四硝基并哌嗪(TNAD)与推进剂组分相容性的DSC法评估

采用差示扫描量热法(DSC),研究了四硝基并哌嗪(TNAD)与奥克托今(HMX)、黑索今(RDX)、二硝基哌嗪(DNP)、1.25/1-NC/NG混合物、3-硝基-1,2,4-3-己基铅(NTO-Pb)、铝粉(13.8μm)和吉钠(D INA)等含能组分的相容性;同时也研究了TNAD与聚乙二醇(M=10000)、二异氰酸酯(N-100)、2-硝基二苯胺(2-NDPA)、1,3-二甲基-1,3-二苯基脲(C2)、炭黑(C.B.)、三氧化二铝(A l2O3)、2,4-二羟基苯甲酸铜(β-Cu)、己二酸铜(AD-Cu)和邻苯二甲酸铅(φ-Pb)等惰性材料的相容性。研究表明:TNAD与NC+NG、RDX、NTO-Pb和PET相容性较好;与D INA、HMX轻微敏感;而对2-NDPA,φ-Pb,-βCu,AD-Cu和A l2O3等惰性材料敏感,与DNP、PEG,N-100,C2和C.B.等不相容。由此可见,TNAD能与推进剂主要组分相容,可在NC+NG体系的改性双基推进剂中应用。

含能材料物理化学性能理论预估研究进展

从含能材料领域的最近发展成果出发,讨论了该领域的主要研究方向,重点论述了当前含能材料物理化学性能理论预估的最新成果,主要包括量子化学、分子动力学或者半经验QSPR建模的方法预估含能材料的感度、燃烧爆轰性能、反应活性、固化机制与力学性能的研究进展。总结了目前存在的主要技术壁垒,包括缺乏完备统一的含能材料性能标准实验数据库,没有自主知识产权的商业化含能材料性能计算软件,且国际上商业软件对含能材料的物理化学性能的可靠预测仅局限于爆轰性能和燃烧性能。文献调研表明,我国需要进一步加强该领域研究,最终建立一个能评价含能材料性能与安全的综合软件平台。

N,N'-二硝基哌嗪的热分解机理及动力学研究

采用高压差示扫描量热（PDSC）、热重分析（TGA）和快速扫描傅立叶变换红外光谱（FTIR）等分析技术，研究了N，N′-二硝基哌嗪（DNP）的热分解机理；采用原位热裂池的丌IR技术分析分解过程的凝聚相变化，最终获得其热分解动力学方程和热分解与化学反应的具体过程。研究表明，0．1MPa下DNP发生挥发，不能正常分解；而在2、4、6MPa下DNP的分解过程较简单，先在217℃处出现一强吸热峰，它是由DNP熔融过程引起的，它随压强的变化不大，而后在244．2-251．7℃之间出现的主要放热峰，主放热峰之后300℃左右处有一小肩峰出现，且随着压强增大逐渐明显，这说明DNP在较高压强下出现了二次分解反应。采用3种不同计算方法所得的DNP分解活化能为103-124kJ·mol^-1；最后经过分析计算得到了DNP热分解机理函数。

四硝基并哌嗪的研究进展及在推进剂中的应用前景

综述了国内外近年来合成四硝基并哌嗪(TNAD)取得的进展,以及几种成熟的合成TNAD的方法;通过与RDX、HMX、DNP等其它硝胺类含能化合物的结构和性能对比分析,发现TNAD在很多方面性能优于RDX和HMX,尤其是它感度低而能量与它们相当,这使得TNAD在推进剂中将具有广阔的应用前景。将TNAD分别代替HMX和RDX用于改性双基推进剂中,进行能量的理论计算,发现它能在不明显降低比冲的条件下有效地降低了燃烧温度,是一种很好的能量添加剂。

固体推进剂中铝粉氧化过程及其燃烧效率影响因素

在对铝粉氧化过程和单颗粒燃烧过程分析的基础上,总结了导致铝粉团聚的主要因素,讨论了不同因素对铝粉燃烧效率的影响规律。这些因素包括铝粉粒度及含量、氧化剂种类、氧化剂粒度及级配和环境压力。随着铝粉粒度和含量的提高,铝粉燃烧效率降低;而随着氧化剂热值的提高,气相区的温度随之提高,铝粉的燃烧效率相对较高。对细AP而言,随着粒度的增大,铝粉团聚尺寸下降,燃烧效率明显提高;但对于粗AP而言,其粒度对铝粉燃烧效率影响较小。随着压力的提高,铝粉燃烧效率提高,但对于不同推进剂体系,压力的作用程度不同,对于含粗粒度AP的推进剂或铝粉含量较高的推进剂,压力对铝粉燃烧效率的影响较明显。

纳米核-壳型含能复合粒子的制备及应用研究进展

通过对比分析核-壳型纳米复合粒子的制备技术和应用领域,阐述了不同复合粒子所适合的制备方法,这些制备技术具有广阔发展前景。通过对比几种典型的纳米含能复合材料的结构及其性能,分析了这种类型的复合方式对改变单一超细含能粒子易团聚的性质、改善了含能材料综合性能等方面的积极作用;并分析了该材料制备技术在其它含能复合材料中的应用潜力,可以为含能复合材料合成及应用领域的人士提供一定的技术参考。

钙钛矿型复合氧化物催化剂应用研究进展

概述了钙钛矿型复合氧化物催化剂的结构特征,阐述了在光催化降解、汽车尾气净化、烟气催化脱硫、固体氧化物燃料电池以及固体推进剂催化燃烧等领域的应用研究进展,并分析了该类催化剂在各应用领域存在的技术难题以及发展前景。

四硝基并哌嗪的催化热分解及机理研究

采用高压差示扫描量热法(PDSC)、热重分析法(TGA)和快速扫描傅里叶变换红外光谱法(FT-IR),研究了四硝基并哌嗪(TNAD)的热分解机理,并采用FT-IR技术和TG/MS(质谱)联用分析了TNAD热分解过程的凝聚相变化,确认其热分解机理与化学反应过程。研究表明,在1MPa压力下TNAD的分解过程较简单,无熔融吸热峰出现,属固相分解,主要放热峰出现在212.5～251.7℃。NTO-Pb、TNAD/φ-Pb、β-Cu和AD-Cu等铅铜盐对TNAD的催化作用明显,都能使其热分解反应提前,相比之下,β-Cu和NTO-Pb催化效果更好。炭黑、Al_2O_3、Al等添加剂对TNAD起到稀释作用,缓和了分解放热过程,可起到稳定燃烧的作用。TNAD热分解主要有2个历程,分解过程中产生的主要气体产物为HCHO、NO、HCN和-C2_H_2、-CHO等碎片离子。

纳米燃烧催化剂Pb（Zr53Ti47）O3的共沉淀法制备及结构表征

采用共沉淀法制备锆钛酸铅（PZT）纳米粉体，在三种不同的共沉淀反应温度（0℃，25％和55％）下得到不同粒径的共沉淀前驱体，然后在不同的温度分别450％和550％下预合成反应2小时，650和750％下反应2．5小时，最后得到粒度分布均匀的PZT纳米粉体。通过SEM、XRD、TEM以及激光粒度分析，得出在0℃共沉淀反应体系中得到的前驱体在650和750％下反应2．5小时预合成的PZT纳米粉体粒度分布最均匀，粒径最小，平均粒径为200nm，没有团聚现象。得到的PZT粉体以前多被用于压电陶瓷原材料，现通过实验证实可以用作固体火箭推进剂的燃烧催化剂，可以稳定燃烧过程，具体研究成果将后续报道。

新型固体推进剂在未来国防中的作用及其发展趋势

通过介绍各国在高能固体推进剂技术方面的研究现状及今后的研究方向,说明了高能固体推进剂在国防科技领域得到了高度的重视和广泛的关注。并依据高能固体推进剂在现代武器装备中的重要地位和作用,以及未来高技术战争对武器的要求,阐明了高能固体推进剂有待发展的关键技术和研究方向,发展的内涵在于重视知识创新、加强技术创新和推进管理创新。

PEG/N100/NG弹性体胶片交联结构及其低温力学性能研究

通过DSC(差示扫描量热法)对PEG/N100/NG弹性体胶片的结构进行了研究,并分析了其静态和动态力学性能。研究表明,结晶的聚乙二醇(PEG)微粒在弹性体中作为应力集中物吸收了大量的拉伸能量,从而大大提高了PEG/N100/NG弹性体胶片的韧性,且PEG相对分子质量越大,PEG/N100/NG的交联结构越稳定,从而弹性体胶片的静态力学性能越好;随着PEG相对分子质量增大,动态模量曲线都发生了很大变化,储能模量E′下降,力学损耗E″和tanδ的β松弛峰温下降,相对强度先大幅提高,后略有下降;随着N100含量增加即R值增大,β松弛峰温即玻璃化转变温度Tg逐步下降,峰强度也随之下降。

四硝基并哌嗪在二甲基亚砜中的溶解结晶过程及晶体结构研究

采用扫描电子显微镜(SEM)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、X射线衍射(XRD)和密度泛函理论(DFT)等测试手段和方法研究一种硝胺化合物四硝基并哌嗪(TNAD)的溶解及结晶过程,表征了其晶体结构;并通过理论分析进一步研究了其晶胞参数和可能存在的分子构型。研究表明,TNAD在二甲基亚砜(DMSO)中溶解性良好,且溶解度曲线采用波尔兹曼函数拟合最合适;从过饱和的DMSO中能得到稳定的TNAD晶体,晶体属于四方晶系。扫描电镜观察晶体形状为规整的长方体。DFT分析表明TNAD可能存在5种不同构型,其中"椅-椅结合式异向构象"和"船-船结合式异向构象"最稳定。

高燃烧效率含卤氧化剂包覆硼粉的制备及性能

为了提升硼粉的点火燃烧性能,采用高能球磨与喷雾干燥相结合的技术制备了4种微纳米B-Fe-Bi_(2)O_(3)@AP/PVDF复合物,根据其高热值和高燃烧效率的特点将四种复合物命名为μBHH_(c)、μBHC_(e)、nBHH_(c)及nBHC_(e),并对其形貌结构、热反应性、点火延迟、质量燃速和凝聚相产物进行了表征分析。结果表明,μBHH_(c)和μBHC_(e)复合物在氩气中最大热值达9.7 k J·g^(-1),最高燃烧效率达66.2%;在氧气中最大热值达14.6 k J·g^(-1),最高燃烧效率达93.3%,空气中氧化峰温在750~760℃之间。n BHH_(c)和n BHC_(e)复合物在氩气中最大热值达9.9 k J·g^(-1),最高燃烧效率达68.9%;在氧气中最大热值达14.8 k J·g^(-1),最高燃烧效率达97.2%,空气中氧化峰温在595~600℃之间。各类复合物的最高燃烧温度达1954~2011℃,其中n BHH_(c)复合物的点火延迟最短(26 ms),且质量燃速最高(1.84 g·s^(-1));μBHC_(e)复合物的点火延迟最长(39 ms),质量燃速也最低(0.80 g·s^(-1))。各类复合物燃烧产物主要由B_(2)O_(3)、B_(4)C及少量未完全燃烧的硼组成,形貌包含5~10μm的球体及10~20μm的片状物质。

溶剂中ε-CL-20的晶型变化

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、扫描电镜(SEM)等手段分析表征了ε-CL-20在乙醇、二氯甲烷、丙酮和乙酸乙酯单一溶剂以及其不同体积比混合溶剂中溶解结晶后得到样品的晶型。结果表明,单一溶剂体系中,ε-CL-20在溶解度较大的丙酮、乙酸乙酯中重结晶得到的样品发生了晶型转变,在混合溶剂体系中,晶体类型与溶剂体积比有关,溶剂体积比的大小与晶型转变与否反应了溶剂在ε-CL-20晶型转变过程中的作用大小,晶型转变方向与偶极矩大的溶剂中结晶类型一致。其原因可能是ε-CL-20的良溶剂可促使ε-CL-20的溶解结晶类型发生改变,且结晶类型与溶剂溶度参数参数大小以及溶液的过饱和比有关。

铝粉粒径对改性双基推进剂燃烧性能的影响

研究了3-10MPa、10-18MPa压力下,铝粉粒径对改性双基推进剂燃速和压强指数的影响。结果表明,随着铝粉粒度的增加,推进剂的燃速增加压强指数降低,3-10MPa下,压强指数从0.92降至0.51;在10-18MPa下,压强指数从0.74降至0.13。当铝粉粒度为24μm时,在10-18MPa含铝推进剂出现了平台燃烧。

CL-20基交联改性双基推进剂的燃烧性能

设计了以CL-20、HMX、RDX及其混合物为氧化剂的XLDB推进剂,研究了其燃烧性能。结果表明,用CL-20替代XLDB推进剂中的HMX、RDX可大幅提高其燃速,压强指数略有提高。5～20MPa的压强指数为0.48。用CL-20替代50%(质量分数)HMX、RDX后,推进剂的燃速变化趋势不同。在低于12MPa时,CL-20/HMX-XLDB推进剂的燃速低于HMX-XLDB推进剂,且在5～20MPa范围内压强指数较高。

DIANP对NC溶塑作用的实验与模拟

用动态流变实验和扫描电子显微镜观察对比研究了1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纤维素(NC)的速率和效果,用分子动力学模拟方法对DIANP、NG、NC的溶度参数和DIANP、NG在NC中的扩散系数进行了模拟计算,采用介观动力学模拟方法得到了NC/DIANP和NC/NG共混体系的介观形貌。结果表明,与NG相比,DIANP溶塑NC速率较快,二者在NC中的扩散系数分别为1.39×10^(-10)m^2·s^(-1)和2.24×10^(-10)m^2·s^(-1)。相对于NG,DIANP溶塑效果更好,两种共混体系的显微形貌特征与介观动力学模拟结果具有很高的一致性。溶度参数计算结果表明,DIANP的分子间作用力大小与NC较为相似,而NG溶度参数的范德华力和静电力分量所占的比例与NC接近。

DNP对CMDB推进剂燃烧性能及热分解的影响

用燃速测试和高压差示扫描量热法（PDSC）试验，研究了N，N-二硝基哌嗪（DNP）逐渐取代改性双基推进剂（CMDB）中的黑索今（RDX）后，对推进剂燃烧性能和热分解特性的影响。研究结果表明，DNP的加入减缓了CMDB推进剂中RDX的热分解反应，使CMDB推进剂燃速降低，压强指数变小，且高压下（12～18MPa）燃速降低幅度更加明显。当DNP含量增加到20％（DN3）时，DNP的放热分解峰从推进剂主分解放热峰中分离出来，此放热峰在9MPa下出现肩峰。

CL-20对Al/HMX-XLDB推进剂燃烧凝聚相产物的影响

采用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜/光电子能谱(SEM/EDS)和X-射线衍射仪研究了CL-20取代Al/HMX-XLDB推进剂中HMX对推进剂凝聚相燃烧产物粒径、形貌以及组成的影响.研究表明,CL-20替代推进剂中的HMX可提高推进剂中Al粉的燃烧效率.CL-20完全取代推进剂中HMX时,推进剂燃烧残渣率最低,为0.500%,但HMX/CL-20-XLDB推进剂燃烧残渣率则为1.784%,分析可能与推进剂燃烧凝聚相产物团聚效应有关.随着CL-20的加入,在推进剂燃烧凝聚相产物中出现了κ-Al2O3和δ-Al2O3等Al的亚稳态氧化物.

NC/PEG共混体系组分间的相互作用及其微观结构

用溶液共混法制备了硝化纤维素/聚乙二醇(NC/PEG)共混物,采用红外光谱和偏光显微镜表征了共混物两组分的相互作用和共混体系微观结构。结果表明,NC与PEG分子间存在较强的相互作用,PEG以碎晶的形式分布在共混体系中。用分子动力学模拟研究了NC和PEG分子间的相互作用机理,通过介观动力学模拟得到共混体系微观结构及密度分布图,两种模拟结果与实验结果均保持较高的一致性。表明,分子动力学和介观动力学模拟能表征NC/PEG体系分子间相互作用和微观结构。