螺压改性双基推进剂宽温热安全技术研究进展

以螺压改性双基推进剂为研究目标,系统分析国内外其在宽温范围下的热安全特性,包括单组份热安定性、双基推进剂的热安定性与化学安定剂、硝胺氧化剂及改性双基推进剂的热安定性、尺寸效应与热安定性,并对其热安定性检测技术、指标体系、典型推进剂结果及发展趋势进行了论述。指出硝化棉(NC)和硝化甘油(NG)黏合剂基体是双基和改性双基推进剂宽温下热安全薄弱点,添加硝胺氧化剂的改性双基推进剂热安定性优于双基推进剂,但是发生事故后危害程度较高;目前螺压改性双基推进剂理论可承受温度达110℃,研究其在一定的温度条件下的热安全性能及建立相应评价方法,可以满足其相应宽温工程应用要求。指出未来螺压改性双基推进剂热安全性研究的重点方向是新型绿色安定剂应用、热安全性机理和调控方法及适用于宽温的热安全指标和评价方法的建立等方面。附参考文献73篇。     

Bu-NENA基改性双基推进剂的力学性能及安全性能

为提高高固含量改性双基推进剂的低温力学性能和安全性能,以N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)代替硝化甘油(NG),采用无溶剂工艺制备了改性双基推进剂;采用万能试验拉伸机、动态热机械分析仪和感度测试仪等对推进剂的力学性能和机械感度进行了表征。结果表明,与NG相比,Bu-NENA可明显提高推进剂的低温力学性能,降低推进剂的机械感度。当Bu-NENA质量分数为19.1%时,推进剂(代号B3)的力学性能较好,与空白对照推进剂(NG基改性双基推进剂,代号B0)相比,B3推进剂在-40℃延伸率由3.54%提高到7.57%,提高了114%,高温拉伸强度相当;摩擦感度由46%降低至2%,降低了95.7%;特性落高H₅₀由17.2cm提高到33.6cm,提高了95.3%;动态力学性能研究表明,Bu-NENA对硝化纤维素(NC)塑化效果较好,B3推进剂的β转变温度由B0的-33.8℃降低至-37.8℃,韧性有所增强。表明该推进剂不仅机械感度明显降低,且低温力学性能明显改善,在短射程战术武器中具有一定的应用前景。     

DINA对含CL-20的复合改性双基推进剂性能影响

针对含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的复合改性双基(CMDB)推进剂压强指数和摩擦感度较高的问题,采用对硝化棉(NC)增塑能力较强的吉纳(二乙醇硝胺二硝酸酯,DINA)作为辅助增塑剂,研究DINA对含CL-20的CMDB推进剂力学性能、燃烧性能和安全性能等的影响。结果表明,相较于使用3,4–二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)配方,添加DINA的含CL-20的CMDB推进剂延伸率和抗拉强度分别提高了14.8%和1.6%,β转变温度下降1.27℃,在中高压区(10~20MPa)的压强指数下降至0.28,摩擦感度和撞击感度也得到不同程度下降。     

纳米催化材料与超细高氯酸铵的均匀复合及对复合改性双基推进剂的增速降感研究

为了提高复合改性双基推进剂的燃速，采用超音速气流粉碎技术将纳米催化材料(纳米亚铬酸铜、纳米氧化镉)原位分散于超细高氯酸铵(AP)表面，制备出纳米催化材料/超细AP复合物，并应用于改铵铜(GATo)高燃速改性双基推进剂。采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热测试(DSC)、机械感度测试、静电火花感度测试等方法对纳米催化材料/超细AP复合粒子进行了分析表征，对制得的含纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂分别进行了燃烧性能、力学性能、机械感度和安定性研究。结果表明，在超音速气流粉碎力场作用下，在实现AP超细化的同时，实现了纳米催化材料在其表面的原位均匀分散，既提高了超细AP的热分解速率，又降低了超细AP的机械感度。与空白GATo推进剂相比，含有纳米催化材料/超细AP复合粒子的GATo推进剂燃速从55mm/s提升至70.27mm/s(20℃、10MPa),增幅达27.8%,力学性能和安定性基本保持不变，摩擦感度从95%降至80%,撞击感度特性落高值从13.9cm提高到14.7cm,实现了CMDB推进剂的高燃速与低感度的有效平衡。     

热塑性聚氨酯弹性体在改性双基推进剂中的应用

为了改善力学性能,合成了与硝化甘油(NG)、硝化纤维素(NC)具有良好相溶性的新型热塑性聚氨酯弹性体(TPUE),并应用于改性双基推进剂研究中。研究了热塑性聚氨酯弹性体对硝胺改性双基推进剂的能量性能、力学性能、燃烧性能以及工艺性能的影响。结果表明,在改性双基推进剂中引入TPUE,推进剂的工艺性能、力学性能,尤其是低温力学性能明显提高,燃速和爆热会稍有降低。     

CDB推进剂的力学性能与弹道性能研究

一、绪言双基推进剂与复合推进剂相比,它具有平台燃烧特征和燃烧排出的气体无烟的优点;而与此相反,比冲小、低温下的力学性能差,这又是它的不足之处。后来,为了改善比冲添加了硝胺类,便开发出复合改性双基(CMDB)推进剂,但是低温下力学性能依然很差。于是又为了改善力学性能,便在DB或CMDB推进剂中添加粘合剂,在此基础上研究成功了CDB推进剂。     

球形叠氮硝胺发射药工艺安全性的实验研究

为研究球形叠氮硝胺发射药的工艺安全性,采用5s爆发点、落锤式撞击感度仪、摩擦感度仪研究了球形叠氮硝胺发射药的热感度、机械感度、静电感度和冲击波感度,并与球形制式双基药进行了对比。结果表明,对于球形叠氮硝胺发射药(DAQ):5s爆发点为228.3℃、爆炸百分数为4%、撞击感度特性落高(H50)为14.8cm、50%发火电压为正极3.27kV/负极3.10kV、50%发火能量为正极1.18J/负极1.06J、冲击波试验隔板值37mm;对于球形制式双基球形药(SPQ):5s爆发点为220.4℃、爆炸百分数为20%、撞击感度特性落高(H50)为14.1cm、50%发火电压为正极2.30kV/负极2.00kV、50%发火能量为正极0.68J/负极0.64J、冲击波试验隔板值为43mm,表明DAQ与SPQ的工艺安全性基本相当。     

CDB推进剂的力学性能与弹道性能研究

一、绪言双基推进剂与复合推进剂相比,它具有平台燃烧特征和燃烧排出的气体无烟的优点;而与此相反,比冲小、低温下的力学性能差,这又是它的不足之处。后来,为了改善比冲添加了硝胺类,便开发出复合改性双基(CMDB)推进剂,但是低温下力学性能依然很差。于是又为了改善力学性能,便在DB 或CMDB 推进剂中添加粘合剂,在此基础上研究成功了CDB 推进剂。     

硝胺炸药颗粒包覆研究及其进展

以对硝胺炸药颗粒包覆钝感的方法、材料以及包覆改性后的效果为线索。综述了国内外在此研究领域中的进展。介绍了表面改性对硝胺炸药颗粒的分散性、机械感度以及对发射药和推进剂的燃烧性能、力学性能的影响。并对今后的研究工作做出展望。     

宽温下螺压改性双基推进剂的温度尺寸效应

为研究宽温下螺压改性双基推进剂的温度尺寸效应,通过热机械分析仪分析了典型推进剂配方在-90～120℃下的轴向线膨胀行为和动态力学行为。结果表明,典型螺压改性双基推进剂在-90～120℃下出现了明显的膨胀行为,轴向形变和线膨胀系数最大值分别达到0.16mm和4.5×10~(-4)℃~(-1)。其膨胀曲线大致可分为缓慢膨胀区、平台区、急速膨胀区和收缩区4个阶段,曲线中3个形变突变过程分别归属于黏结剂NC的β松弛、α松弛和黏流转变。使用温度从-40～50℃拓宽至-55～70℃时,其下限温度的降低对螺压改性双基推进剂的结构尺寸稳定性影响较小,而上限温度从50℃升高至70℃,线膨胀系数从1.55×10~(-4)℃~(-1)迅速升高至2.72×10~(-4)℃~(-1),螺压改性双基推进剂出现明显的尺寸膨胀行为。此外,随着初始加载温度的升高,螺压改性双基推进剂轴向膨胀曲线中的转变及黏流转变明显移向低温。     

撞击作用下螺压复合改性双基推进剂药片的响应

采用落锤仪研究了螺压复合改性双基(CMDB)推进剂药片在撞击作用下发生分解、燃烧或爆炸响应的临界值,获得了不同RDX含量、样品厚度及样品温度对推进剂在撞击作用下响应临界值的影响规律。结果表明,在推进剂中引入RDX不会增加推进剂对撞击刺激的敏感程度;RDX的质量分数为0~54.5%时,随着RDX含量的增加,推进剂药片对撞击刺激的敏感程度逐渐降低;样品厚度为1、2、3mm时,随着样品厚度的增加,推进剂药片对撞击刺激的敏感程度显著降低;推进剂在70℃时对撞击刺激比25℃时更加敏感。     

不同温度条件下HTPB推进剂干燥恢复研究

以在30℃、RH为100%条件下湿老化5 d的丁羟(HTPB)推进剂试样为研究对象,分别进行了在10、30、50℃3种温度下的干燥恢复试验,测试了干燥恢复过程中推进剂试样的失水率和力学性能。综合分析了试验数据,得到了不同温度下干燥时初始阶段推进剂试样的失水率、抗拉强度恢复速率,以及各力学性能参量恢复度90%且伸长率比值1.2的恢复时间。对抗拉强度测试中得到的断面照片进行了对比和分析,将样品30℃干燥恢复1、4、9 d后的单向拉伸曲线绘制在一张图上进行比较寻找规律,在对试验数据和试验现象分析总结的基础上探讨了HTPB推进剂干燥恢复过程中氢键的作用规律。     

聚烯烃颗粒物料的水力输送

单纯的气力输送方式已不能满足日益增长的聚烯烃品种增加,质量提高及装置优化布置的需要,优越的水力输送方式正在成为长距离,大能力,柔和性与经济性输送聚烯烃颗粒物料的最佳方式,对聚烯烃颗粒物料采用水力输送方案的必要性作了分析。并介绍了水力输送技术的发展状况及设计要求。     

流态化法进行硝酸铵防结块实验研究

采用流化床干燥硝酸铵，考察了气体流量、进气温度、停留时间等因素对干燥速度和产品质量的影响。实验表明，随着硝酸铵含水量的降低，其结块性明显降低，这为提高硝酸铵的产品质量提供了实验依据。     

双基发射药和混合硝酸酯发射药的热分解特性

采用C80微热量仪分析了等容条件下初始药量对双基发射药和混合硝酸酯发射药热分解性能的影响.结果表明,随着初始药量的增大,双基发射药的反应放热峰向低温方向移动,混合硝酸酯发射药的反应放热峰位置基本不变;双基发射药单位质量发热量和反应活化能均呈逐渐降低趋势,而混合硝酸酯发射药单位质量发热量和反应活化能保持在一较小范围内基本不变.这种差异由混合硝酸酯发射药中二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)分解产生的过量甲醛引起.     

包覆硝酸铵发射药界面力学性能研究

研究包覆硝酸铵发射药的界面力学性能。采用拉伸剪切和压缩的方法测定在不同硝酸铵含量、不同硝酸铵粒径、不同温度下包覆硝酸铵发射药的界面剪切强度。实验结果表明,随着硝酸铵含量的升高,发射药的界面剪切强度先上升再下降;随着硝酸铵粒径的降低,发射药的界面剪切强度不断下降;随着温度的升高,发射药的界面剪切强度先升高再降低。     

含相稳定硝酸铵CMDB推进剂的机械感度和燃烧性能

通过测试撞击感度、摩擦感度和燃速,研究了含相稳定硝酸铵(PSAN)的改性双基(CMDB)推进剂的燃烧性能和机械感度。结果表明,PSAN可改善CMDB推进剂的机械感度;用PSAN作氧化剂,其推进剂的燃速低于RDX作氧化剂的燃速,压强指数高于后者的压强指数;1～5MPa压力范围内随PSAN在配方中含量的增加,推进剂的燃速降低,压强指数升高。     

不同催化剂对降低双基火药燃速压力指数效果的影响

为探讨降低火药燃速压力指数的技术途径,进行了催化剂降低双基火药燃速压力指数的研究.选择9种催化剂,测定了含有催化剂双基火药的燃速压力指数,同时对其进行了分段处理.探讨了不同催化剂在不同压力段对降低双基火药燃速压力指数的规律.结果表明,不同催化剂在不同压力段对降低双基药压力指数有不同的效果,总趋势是低压段效果较明显,在研究的9种催化剂中,纳米CuO和Pb3O4催化剂能够明显降低双基火药燃速压力指数.     

TEGDN含量和NC含氮量对TEGDN/NG混合酯双基推进剂力学性能的影响

采用无溶剂法制备了24种不同硝化三乙二醇(TEGDN)含量、不同NC含氮量的双基推进剂样品,并测试了其高温(50℃)、常温(20℃)和低温(-40℃)下的力学性能;讨论了TEGDN含量和NC含氮量对双基推进剂力学性能的影响。结果表明,混合酯双基推进剂的高温和常温抗拉强度随TEGDN含量增加而逐渐下降,在TEGDN质量分数较低(≤7.7%)时,随NC含氮量的升高呈降低趋势,在TEGDN质量分数较高(≥15.4%)时,随NC含氮量的升高呈先上升后下降的趋势;低温抗拉强度随TEGDN含量增加而逐渐升高,随NC含氮量的升高逐渐降低;高温、常温、低温下的断裂延伸率均随TEGDN含量增加逐渐上升,随NC含氮量的升高逐渐下降;提高TEGDN含量可以改善NC的塑化性能,但含氮量12.6%及以上的NC不易被良好塑化。     

在线测量系统在微波干燥装置的应用

本研究研制出一套在线测定物料温度和重量的微波干燥装置。通过水飞蓟素微波干燥实验,在4～12min内,湿物料水飞蓟素的含水量由0.5g/g降到0.05g/g以下。而热风干燥对照实验(100℃,130min)中,湿物料水飞蓟素的含水量由0.5g/g降低到0.20g/g左右,证明本套装置具有干燥速度快、实时采集数据、测量精度较高的优点。通过红外对微波干燥前后的水飞蓟素进行表征,证明微波干燥不会影响干燥物料的性质。