高球形度核壳结构超级铝热剂的制备及点火性能

为得到含能材料3D打印用球形核壳结构超级铝热剂,采用固体颗粒间直接包覆喷雾造粒法制备了Al_(2#)@CuO与Al_(2#)@Bi_(2)O_(3)高球形度核壳结构超级铝热剂。利用NanoMeasure统计软件研究了构筑参数(粒径比、固含量)对其粒径尺寸的影响;通过电镜、X射线衍射仪表征了球形核壳结构;采用休止角法表征其流散性;利用高速摄影机观测其点火特性。结果表明,固含量为25%、2#铝粉与纳米金属氧化物(CuO、Bi_(2)O_(3))粒径体系构筑参数所得2种球形核壳结构超级铝热剂结构为理想球形核壳结构,平均粒径约40μm,壳层平均厚度分别为7.79μm(Al_(2#)@CuO-25%)、10.47μm(Al_(2#)@Bi_(2)O_(3)-25%);与机械混合样相比,球形核壳结构超级铝热剂的流散性有较大提升,Al/CuO体系由48.8°减小至22.9°,Al/Bi_(2)O_(3)体系由37.3°减小至16.6°,Al_(2#)@CuO球形核壳结构超级铝热剂的燃烧时间由100 ms增加到了0.9 s左右,表明改变微观结构会影响其燃烧特性。

NEPE推进剂粘合剂性能的分子模拟研究

为了验证分子模拟技术的有效性,运用美国Accelrys公司的分子模拟软件包Materials Studio中的Synthia、Blends模块,针对聚酯类、聚醚类、聚丁二烯类聚氨酯粘合剂,进行了空间位阻参数、杨氏模量、零切粘度及粘流活化能、表面能、Flory-Huggins相互作用参数的分子模拟研究。分子模拟数据与文献报道的实验结果基本吻合,可以为固体推进剂新型粘合剂的分子设计提供参考。

硝胺推进剂界面键合的表征研究

从红外光谱分析、表面（界面）自由能测定、光电子能谱分析等方面，研究了键合剂、包覆固体填料颗粒对界面增强的效果，并与静态力学性能的数据进行了对比。结果表明：取代酰胺类键合剂对ＨＭＸ间的作用力为氢键，效果优于醇胺、多元胺类化合物，其中一种键合剂对ＨＭＸ的浸润可以在热力学和动力学两方面达到较好的统一；键合效果并不仅仅取决于包覆度的大小，还与键合剂附着在ＨＭＸ表面上形成的界面层或预包覆层的性质有关。

硝胺推进剂的界面键合作用

选择了具有海因衍生物和三聚异氨酸酯衍生物结构特点的一系列键合剂，在含有硝酸酯和ＨＭＸ的推进剂模拟配方中考察了这些键合剂的使用效果．并用Ｗｉｌｈｅｌｍｙ吊板法和动态毛吸法测定了这些键合剂对ＨＭＸ的浸润性，从热力学参量Ｗａ和动力学参量ｄｈ／ｄｔ两方面讨论了浸润机制，结合漫反射傅利叶交换红外光谱、光电子能谱的分析结果，对硝胺／硝酸酯体系中键合剂与ＨＭＸ的界面键合进行了评价．

硝胺推进剂新型键合剂胶片的表面性能

采用静滴法测定了取代酰胺、中性高分子键合剂胶片的表面能，对照加入取代酰胺键合剂的推进剂模拟配方试样的力学性能，证明键合剂胶片的可逆粘附功Ｗａｄｈ是一个表征键合剂改善推进剂试样力学性能效果的综合参数，为在硝胺／硝酸酯体系中选择键合剂提供了依据．并根据Ｗａｄｈ的数据，对几种高分子键合剂的效果进行了预测．

以偶联技术提高固体推进剂力学性能的研究

在ＨＭＸ／硝酸酯体系中选择醇胺类、多烯多胺类、海因衍生物类等三类共１４种键合剂，分别在两种不同的固化系统中考察了这些键合剂改善推进剂力学性能的效果，证明海因衍生物类是一种较好的键合剂。结合光电子能谱的测试结果，对ＨＭＸ／硝酸酯体系有效键合剂的选择提出了一些见解。

偶联剂与HMX的界面作用

采用化学分析电子能谱(ESCA)考察了8种偶联剂与环四亚甲基四硝铵(HMX)间的结合能力,并与偶联剂在固体推进剂中的使用效果进行了对比.实验结果表明:偶联剂与HMX间的界面作用的实质是氢键等次价键力,ESCA分析结果与偶联剂在固体推进剂中的使用效果有较好的对应关系。

纳米级碳酸铅在NEPE推进剂中的应用

研究了纳米级碳酸铅对NEPE推进剂燃速压力指数的影响。采用DSC分析了纳米级碳酸铅与NEPE推进剂主要组分硝酸酯的相容性以及对推进剂固化反应的催化作用和对高氯酸铵、硝胺常压热分解的催化作用,并利用恒压静态燃速仪测试了推进剂在4MPa～11MPa的燃烧速度和燃速压力指数。发现纳米级碳酸铅表现出与硝酸酯良好的相容性,对推进剂的固化反应和硝胺的热分解均有很强的催化作用,对高氯酸铵的热分解则没有明显的影响。当纳米级碳酸铅应用到NEPE推进剂中时,推进剂的燃速压力指数显著降低。

PBS-g-MAH及MAH对PBS/淀粉合金力学性能的影响

通过在聚丁二酸丁二醇酯(PBS)/淀粉合金中加入PBS-g-MAH,改善合金材料的力学性能;同时通过“一步法”挤出改善材料的力学性能。研究了PBS-g-MAH和MAH的加入量对材料力学性能的变影响;通过SEM及DSC观察了合金中两相相容性的改善情况和材料熔融热行为的变化。结果表明,两种改性方法改善了合金材料的力学性能。当体系中含有5%接枝物时,合金的拉伸强度相对于不加助剂提高68%,冲击强度提高70%;当MAH加入量为PBS的1%时,其拉伸强度提高约94%,冲击强度提高143%;体系的相容性也得提高,合金的熔点也发生了不同程度的变化。

叠氮粘合剂与硝酸酯溶度参数的分子动力学模拟

为了预测叠氮粘合剂与硝酸酯的混溶性,采用分子动力学模拟方法对不同软段、硬段组成的叠氮聚醚热塑性弹性体以及硝酸酯的内聚能密度和溶度参数进行了模拟计算,结果表明:叠氮预聚物和叠氮粘合剂与硝化二乙二醇(DEGDN)、硝化三乙二醇(TEGDN)的混溶性比硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)及NG+DEGDN混合溶液的混溶性好;叠氮预聚物中,PAMCMO与各种硝酸酯的混溶性明显优于GAP、BAMO、AMMO;虽然引入了硬段使三种叠氮粘合剂比其预聚物的溶度参数有所提高,但计算的几种叠氮粘合剂与硝酸酯的混溶性仍不太理想;在叠氮预聚物中引入改善力学性能的四氢呋喃链段时,其与硝酸酯的混溶性明显低于以叠氮均聚物为软段的聚氨酯粘合剂。

GAP接枝海因与推进剂组分相互作用的分子模拟

为了研究GAP推进剂新型键合剂与固体填料相互作用的程度和实质,针对聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和GAP与3-炔丙基-5,5-二甲基海因(PDMH)的反应产物(GAP_PDMH)分别与RDX,HMX,AP构成的模型体系,利用分子模拟软件Materials Studio,通过分子动力学模拟,计算了上述各个体系的相互作用能和径向分布函数。计算结果表明,上述体系中的相互作用属于范德华力和静电力等非价键作用,GAP_PDMH与RDX,HMX,AP之间的相互作用强于GAP与它们之间的相互作用,其主要原因是GAP_PDMH上新增的三唑基团、海因基团与RDX,HMX,AP上的原子之间存在较强的相互作用力。径向分布函数的结果证实了某些原子之间存在着较强的氢键作用,而另一些原子之间有较强的范德华作用。GAP_PDMH应用于GAP推进剂,实验结果显示抗拉强度和延伸率大幅度提高,证明上述分子模拟的结果正确,可以为GAP推进剂新型键合剂的研究提供参考。

含CL-20的NEPE固体推进剂的性能

用高能氧化剂六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）部分代替NEPE推进剂基础配方中的RDX，研究了CL-20含量、粒度大小对NEPE推进剂能量性能、燃烧性能、力学性能的影响规律。结果表明，在低铝含量NEPE推进剂中加入CL-20后，比冲可提高约54N·s／kg；加入CL-20后，NEPE推进剂在各压力点下的燃速明显比含RDX的NEPE推进剂燃速高，但压力指数差别不大；随着CL-20粒度的增加，燃速呈现先增后降的趋势，在105～125μm时达到最大值，燃速压力指数则表现为先降后增的趋势，105～125μm时最低，最低值为0．423；随CL-20粒径的变化，NEPE推进剂的力学性能有大幅度的变化，粒径为125～154μm时，其综合力学性能最佳。

组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响

通过调整氧化剂AP粒径与含量、键合剂及R值，研究了固体质量分数为90％的HTPB推进剂的燃烧性能和力学性能。结果表明，在HTPB推进剂能量性能得到提高的同时，推进剂的燃烧性能和力学性能也得到了较好的保证。高固体含量下HTPB推进剂的燃烧和力学性能随配方调节呈现出较为明显的规律。推进剂的燃烧性能稳定，燃速和压力指数可调，压力指数控制在0．30～0．40；分别测定了高温（60℃）、常温（20℃）和低温（-40℃）力学性能，高温、低温和常温下的拉伸强度一般均大于1．0MPa，低温延伸率最高可达74．7％。

分子动力学模拟叠氮热塑性弹性体的杨氏模量及其与硝酸酯的溶度参数

为研究叠氮黏合剂的力学性能及其与硝酸酯的相溶性,应用分子动力学模拟法模拟计算了不同软段、硬段的叠氮聚氨酯热塑性弹性体的杨氏模量、内聚能密度及其与硝酸酯的溶度参数。结果表明,选用叠氮聚醚与四氢呋喃的共聚物为软段时,其力学性能明显得到改善;溶度参数的大小与力学性能优劣相反,即力学性能好的,其溶度参数值较小,叠氮黏合剂与硝酸酯的混溶性则较差。

高能低燃速NEPE推进剂的研究

采用调节 NEPE推进剂的配方组分、添加降速剂等手段进行了一系列降低燃速的研究。研究结果表明 ,增大 AP粒径、降低 NG/DEGDN的比例、适当降低 AP含量、添加少量降速剂 ,可达到降低燃速的目的。通过对 NEPE推进剂配方组分的调节 ,在没有添加降速剂时 ,其 4.0 MPa下燃速可达到 4.7mm/ s,并且实测标准比冲可达到 2 2 39.3N·s/ kg。

叠氮纤维素结构和溶度参数的分子模拟

为了研究叠氮纤维素(AC)的结构及其与增塑剂的混溶性,运用分子力学(MM)和分子动力学(MD)法结合COMPASS力场对其结构和溶度参数进行了模拟。结果表明,模拟得到的红外光谱数据和X射线衍射谱图与实验数据吻合较好;298 K时叠氮纤维素的溶度参数模拟值为20.86(J·cm-3)1/2。预测其与常见增塑剂的混溶性优良次序为:硝化三乙二醇(TEGDN)>硝化二乙二醇(DEGDN)≈丙酮(acetone)>硝化甘油(NG)>1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)。

高固体含量丁羟推进剂性能研究

为进一步提高HTPB推进剂的能量水平,从理论和实验两个方面研究了固体组分含量对HTPB推进剂的能量性能、燃烧性能和力学性能的影响。结果表明,随固体含量的增加,推进剂理论比冲增加,当固体含量为90%(高氯酸铵37%、黑索今36.6%、铝粉17.4%)时,其理论比冲可达270.62s;高氯酸铵43%、黑索今30%、铝粉17%时,燃速压力指数约为0.34,-40℃时的最大延伸率为48%。当固体含量为88%(高氯酸铵48%、黑索今23%、铝粉17%)时,调节HTPB推进剂配方填料粒度及级配,燃速可从7.0MPa下的7.0mm·s-1提高至10.9mm·s-1,燃速压力指数相当(约为0.4),20℃时的最大延伸率可达74%。

树形分子键合剂在PET试片中的应用

在PET体系中加入0.4%的树形分子键合剂(DBA),分别考察了DBA对HMX、RDX、AP的键合效果,证实树形分子键合剂提高了PET试片、PET DBP HMX试片、PET DBP RDX试片和PET DBP AP试片的力学性能。

NEPE推进剂燃烧性能研究

NEPE高能固体推进剂因其优良的综合性能具有十分良好的应用前景。通过调整氧化剂含量、种类及含能增塑剂用量,对NEPE推进剂的燃烧速度和燃速压力指数进行了调节,燃速在9.3～11.6mm/s(7.0MPa)范围内可调,燃速压力指数由0.61降为0.54。

高能固体推进剂工艺助剂研究进展

综述了提高高能固体推进剂加工工艺性能助剂的研究进展。从稀释药浆、延迟固化反应、改善颗粒流动性能等改善推进剂药浆加工性能的措施出发,分别介绍了相应工艺助剂的研究及应用情况。对近年来研究报道较多的可同时改善加工过程中固体颗粒流动性能及推进剂力学性能的多功能性工艺助剂的研究情况进行了重点介绍。对高能固体推进剂多功能性工艺助剂的进一步研究工作提出了一些见解。