GAP基热塑性弹性体的合成及表征

以预聚端羟基叠氮缩水甘油醚(GAP)为软段、4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO)为硬段,采用熔融预聚二步法合成了一种高能低敏感发射药使用的含能热塑性聚氨酯弹性体(ETPE)。确定了反应时间为2 h,熟化时间为3 d。采用红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)、力学性能测试、动态热机械分析(DMA)等分析测试技术对ETPE的性能进行了表征。结果表明,当—NCO/—OH物质的量比(R值)为0.98,硬段质量百分含量为40%时,热塑性弹性体的抗拉强度为6.12 MPa,延伸率为71%;在所得ETPE中添加含能增塑剂双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛/缩乙醛(BDNPF/A)后,延伸率有所下降。     

共聚型含氟GAP基热塑性弹性体的合成与性能

为提高聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的综合性能,利用共聚型含氟GAP二元醇为预聚物,丁二醇(BDO)为扩链剂,甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)作为固化剂,合成共聚型含氟GAP基热塑性弹性体.分别采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG/DTG)、拉伸试验和扫描电镜(SEM)对其化学结构、相对分子质量、玻璃化转变温度、热稳定性和力学性能进行表征.结果表明共聚型含氟GAP基热塑性弹性体的数均相对分子质量为33520,玻璃化转变温度为-33.3℃,热分解温度大于220℃,断裂强度为5.94 MPa,断裂伸长率为886％,具有良好的热稳定性和优异的力学性能.此外,利用慢烤燃法研究了共聚型含氟GAP基热塑性弹性体/铝粉的热分解特性,结果证实共聚型含氟GAP基热塑性弹性体/铝粉烤燃响应温度达到301℃,热分解反应可释放更多热量.     

无规嵌段型含氟PAMMO基热塑性弹性体的合成与表征

为提高聚3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(PAMMO)基粘合剂的综合性能,利用阳离子开环聚合合成聚3,3-二(三氟乙醇甲醚基)氧丁环(PBFMO),与PAMMO共同作为原料,甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)作为偶联剂,进一步合成无规嵌段型PAMMO基热塑性弹性体。分别采用FT-IR,NMR,GPC,DSC,TG/DTG,万能材料试验机对其化学结构、相对分子质量、热稳定性和力学性能进行表征。结果表明无规嵌段型PAMMO基热塑性弹性体的数均相对分子质量为38200,热分解温度大于220℃,断裂强度为15MPa,断裂伸长率为700%,具有良好的热稳定性和优异的力学性能。     

新型热塑性聚氨酯弹性体粘合剂的合成与表征

以聚己二酸乙二醇酯低聚物二元醇为软段、异佛尔酮异氰酸酯和1,4－丁二醇为硬段,采用熔融预聚二步法全成了一种可为硝酸酯增塑并满足推进剂使用要求的热塑性聚氨酯弹性体（TPU）。确定了合成反应温度、反应时间以及R值,并采用GPC、FTIR、力学性能测试、硝化甘油吸收实验等分析测试技术对TPU进行了表征。结果表明,在所选择的硬段含量范围内,TPU均具有合理的数均相对分子量和线性聚酯降氨酯的结构特征,以及与硝酸酯良好的相容性,当硬段含量为50％－55％时,热塑性聚酯聚氨酯弹性体具有满足推进剂使用要求的力学性能（σm＞3MPa,εm＞500％）。     

PBAMO/APP基星型含能热塑性弹性体的合成与应用

为了降低星型含能热塑性弹性体(SETPE)的玻璃化温度,提高其柔顺性,以单官能度PBAMO(UPBAMO)为硬段,数均分子量(Mn)为4000~6000的聚四氢呋喃改性三官能度聚叠氮缩水甘油醚(APP)为软段,2,4-甲苯二异氰酸酯为偶联剂,通过预聚体偶联法合成出聚四氢呋喃改性PBAMO/APP基AnB星型ETPE(TSETPE)。确定了UPBAMO封端反应时间为2 h的优化合成条件。采用红外、核磁共振、凝胶渗透色谱和力学性能测试对其进行了表征。所合成的TSETPE Mn为15000~19000,与Mn相近的SETPE相比,TSETPE的玻璃化温度由~(-1)6.9℃下降到-24.3℃,常温延伸率则由44.5%提升到652%~919%。应用研究表明TSETPE与黑索今、铝粉、硝化甘油等火炸药常用材料均具有良好的相容性,以其为粘合剂制备的TSETPE基熔铸高聚物粘结炸药(PBX)具有高能特性,爆热可达7411 J·g~(-1)。     

GAP基热塑性弹性体改性单基发射药的热行为及力学性能

为改善单基发射药的力学性能,制备了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基含能热塑性弹性(GAP-ETPE)不同含量的单孔管状改性单基发射药,通过甲基紫试验和真空安定性试验、差示扫描量热法(DSC)研究了发射药热安定性和热分解过程,并测试了其冲击和压缩性能,分析了GAP-ETPE含量的变化对改性单基发射药热行为和力学性能的影响。结果表明:随着GAP-ETPE含量的增加,改性单基药的热安定性逐渐提高,热分解放热峰温、放热量和密度逐渐降低;低温(-40℃)、常温(20℃)和高温(50℃)下改性单基发射药试样的冲击强度和压缩率提高、抗压强度降低。与空白试样相比,GAP-ETPE含量为30%时,低温、常温和高温下试样的冲击强度分别提高了161.4%、160.1%和164.0%,压缩强度分别降低了23.6%、28.8%和33.1%,压缩率分别提高了246.4%、233.9%和266.0%。     

热塑性聚氨酯弹性体的制备与表征

对热塑性聚氨酯弹性体的原材料筛选和制备工艺进行了研究,采用一步法可以制备出综合性能较好的热塑性聚氨酯弹性体.用凝胶色谱法(GPC)、傅立叶红外光谱(FTIR)及哈克应力流变仪等方法对制备的热塑性聚氨酯弹性体的分子量、结构和性质进行了表征.     

基团加和法估算含能热塑性聚氨酯弹性体的生成焓

采用基团加和法估算了以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、聚硝酸酯缩水甘油醚(PGN)、聚2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(PBAMO)、聚2-甲基-2-硝酸酯基氧杂环丁烷(PNIMMO)、2,2-双叠氮甲基氧杂环丁烷(BAMO)2-叠氮甲基2-甲基氧杂环丁烷(AMMO)共聚物(PBAMO/AMMO)等为软段,以二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯等为硬段,1,4-丁二醇为扩链剂的含能热塑性聚氨酯弹性体(ETPE)的生成焓.结果表明,随着硬段含量的增加,ETPE的生成焓降低,当硬段为MDI时,所制备的ETPE的生成焓高于其他硬段聚合物,叠氮化合物为软段的ETPE生成焓高于硝酸酯类化合物的.故通过对ETPE的能量预估和结构推断可以为设计具有高能量水平的ETPE提供依据.     

GAP基含能热塑性弹性体可控聚合与应用

为了满足火炸药对不同数均相对分子质量(M_n)热塑性黏合剂的需求,研究针对聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基含能热塑性弹性体(GETPE)的Mn可控聚合与应用,考察了聚合反应介质、固含量等因素对GETPE聚合可控性的影响,探索了应用在线粘度监测法制备M_n可控GETPE的方法。结果表明,通过在线粘度监测法可较准确地控制GETPE产品的M_n,在20000～50000范围内,误差率可控制在5%内;GETPE与火炸药常用材料相容性良好,在高能PBX炸药与高固含量推进剂之中具有良好的应用潜能。     

无规嵌段型PBAMO/GAP含能热塑性弹性体的合成与表征

采用聚3,3-双叠氮甲基氧丁环(PBAMO)为硬段预聚物,聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为软段预聚物,甲苯二异氰酸酯(TDI)为固化剂,1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,通过溶液聚合反应合成了无规嵌段型PBAMO/GAP含能热塑性弹性体(ETPE)。采用红外(IR)、凝胶渗透色谱(GPC)及X射线衍射仪(XRD)表征了其结构。结果表明,共聚物的数均分子量可达34000以上。该弹性体中氨基甲酸酯中的亚氨基与叠氮基团形成氢键,共聚物中PBAMO的结晶度为16.6%。优化其合成工艺,得到最佳的实验条件为:扩链阶段T=130℃,t=40 h,Mn(PBAMO)=4100,m(PBAMO)∶m(GAP)=1∶1,R=1.0,w(TDI+BDO)=30%。     

几种常用燃速催化剂对GAP基ETPE热分解的影响

采用热重(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了三氧化二铁(Fe_2O_3)、氧化铜(CuO)、亚铬酸铜(Cr_2Cu_2O_5)、碳酸铅(PbCO_3)、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)铅盐(NP)、柠檬酸铅(C_6H_5O_7Pb)、炭黑(CB)对聚叠氮缩水甘油醚(GAP)基含能热塑性聚氨酯弹性体(ETPE)热分解性能的影响。结果表明:几种燃速催化剂主要对GAP基ETPE中叠氮基团热分解产生较大影响。其中,CuO和Cr_2Cu_2O_5使GAP基ETPE中叠氮基团分解峰温分别提前了21.9,13.6℃,Fe_2O_3、PbCO_3、C_6H_5O_7Pb、NP和CB使GAP基ETPE中叠氮基团分解峰温分别滞后了1.7,2.6,1.6,1.0,1.1℃;CuO、Cr_2Cu_2O_5、C_6H_5O_7Pb、CB使GAP基ETPE中叠氮基团表观分解热分别增加75.5,84,43.4,103.1J·g~(-1),Fe_2O_3、PbCO_3和NP使GAP基ETPE中叠氮基团表观分解热分别降低137.9,58.8,47.3J·g~(-1)。综合比较认为,CuO和Cr_2Cu_2O_5使GAP基ETPE中叠氮基团分解峰温提前,表观分解热增加,是催化GAP基ETPE热分解理想的燃速催化剂。     

PBAMO/TGAP基AnB星型ETPE的合成与性能研究

含能热塑性弹性体（ ETPE ）可分为线型 ETPE （LETPE）和星型ETPE（SETPE）［1-4］。与组分相同、分子量相似的LETPE相比,SETPE具有许多独特的优点,如较低的熔融指数和熔体粘度,加工性能和力学性能均较好,能允许添加更多的固体填料等［3-4］。由此可见SETPE在先进含能材料的研制上极具应用潜力。本实验以单官能度聚3,3-双叠氮甲基氧丁环（UPBAMO,Mn ＝5133）为硬段［5］,三官能度聚叠氮缩水甘油醚（TGAP, Mn ＝2850）为软段［6］,2,4-甲苯二异氰酸酯（2,4-TDI）为偶联剂,通过官能团预聚体偶联法合成出了一种未见文献报道的PBAMO／TGAP基An B星型ETPE（ SETPE）。合成路线见Scheme 1。     

热塑性聚氨酯弹性体对高固体含量改性双基推进剂力学性能的影响

采用动态热机械分析(DMA)和拉伸强度测试方法研究了两种热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)对改性双基推进剂力学性能的影响,用扫描电镜从微观上分析了TPUE对推进剂力学性能的作用机理.结果表明,加入TPUE可明显改善推进剂的力学性能,增强固体填料与粘结剂体系界面间的粘接强度,减少脱湿现象,使得推进剂高温(50 ℃)及常温(20 ℃)下的延伸率增加50%以上,低温下(-40 ℃)的抗拉强度增加15%,延伸率增加16%.从自由体积增大、活化能Eαa下降解释了α松弛的变化原因.同时认为推进剂的高温力学性能与α松弛tanδ的峰强度和活化能Eαa相关,低温力学性能与β松弛tanδ的活化能Eβa或 "脆化参数"m相关.     

HQEE扩链聚氨酯弹性体的形态结构及动态流变行为

针对推进剂粘合剂的需要,采用熔融预聚二步法合成了以环氧乙烷/四氢呋喃无规共聚醚(PET)为软段、间苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)和对苯二酚-双(β-羟乙基)醚(HQEE)为硬段的热塑性聚氨酯弹性体(TPU),采用动态流变行为分析,红外光谱(FTIR),广角X射线分析(WAXD),动态热机械分析(DMA),凝胶渗透色谱(GPC)和硝化甘油吸收等分析技术对TPU的结构、性能和动态流变行为进行研究。结果表明,TPU的储能模量、损耗模量、复数黏度随硬段含量增加而增大,硬段含量为45%的TPU具有最佳的复数黏度,具有典型的微相分离特征和聚醚聚氨酯的结构特征,具有较低的软段玻璃化转变温度和较高的相对分子质量,以及与硝酸酯良好的相容性,并且所有硬段含量的TPU均无明显的结晶形态。     

热塑性弹性体在太根发射药中的应用研究

为了提高高能硝胺太根发射药的力学性能,在配方中添加了热塑性弹性体(TPUE)。测试了发射药的静态力学和定容燃烧性能,研究了TPUE添加量对发射药力学、能量和燃烧性能的影响。研究结果表明:加入1%～3%TPUE的硝胺太根发射药,在火药力(f)大于1150kJ.kg-1时,低温冲击强度提高60%以上,显示出高能量高强度的特征。随着TPUE含量的增加,火药力逐渐降低,余容α略有上升,压力指数n逐渐增大,TPUE加入量为3%时,f、α、n分别变化2%、1.4%和5.3%。     

热塑性聚氨酯硬段含量对CL-20钝感效果的影响研究

合成了以PET/PEPA为软段的不同硬段含量的热塑性聚氨酯弹性体(TPU),利用凝胶渗透色谱(GPC)、傅立叶变换红外(FTIR)对其进行了表征,并测试了其力学性能。通过水-溶液悬浮法将TPU包覆于六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),对包覆后的CL-20进行了撞击感度、表面能和XPS测试。结果表明,不同硬段含量热塑性弹性体的包覆钝化效果不同,弹性体的力学性能与包覆效果(撞击感度、表面张力)具有一定关系。当硬段含量为50%时,TPU的强度和韧性适中,CL-20被其包覆后,撞击感度明显降低,特性落高达到46.2cm,XPS测试所得包覆度达到68.13%。