,说明铝对GAP球形药的固化反应具有消极影响;模型与实验数据吻合较好,说明可利用流变学等温测试方法研究固体GAP球形药的固化过程;对0%和10%铝两个体系的黏度变化进行分析发现,铝主要影响到GAP球形药固化的第二阶段,使异氟尔酮二异氰酸酯分子上位阻较大的异氰酸酯基反应更加困难,活化能增大。     

一种浇注PBX固化过程的实验与数值模拟

为研究浇注高聚物粘结炸药(PBX)固化工艺过程中温度场和应力场的变化规律,用布拉格(Bragg)光栅在60℃下测试了其固化过程的温度场。采用有限单元法进行了其固化工艺过程温度场和不同换热系数条件下的应力场的数值模拟。结果表明:固化前期药柱温度高于60℃。其中心部位温度可达65℃。温度由中心部位到模具内壁呈递减趋势。温度梯度在3.88×105 s时最大。应力集中区域主要分布在药柱下半部分。随着模具和药柱之间换热系数的增大,有效应力集中面积和最大有效应力相应增加。当换热系数为12 W·m-2·K-1时药柱在3.88×105 s有效应力集中区域最大,最大有效应力为6.69kPa。     

FOX-7合成过程中水解反应的热危险性及反应动力学

利用反应量热仪(RC1),测定了以2?(二硝基亚甲基)?5,5?二硝基?2H?嘧啶?4,6?二酮(TNMPO)为原料,经水解反应制备FOX?7工艺的热流曲线,对水解反应的工艺热危险性进行了分析,采用定温实验,利用n级反应动力学方程对不同温度下的水解反应速率进行了拟合,进而获得了水解反应的表观反应动力学参数.结果显示,2...     

氟聚物基活性材料动态压剪实验研究

针对典型聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)(质量分数73.5%/26.5%)氟聚物基活性材料,开展不同应变率、不同温度下的准静态、动态压缩实验;基于不同预设剪切带宽度的帽状试样,开展不同应变率下的动态压剪实验。准静态(应变率10^-3 s^-1)及不同应变率(3×10³～7×10³ s^-1)、不同温度(20℃,100℃,150℃,200℃)条件下的动态压缩实验表明,PTFE/Al活性材料是一种典型的弹塑性材料,具有显著应变硬化、应变率强化和热软化效应。不同宽度(500μm, 300μm, 100μm)预设剪切带帽状试样动态压剪实验表明,剪切带宽度不同导致的局部温升和热效应对材料动态压剪力学响应及材料参数影响显著。     

3,3-二叠氮甲基氧丁环与3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环均聚物的嵌段共聚物热分解机理及非等温裂解动力学分析

3,3-二叠氮甲基氧丁环与3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环均聚物的嵌段共聚物(BAMO-AM-MO)是一种含能黏合剂,为了解其受热分解机理及分解动力学情况,采用DSC法、TG-DTG法、固相原位池-FTIR联用技术和DSC-TG-MS联用技术探讨了BAMO-AMMO的热分解过程及机理.研究结果表明,BAMO-AMMO受热分...     

DNP/DNTF低共熔物的二元相图及熔融动力学

为获得3,4-二硝基吡唑(DNP)/3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)二元混合体系的相图,深入了解其低共熔物的熔融过程,采用差示扫描量热法(DSC)研究了不同比例的DNP/DNTF混合体系的液化及熔融过程,建立了液化温度Tl与组成x的T-x相图、熔融焓ΔH与组成x的H-x相图;研究了不同升温速率5,10,15,20℃·min^-1,不同添加剂奥克托今(HMX)、高氯酸铵(AP)和硝基胍(NQ)对低共熔物熔融过程的影响;通过Kissinger方程和?atava-?esták方程计算得到了低共熔物熔融过程的动力学参数活化能Ea、指前因子A和最概然机理函数。结果表明,从T-x相图得到的DNP/DNTF低共熔物的质量百分比为70.38/29.62,低共熔温度为76.38℃;由H?x相图得到的低共熔物组成为70.57/29.43。随升温速率的升高,熔融反应的开始温度和峰温延迟;HMX和NQ的加入使低共熔物的熔点明显后移,AP的加入对熔点影响不大。DNP/DNTF低共熔物的熔融动力学参数Ea和A为19.13 kJ·mol^-1和109.74 s^-1,最概然机理函数的积分形式为:G(α)=(1-α)^-1-1。     

降低半导体桥/斯蒂芬酸铅发火能量的技术途径研究

进一步降低半导体桥（SCB）换能元件发火能量是微机电系统（MEMS）引信用微型起爆系统发展的瓶颈技术。通过发火感度试验,获得了减小桥区尺寸、增加V型缺口、适当长宽比、降低药剂粒度等是降低SCB发火能量的有效技术途径。在试验方案范围内获得最小全发火电压3.83 V,发火能量0.073 mJ,最大不发火电流229.88 mA. 分析发火现象和电特性曲线得出：SCB换能元的桥区面积7.65×10² μm²,质量3.55×10^-6 mg,临界发火属于电热发火;桥区面积5.68×10² μm², 质量2.64×10^-6 mg,临界发火属于电爆发火。进一步降低半导体桥（SCB）换能元件发火能量是微机电系统（MEMS）引信用微型起爆系统发展的瓶颈技术。通过发火感度试验,获得了减小桥区尺寸、增加V型缺口、适当长宽比、降低药剂粒度等是降低SCB发火能量的有效技术途径。在试验方案范围内获得最小全发火电压3.83 V,发火能量0.073 mJ,最大不发火电流229.88 mA. 分析发火现象和电特性曲线得出：SCB换能元的桥区面积7.65×10² μm²,质量3.55×10^-6 mg,临界发火属于电热发火;桥区面积5.68×10² μm², 质量2.64×10^-6 mg,临界发火属于电爆发火。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪的热分解动力学研究

在升温速率分别为5 K·min~(-1)、10 K·min~(-1)、20K·min~(-1)条件下,用DSC 研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪(LLM-105)的热分解反应动力学参数,并在此基础上考察了该炸药的热爆炸临界温度和500d自爆温度;确定了该反应的微分形式的动力学模式函数f(_α)、表观活化能(E_a)、指前因子(A)、热分解动力学方程和120℃时的分解速率常数k.研究表明,反应的活化熵(ΔS~≠)、活化焓(ΔH~≠) 和活化自由能(ΔG~≠)分别为176.05J·mol~(-1)·K~(-1)、305.60kJ·mol~(-1)和198.22kJ·mol~(-1);LLM-105炸药的热爆炸临界温度和500d自爆温度分别为347.26℃和239.42℃.     

不同频率飞秒激光脉冲序列加工炸药过程安全性的数值计算

为了研究飞秒激光加工炸药技术的安全性,建立了飞秒激光脉冲序列加工炸药的计算模型,考虑了炸药在受热条件下的自热反应。采用数值计算的方法对飞秒激光脉冲序列烧蚀炸药(TNT,TATB和HMX)的过程进行了计算,分析了飞秒激光脉冲序列加工炸药过程的安全性。计算结果表明,飞秒激光脉冲序列频率、炸药自热反应放热量和热扩散系数会显著影响加工过程的安全性。在这三种炸药中,HMX自热反应的放热量最大,热扩散系数最小,因此热累积效应最明显,在三种不同频率(1×10³Hz,1×10⁵Hz和2×10⁵Hz)的飞秒激光脉冲序列作用下均发生了点火;相反,TATB的热累积效应最弱,在三种不同频率的飞秒激光脉冲序列作用下均未发生点火;TNT的热累积效应介于HMX和TATB之间,因此只在频率较高的飞秒激光脉冲序列作用下才发生点火。在实际加工过程中,特别是对自热反应放热量较大和热扩散系数较小的炸药,为保证加工过程的安全性,应尽量选用频率较低的飞秒激光脉冲序列对其进行加工。     

4-氨基-1,2,4-三唑铜配合物的热分解机理及非等温反应动力学（英）

利用4-氨基-1,2,4-三唑（4-ATz）与二水氯化铜合成了标题化合物(C₂N₄H₄)₂CuCl₂·H₂O,采用元素分析和红外光谱分析对配合物进行了结构表征,用DSC和TG-DTG研究了配合物的热行为及主放热分解阶段的动力学。结果表明,金属离子与配体的化学计量比为12。配合物的主要分解阶段由机理函数f(α)=32（1-α）［-ln(1-α)］^1/3控制,反应速率方程为: dα/dt=10^21.83×32（1-α）［-ln(1-α)］^1/3×exp(-2.75×10⁴/T)。