NC/NG/AP/Al复合改性双基推进剂力学性能研究

研究了硝化棉含量、固体组分粒度级配和固化剂对NC/NG/AP/Al复合改性双基(CMDB)推进剂的力学性能的影响。结果表明,随NC含量的降低,CMDB推进剂+20℃和+50℃下的抗拉强度降低,硝化棉的质量百分含量为20%时,推进剂的伸长率出现最大值;固体组分的粒度级配对CMDB推进剂的力学性能有较大的影响,AP(96.8μm)、RDX(44.9μm)和Al(10.8μm)质量百分含量的比值为1∶1∶1时,该推进剂力学性能为最佳;硝化棉含量较少的CMDB推进剂体系,进行适度交联固化可在一定程度上提高抗拉强度,明显提高推进剂的伸长率。

复合改性双基推进剂黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型研究

为描述复合改性双基(CMDB)推进剂复杂的力学性能,推导出黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型。进行一系列蠕变-回复试验,获得了本构模型参数。通过不同应力水平和不同加载时间下的蠕变-回复试验和恒加载率-回复试验,验证了本构模型的有效性。结果表明:黏弹性-黏塑性-黏损伤本构模型能够预测CMDB推进剂的蠕变-回复响应和恒加载率-回复响应;与黏弹性-黏塑性本构模型相比,黏弹性-黏塑性-黏损伤模型对CMDB推进剂力学性能的预测能力明显提高;损伤变量随着应变增大,在经过缓慢增大和快速增大后逐渐趋于稳定,应变变化越慢,损伤变量越大,黏弹性-黏塑性-黏损伤模型和黏弹性-黏塑性模型的预测结果差别就越大。

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。

高氯酸铵/铝粉—复合改性双基推进剂燃速与热分解的相关性研究

利用高压差示扫描量热（PDSC）法研究了高氯酸铵/铝粉—复合改性双基（AP/Al-CM-DB）推进剂在1.0~13.0 MPa压强范围内的燃速与高压热分解特性的相关性。研究结果表明,AP/Al-CMDB推进剂在1.0~13.0 MPa压强范围内的燃速与高压热分解的相关性模型中需将压强p和放热速度ΔHd/Δθ两个影响因子对推进剂燃速的影响程度分开独立考虑,该相关性符合模型关系式u=kupa[ΔHd/Δθ]b,利用该相关性模型所得的燃速计算值与实测值之间的误差低于2.50%.

复合改性双基推进剂燃烧性能研究

采用近距摄影、扫描电镜、电子能谱、X-射线衍射等多种技术,对CMDB(复合改性双基)、Al-CMDB、Mg/Al-CMDB推进剂燃速和火焰结构进行了研究。结果表明,在CMDB推进剂中添加Al、Mg/Al等金属燃料,改变了火焰结构;Mg/Al合金可提高金属燃料Al粉的燃烧效率。

柠檬酸三丁酯在浇铸高能少烟复合改性双基推进剂中的应用

用真空安定性方法、观察法和单轴拉伸试验分别研究了柠檬酸三丁酯(TBC)与吸收药(NC+NG)、高氯酸铵(AP)、RDX、HM X、吉纳(D INA)和间苯二酚(R es)的相容性、TBC与NC和NG的混溶性,以及TBC分别替代DBP、DEP和NG对浇铸高能复合改性双基(CM DB)推进剂力学性能和物理交联密度的影响。结果表明,TBC与(NC+NG)、AP、RDX、HM X、D INA和R es的相容性良好;且TBC也能与NG和NC混溶。同时,用TBC替代DBP和DEP对CM DB推进剂力学性能的影响不大;但TBC替代NG对CM DB推进剂力学性能的影响明显;随着TBC含量的增加,推进剂常温(+20℃)和高温(+50℃)的拉伸强度σm逐渐降低,而常温和高温的延伸率mε逐渐增大,同时推进剂的物理交联密度逐渐减小。

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。

BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响(英文)

制备了含3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)铅复合物(LCBTATz)的双基(DB)推进剂和黑索今(RDX)-改性双基(CMDB)推进剂.采用热重-微商热重法(TG-DTG)及差示扫描量热法(DSC)研究了其热分解行为和非等温分解动力学,并在此基础上评价了其热安全性.结果表明,LCBTATz-DB复合物中在350-540 K之间只存在一个放热分解峰,LCBTATz-CMDB复合物中存在两个连续的放热分解峰,在390-540K温度范围内,其机理方程分别为:f(α)=α^(-1)/2和f(α)=2(1-α)^(3/2).计算了热加速分解温度(T_(SADT))、热爆炸临界温度(T_b)、热点火温度(T_(TIT))和绝热至爆炸时间(t_(Tlad)),其值分别为:DB001复合物,T_(SADT)=444.50 K,T_(TITT)=453.96 K,T_b=471.84 K;t_(Tlad)=39.36 s;CMDB100复合物,T_(SADT)=442.38 K,T_(TITT)=452.89 K,T_b=464.13 K,t_(Tlad)=21.3 s,并以此来评价化合物的热安全性.考察了LCBTATz-DB以及LCBTATz-CMDB的燃烧性能,结果表明LCBTATz是一种高效的双基燃烧催化剂,在较大的压力范围内可以显著提高燃速并且大幅度降低压力指数.对于双基推进剂在2-8 MPa压力范围内出现了明显的超燃速现象,8-12 MPa出现了"麦撒"效应,对于改性双基推进剂的压力指数降到0.18.

细粒度AP的改性双基推进剂燃速预示模型

在一维气相稳态反应流模型的基础上,讨论了细粒度AP对改性双基(CMDB)推进剂燃速的影响,引入工艺粒度d*s,修正了AP对燃烧表面结构影响因子fAP和分解影响因子gAP,建立了适用于细粒度AP的CMDB推进剂燃速预示模型,该模型可从推进剂化学结构参数出发,定量计算AP-Al-CMDB推进剂的燃速。结果表明:在压强9.8～19.6MPa条件下,不同AP粒度和含量下的燃速计算结果和实验结果吻合较好,大部分误差在5.0%,检验了模型的可靠性,对推进剂配方研制具有较好的指导意义。

不同硝化棉黏合剂对改性双基推进剂力学性能的影响

采用动态热机械分析(DMA)法研究了以不同种类硝化棉(NC)为黏合剂的RDX-CMDB(黑索今-复合改性双基推进剂)的力学性能,获得了α和β松弛过程的黏弹系数和活化能,并与普通NC推进剂进行了对比。研究结果表明:采用新型改性NC后,推进剂的储能模量降低、损耗模量和tanδ(损耗角正切)的α松弛峰温下降,峰强度有所提高;改性NC对RDX-CMDB的高温动态力学性能影响明显(其自由体积分数增加,α松弛的活化能减小,断裂伸长率增大),但对β转变影响不大(其低温脆化参数基本不变,低温力学性能变化不大)。

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。

浇铸型高能CMDB推进剂的力学性能

研究了硝化棉种类和含量、高氯酸铵粒径,以及双基球和黑索今含量等对复合改性双基(CMDB)推进剂力学性能的影响。结果表明,随着含氮量12.0%的NC的降低,CMDB推进剂20℃和50℃下的拉伸强度和延伸率均显著降低。在CMDB推进剂中添加适量含氮量13.0%的NC和12.6%的NC均有助于提高推进剂拉伸强度;含氮量13.0%的NC不利于改善推进剂的延伸率;而含氮量12.6%的NC有助于提高推进剂的低温延伸率,但对推进剂高温延伸率影响不显著。在CMDB推进剂中添加适量的双基球对提高推进剂的拉伸强度和延伸率均有利。AP的粒径对CMDB推进剂力学性能影响显著,小粒径的AP有利于提高推进剂的拉伸强度,而大粒径的AP有利于改善推进剂的延伸率。随着RDX取代AP量的逐渐增大,CMDB推进剂在高温和常温下的拉伸强度先增大后减小,而延伸率先增减小后增大。

水杨酸金属衍生物对AP-CMDB推进剂燃烧性能和热行为的影响

研究了水杨酸铅（PbSa）、水杨酸铜（CuSa）、水杨酸铋（BiSa）、甲撑水杨酸铅（Pb2Sa2）、甲撑水杨酸铜（Cu2Sa2）和甲撑水杨酸铅铜（PbCusa2）对AP-CMDB推进剂的燃烧性能和1．0MPa压强下热分解特性的影响。结果表明，水杨酸金属衍生物均能有效提高APCMDB推进剂低压下的燃速，并降低高压下的燃速。水杨酸金属衍生物均使推进剂中NC／NG体系分解峰温在一定程度上降低，CuSa和Cu2Sa2可明显降低推进剂中AP的高温分解峰温。水杨酸的含铜衍生物（CuSa、Cu2Sa2和PbCuSa2）可有效降低较宽压强范围内（1～20MPa）的压强指数。

高氯酸铵粒度对AP-CMDB推进剂热分解特性的影响

利用热分析—质谱和红外联用法、高压差示扫描量热法研究了高氯酸铵(AP)粒度对AP-CMDB推进剂在0.1 MPa(常压)和1.0MPa压强下的热分解过程。结果表明,含不同粒度AP的AP-CMDB推进剂的热分解过程存在明显的差异,含大粒度AP(d50=96.8μm)的推进剂在常压和1.0 MPa下的热分解过程均出现了AP单体的高温分解阶段,含小粒度AP(d50=12.4,8.5和1.0μm)的推进剂在高压下均仅表现出一个快速分解阶段;AP-CMDB推进剂分解过程中的气体产物主要包括NO2,NO,N2O,CO2,CO,O2,N2,H2O,HCHO和HCl。

爆胶棉对浇铸高能少烟CMDB推进剂工艺和力学性能影响

采用HAAKE流变仪和单轴拉伸试验，分别研究了爆胶棉（PNC）对浇铸商能改性双基推进剂（CMDB）推进剂工艺与力学性能的影响，并用B．S．T公式计算了含PNC的推进剂的物理交联密度。结果表明，在PNC含量为0．1％-0．5％的范围内，CMDB推进剂药浆为典型的假塑性流体；其粘度一剪切速率曲线均符合OstwalddeWaele方程；PNC含量增大，CMDB推进剂药浆的表观粘度（剪切速率为1s-1）增大，其流平性能逐渐变差，但仍具有较长的适用期，可满足推进剂工程化的工艺要求。研究还表明，在CMDB推进剂中适量增加PNC含量，可提高推进剂中的物理交联密度，改善推进剂的密实性、连续性以及粘结剂基体对填料的包覆效果，提高推进剂的高、低温（50℃和20℃）抗拉强度。

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)。

PNMA在HMX/Al-CMDB推进剂中的应用

采用传统的无溶剂法和螺压工艺制备了以N-甲基对硝基苯胺(PNMA)为含能化学安定剂的HMX/AlCMDB推进剂,研究了PNMA对推进剂的制备工艺、化学安定性、力学性能及能量特性的影响。结果表明,用PMNA部分或完全替代Ⅱ号中定剂(C2)后,甲基紫化学安定性试验试纸变色时间大幅度增长,表明含PNMA的HMX/Al-CMDB推进剂的化学安定性显著提高,随着PNMA含量的增加,试纸变色所需时间增加。用PNMA替代C2后,推进剂的密度没有变化,爆热值增加52kJ/kg,能量有较大提高,对降低压强指数有利,但对推进剂力学性能以及制造工艺无不良影响。

三种典型固体推进剂排气羽流特性参数的模拟计算

为研究典型固体推进剂装药的排气羽流特性,采用能量计算星程序和ANSYS-Fluent软件对双基(DB)推进剂、复合改性双基(CMDB)推进剂及硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂燃烧及排气羽流场进行了模型构建和求解,获得了羽流温度和羽流流速等特性参数,采用红外热像仪和TDLAS流速测试系统对其进行了实验验证,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明,流场计算获得3种推进剂的羽流流速分别为1 002.38、1 279.01、1 243.16m/s。实验中应考虑推进剂羽流流场的非均匀性及实际测试状态与数值模型的一致性;流场计算获得的羽流温度与红外热像仪测试结果定性一致,应改进实验方案获得羽流的真实辐射率,并考虑数值模型的理想化假设带来的偏差。

海因/三嗪类复合键合剂包覆黑索今的研究

采用水-溶液悬浮法,对海因/三嗪类复合键合剂包覆RDX进行了实验研究。通过L9(34)正交实验研究了反应时间、反应温度、键合剂用量和搅拌速度对包覆度的影响规律,并利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)、感度实验等对包覆后的RDX进行表征。正交实验确定的最佳包覆条件:10 g RDX,反应时间90 min,反应温度50℃,键合剂用量0.3 g,搅拌速度700 r.min-1,包覆度达87%。包覆后RDX表面明亮有光泽,包覆厚度约为0.2μm。红外光谱中NO2基团的吸收峰红移22 cm-1至1510 cm-1,且吸收带展宽。热分解峰温升高0.4℃,撞击感度特性落高提高4.5 cm。

不同键合剂与RDX表界面作用

研究了多羟基醇类(LBA-22、LBA-201)、海因/三嗪类(CBA)、中性聚合物类(NPBA)和取代酰胺类(LTAIC)键合剂与RDX的表界面作用,并在RDX-CMDB推进剂中考察了这些键合剂的作用效果。采用接触角法和Wilhelmy吊板法测定键合剂与RDX的表界面特性参数,利用调和平均方程计算粘附功。结果表明CBA与RDX间的接触角为35.2°,粘附功为135.01mN/m。红外光谱中RDX(—NO2)基团的吸收峰红移22cm-1至1510cm-1,且吸收带展宽。RDX经键合剂表面改性后,推进剂高温最大抗张强度从空白样的1.02MPa提高到2.01MPa,低温延伸率提高140%。各键合剂与RDX间的表界面性能数据与推进剂力学性能改善情况基本一致。