基于硝化棉助燃的含能粘合剂爆热特征值测试研究

为了表征含能粘合剂的能量特性,开展了含能粘合剂的燃烧热、生成焓与爆热特征值的测试研究并评估了将其作为含能粘合剂能量特性量化指标的合理性,探索了利用硝化棉(NC)助燃来测试含能粘合剂爆热特征值的方法。结果表明:当含能粘合剂/NC质量比达到1∶5时,绝大多数含能粘合剂可以充分燃烧;以硝化棉为助燃物可准确测取含能粘合剂的爆热特征值,所测聚硝酸酯基缩水甘油醚(PGN)与聚乙烯醇硝酸酯(PVN)的爆热特征值分别为3164、4713 kJ·kg^(-1),与文献值的相对误差均小于5%;燃烧热不能准确反映含能粘合剂的能量优势,采用爆热特征值可较好地表征含能粘合剂的能量特性,避免了生成焓正负之分导致估值体系自我矛盾的缺点;在隔绝氧气的条件下,含能粘合剂能量贡献值从小到大依次为GETPE<FATPE<GAP<PBAMO<NC(12%)<PGN <PVN。

硝化棉质量差异分析及其对推进剂制品性能的影响

为了获得D级硝化棉质量差异对其理化性能和推进剂制品性能的影响规律,对4种不同厂家、不同批次硝化棉样品的“八大度”、分子质量、分子质量分布及硝化均匀性等进行了表征及分析,并制备了4种改性双基(CMDB)推进剂样品,比较了各样品力学性能及燃烧性能的差异。结果表明,4种D级硝化棉样品的“八大度”均符合国军标要求,含氮量范围为11.9%~12.1%,GPC测得数均分子质量范围为0.59×10^(5)~0.73×10^(5) g/mol;硝化棉含氮量小幅下降会使其安定性有所提高,但对其推进剂制品的燃烧性能影响较小;含氮量和分子质量接近时,高分子质量组分的存在会提高硝化棉稀溶液的黏度;硝化棉分子质量分布和含氮量分布均匀性降低会造成其推进剂制品-40℃拉伸强度的降低。

双组分安定剂对硝化棉热分解性质的影响研究

硝化棉是一种广泛应用于军事和民用领域的含能材料,工作性能优越,但其易自燃的特性限制了它的进一步应用。本研究基于传统的单组分安定剂,提出了“有机物+无机盐”的双组分安定剂模式,将硝化棉和双组分安定剂混合形成的4种样品在150、152、154、156℃一系列恒定温度下进行了差示扫描量热试验(DSC),并与纯硝化棉样品做了对比,通过适用于等温试验的高阶Vyazovkin方法计算了样品的表观活化能、指前因子和反应机理函数等动力学参量,试验与分析结果表明,双组分安定剂对硝化棉的安定作用表现在反应速率的降低和单位质量放热量的降低两方面,并且不影响硝化棉本身的反应机理。4种双组分安定剂中,TPA+碳酸钠的组合安定效果最为明显。

Al/Cr_(2)O_(3)对硝化棉热分解过程的影响

为了探讨Al/Cr_(2)O_(3)纳米铝热剂对硝化棉(NC)热分解过程的影响,采用差示扫描量热法(DSC)及热重/红外联用技术(TG/DTG-FTIR)研究了单组分NC和Al/Cr_(2)O_(3)/NC复合物的热分解反应过程。运用Kissinger法、Starink法、Kissinger-迭代法和Ozawa-迭代法计算得到NC及Al/Cr_(2)O_(3)/NC的表观活化能。通过FWO法、KAS法和Friedman法得到NC和Al/Cr_(2)O_(3)/NC热分解过程的动力学参数,并引入修正后的?esták-Berggren经验方程对相应热分解反应动力学模型进行重建。结果表明,Al/Cr_(2)O_(3)纳米铝热剂可使NC热分解反应的表观活化能降低33.7kJ/mol,热点火温度降低3.5℃,热爆炸临界温度降低3.0℃。Al/Cr_(2)O_(3)/NC的热分解反应过程遵循n级动力学方程f(α)=7.25α^(0.73)(1-α)^(2.12)。在Al/Cr_(2)O_(3)催化作用下,NC首先断裂O—NO_(2)键,最终释放H_(2)O、CO_(2)、CO、NO_(2)、NO、N_(2)O、HCHO和HCOOH气体产物。

射流不稳定性对流动聚焦法制备硝化棉微球的影响

为通过微流控技术获得良好形貌特性的硝化棉微球,以硝化棉的乙酸乙酯溶液为研究对象,探究了流动聚焦微流控芯片中硝化棉/乙酸乙酯水包油液滴的生成机制,详细研究了在滴流、稳定射流、不稳定射流3种流动模式下,连续相、分散相流量以及界面张力等对微液滴生成的影响,并在3种流动模式下制备硝化棉微球。结果表明:滴流和稳定射流模式下制备的微球呈单分散、高度球形化、窄粒径分布特性;不稳定射流模式下制备的微球高度球形化,粒径分布较滴流和稳定射流下的宽。

基于两段法及改变落球高度的硝化棉落球粘度测量

为提高落球法测量硝化棉粘度的精确性,减小因小球在落球距离内做非匀速运动造成的误差,提出了一种基于两段法及改变落球高度的精确测量方法。采用PLC、光电传感器设计实验装置,选取5种粘度的试液,获得不同落球高度的计时值,拟合数据得到适宜落球高度。对比了传统固定高度与适宜落球高度方法的测量误差。实验表明,适宜落球高度和试液粘度之间存在负相关性;粘度大于60300 mPa·s时,落球管口处即为适宜落球高度;粘度小于60300 mPa·s时,在适宜落球高度释放小球能减小测量误差;粘度越低误差减小效果越明显。

基于毛细管微流控技术的硝化棉微球制备工艺

采用毛细管微流控技术制备粒径均匀、球形度高的硝化棉微球。在连续相和分散相微通道尺寸分别为500和200μm、连续相和分散相溶液体积流量分别为1和0.08 mL/h、乙酸乙酯(溶剂)与硝化棉(溶质)质量比为20∶1时,制备的硝化棉微球的粒径约为170μm,表面平滑,具有较好的球形度,满足实际应用的需求。此外,还探究了硝化棉微球的粒径与两相溶液的体积流量比、微通道尺寸以及溶剂和溶质质量比之间的关系,可以通过调节上述参数来控制硝化棉微球的粒径变化。这种基于毛细管微流控技术制备硝化棉微球的方法具有成本低、制备过程可控、粒径均匀、安全性能高等优点,为硝化棉微球的可靠制备提供了重要参考。

硝化棉包覆黑索今的新方法

加入一种表面活性剂可以制得稳定的NC RDX包覆球 ,介绍了NC RDX包覆球的工艺方法。与不加表面活性剂的包覆球作了比较 ,分析了表面活性剂的作用机理和包覆球的粒度分布特征。

硝化棉的热分解机理

建立了实时测定硝化棉（ＮＣ）热分解气相产物和凝聚相产物的快速热裂解原位反应池（气体原位反应池）／快速扫描傅立叶变换红外光谱（ＲＳＦＴＩＲ）和固体原位反应池／ＲＳＦＴＩＲ联用装置。提出了测定上述产物的两种方法。用上述方法研究了在线性升温条件下ＮＣ的热分解反应。根据所得结果，提出了该反应的机理。

硝化棉盂成形工艺及模具设计

通过对硝化棉盂进行了分析,介绍了硝化棉盂成形工艺及模具结构设计并对生产中应注意的问题做了介绍。模具结构简单,生产效率高,操作简单、方便,降低了生产成本,满足大批量生产的要求。

硝化棉含氮量对叠氮硝胺发射药力学性能的影响

利用我国现有的力学性能测试手段全面研究了硝化棉含氮量对叠氮硝胺发射药低温力学性能的影响。试验结果表明,在-40℃时,由含氮量为12.6%的硝化棉制得的发射药,其力学性能优于硝化棉氮量为13.0%的发射药。

硝化棉一级自催化分解反应动力学参数数值模拟

提出了计算硝化棉（ＮＣ） 一级自催化分解反应动力学参数的数值模拟方法。根据热重（ＴＧ） 曲线分析结果，建立了描述ＮＣ失重５０ ％ 前、后随时间变化的一级自催化反应微分动力学方程和一级反应微分动力学方程。

GAP热塑性弹性体共混增韧硝化棉研究

采用溶液共混法,制得一组不同配比的聚叠氮缩水甘油醚聚氨酯弹性体(GAPE)/硝化棉(NC)共混聚合物。采用真密度仪、红外光谱、动态热机械分析仪(DMA)和万能材料拉伸试验机,对共混物性能进行表征。结果表明,GAPE/NC共混体系具有良好的相容性及低温性能。随GAPE质量分数的增加,共混体系的抗拉强度略有下降,断裂伸长率均有所提高。当GAPE质量分数为30%时,GAPE/NC共混体系的断裂伸长率达33.5%,比NC的断裂伸长率7.7%提高了近5倍。同时,DMA分析表明,此配比下共混体系的两相玻璃化温度较靠近,且活化能、低温脆化参数较低。

精制棉与硝化工艺对硝化棉含氮量及其分布均匀性的影响

采用北京理工大学自主研发的硝化棉(NC)含氮量及其分布均匀性测试仪,从精制棉聚合度、硝化时间和硝化体系中的HNO3含量三方面考察了硝化棉含氮量及氮量分布均匀性的变化规律。首次把纤维在硝化过程中的膨润程度作为一个指标进行分析。实验结果表明:在可比条件下精制棉的聚合度对所制备的NC含氮量无显著影响,而精制棉的聚合度越小,所制备NC的氮量分布越均匀;随硝化时间延长,NC含氮量先逐渐增大,在硝化时间为30 m in时达到最大值,之后继续延长硝化时间,NC含氮量呈轻微下降趋势;NC的氮量分布指数Dξ值起初随硝化时间延长而减小,在硝化时间为30 m in时取得最小值,之后继续延长硝化时间,Dξ值又逐渐变大;在所研究的范围内,随着硝化体系中HNO3含量的增大,NC的含氮量逐渐增大。硝化体系中HNO3含量过大或过小时,所得NC的氮量分布均匀性都较差,而当HNO3含量为20.8%左右时,所得NC的氮量分布均匀性最好;在考察精制棉聚合度、硝化时间和硝化体系中的HNO3含量三方面因素对硝化结果的影响规律时都发现,纤维的膨润程度是影响NC氮量分布均匀性的最直接原因,纤维膨润程度(平均直径)越大,所得到NC的氮量分布均匀性越好。

近红外漫反射光谱法测定硝化棉含氮量的数值模拟及实验研究

通过对107个硝化棉样品的近红外漫反射光谱及其含氮量参比值的研究,采用偏最小二乘法建立了测定硝化棉含氮量的数学模型。用t-对子检验对比了其与化学分析法的结果。结果表明,该模型的交互验证决定系数(R2)为0.998 1,交互验证残差均方根(RMSECV)为0.026%;外部验证的残差均方根(RMSEP)为0.023%。t-对子检验表明,近红外光谱法与化学分析法无显著差异。该方法将分析时间缩短到3min以内,可代替化学分析方法。

1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷对硝化棉的溶塑作用

采用双滚筒炼胶压延机、扫描电镜、材料试验机等试验对比分析了叠氮硝胺发射药和双基发射药无溶剂法制备的工艺性能、发射药内部形貌、发射药静态力学性能等。结果表明,对于含氮量(质量分数)分别为12.6%、13.0%的高氮量硝化棉,叠氮硝胺发射药比双基发射药的压延塑化温度、塑化遍数、成型压力均较低。1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)对高氮量硝化棉能充分塑化均匀,高、低、常温力学性能优,说明DIANP对高含氮量硝化棉的溶塑能力优于NG,使发射药具有较好的柔韧性,改善了发射药的低温力学性能。

用偏光显微镜检测硝化棉的含氮量

建立了偏光显微镜测定硝化棉含氮量的新方法。采用色那蒙法测定了平均光程差。结果表明,当硝化棉含氮量为11.0%-13.8%时,光程差与含氮量线性相关,线性回归方程为w=-0.0466λ＋12.388,线性相关系数R=0.999 3。用硝化棉标准物质对新方法检测结果进行了验证,回收率为99.7%-100.2%,变异系数为0.15%-0.20%。新方法操作简单,结果准确,环境友好。

涂料用自乳化型硝化棉乳液的制备与性能研究

硝基涂料尽管具有诸多优势,但因其VOC较高面临被限制甚至禁止使用的境地,将硝基涂料的主要成膜物质硝化棉水性化是降低乃至消除VOC的有效手段。本研究通过在硝化棉分子中引入亲水基团的方法制备了自乳化型水性硝化棉乳液,通过正交试验及其极差分析、均匀试验及其回归分析得出了最佳合成条件,并利用红外光谱、TEM、粒径分析仪、Zeta电位仪等对产物进行了表征。结果表明:所得水性硝化棉分子保留了原硝化棉的主体结构,乳液具有良好的稳定性,乳液粒子分散性良好且粒径均匀,表干时间为20 m in左右。该乳液已在烟盒涂料等领域获得了应用,今后有望应用于水性硝基涂料。

溶剂浸析法制备硝化棉基微孔球形药

为简化硝化棉基微孔球形药的制备工艺,使内部孔结构更加均匀,研究了一种新的制备工艺——溶剂浸析法。改变溶剂蒸馏工艺后期的溶剂驱除方式,由升温蒸馏方法改为水溶液常温浸析方法,并与溶剂蒸馏法工艺进行对比。探讨了两种工艺参数对球形药形貌、粒径、内部孔结构的影响。用扫描电镜及Hope Image软件表征了硝化棉基微孔球形药的结构。结果表明,用溶剂浸析法工艺制备的硝化棉基微孔球形药表面光滑,粒径主要集中在20μm左右,球形度为0.89,比溶剂蒸溶法提高约20%,孔隙率为92%,比溶剂蒸溶法提高约10%。溶剂浸析法工艺制备的硝化棉基微孔球形药内部孔结构分布更均匀。

以纳米纤维素晶须悬浮液为原料制备纳米硝化棉

将精制棉在冰浴中超声波处理15 min,以H2SO4（质量分数64%）为催化剂,液固比为17.5 mL/g,在45℃下恒温搅拌1 h,制备出平均直径在15-30 nm,平均长度在150-250 nm的纳米纤维素晶须。以纳米纤维素晶须悬浮液为原料,硝酸（质量分数为92.5%）为硝化液制备出硝化纤维素。结果发现,由于纳米纤维素具有尺寸小、比表面积大、在硝酸中分散均匀等特点,与传统微米级直径的精制棉相比,其硝化速度快,极限含氮量高,在5 min时即实现了纤维素的完全硝化。