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。

硝酸酯键断裂触发的含能增塑剂DNTN多阶热分解机理

采用反应分子动力学模拟、固相原位红外测试和同步热分析-红外-质谱联用技术相结合的方法对2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(DNTN)的热分解过程进行了研究,分析了其热分解气体产物和固相产物,阐明了其热分解机理.结果表明,DNTN的分解分为3个阶段:第一阶段为诱导分解阶段,温度区间为127~147℃,DNTN发生部分O—N键的断裂,释放少量的NO_(2)气体;第二阶段在147~220℃之间,DNTN快速分解,发生硝基基团脱去和季碳骨架的分解,并且伴随小环结构的生成和裂解,释放大量的NO_(2)和CO_(2)等气体,同时放出大量的热;第三阶段为240~350℃,DNTN剩余固态产物在高温下热解,释放少量的CO_(2),并且在300℃后剩余的固相物质会进一步反应生成氰基.

纳米CuCr_(2)O_(4)在HTPB复合推进剂中应用的安全性及燃烧机理

为提高纳米CuCr_(2)O_(4)(n-CuCr_(2)O_(4))燃烧效能,阐明其促进HTPB复合推进剂燃烧的机理,研究了n-CuCr_(2)O_(4)分散方法,探讨了n-CuCr_(2)O_(4)对复合推进剂安全性和燃烧性能的影响。结果表明,癸二酸二异辛酯(DOS)可使n-CuCr_(2)O_(4)颗粒充分分散,颗粒粒径为50 nm。将DOS与乙酸乙酯混合作为分散液,n-CuCr_(2)O_(4)/分散液为12/100,超声分散30 min,n-CuCr_(2)O_(4)可以有效分散,使推进剂燃速提高1.5%。在含量均为2.5%时,含n-CuCr_(2)O_(4)推进剂的燃速虽然低于含卡托辛的,但是摩擦感度和撞击感度均降低。与微米CuCr_(2)O_(4)相比,n-CuCr_(2)O_(4)与卡托辛配合使用,使推进剂的摩擦感度由68%降低至52%,扩散火焰燃烧更充分,燃烧波温度分布曲线的斜率较大,4 MPa下为3.54×10^(4)℃/s,而含微米级CuCr_(2)O_(4)推进剂的燃烧波温度分布曲线斜率为2.06×10^(4)℃/s,明显促进了推进剂燃烧,而且随压力增加,这种趋势更加明显。

固体推进剂用硝酸酯增塑剂的热安定机制研究进展

从硝酸酯在固体推进剂中的应用角度综述了硝酸酯的热分解机理和热安定机制的国内外研究进展。硝酸酯的热分解机理国内外均集中于非等温高温热分解行为和热分解动力学研究,对于使用温度下的硝酸酯的等温热分解机理、反应动力学和产物分布等方向研究相对较少;对于硝酸酯热安定机制的研究主要集中于苯胺型和苯脲型安定剂的初步安定效果探索,其后期安定机理、整体反应动力学过程以及安定剂和硝酸酯的定量配比关系的研究未见文献报道。截至目前,国内外已形成硝酸酯两步热分解机制——硝酸酯键的断裂与硝酸酯的自催化;初步探索出苯胺型和苯脲型安定剂前期安定作用过程,其中,苯胺型安定剂初步安定机制为安定剂氨基上的氢与二氧化氮结合生成HNO_(2)和N自由基,而后安定剂的N自由基结合NO,苯脲型安定剂安定机制为安定剂发生C-硝化和N-硝化吸收氮氧化物。但上述国内外研究成果尚不足以支撑硝酸酯热安定控制技术及固体推进剂高温可靠使用调控技术等研究。基于此,文章提出应将使用温度下的硝酸酯等温热分解热行为和热安定机制作为硝酸酯基础应用的重点研究方向的研究建议。

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。

AP和铝粉对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响

通过测定推进剂不同压强下的燃速和压强指数，研究了高氯酸铵（AP）和铝粉的粒度及含量对AP-CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明，减小AP粒度和增大铝粉粒度均能有效提高AP—CDMB推进剂的燃速，推进剂在10～20MPa压强范围内的燃速压强指数随AP和铝粉粒度的减小而明显增大；铝粉的质量分数低于14％时，调节不同比例的AP和铝粉含量对AP—CMDB推进剂的燃烧性能影响不明显，铝粉的质量分数高于14％时，由于铝粉燃烧不完全导致推进剂的燃速降低。

含1,3,3-三硝基氮杂环丁烷CMDB和NEPE推进剂的燃烧性能和热行为(英文)

利用燃速和火焰结构测试、TG-DTG和高压DSC实验分别研究了含1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的两类(TZ-CMDB和TZ-NEPE)推进剂的燃烧性能和热行为,发现了TNAZ对推进剂燃速、压力指数和火焰结构的影响及高压下TNAZ对上述两类推进剂中其它含能组分分解的影响,并得出常压下TZ-CMDB和TZ-NEPE推进剂受热时,TNAZ挥发和分解的温度范围为58～190℃。

稳定剂对ADN和NC初期相互作用的影响

在研究二硝酰胺铵(ADN)的热行为特性及其与硝化纤维素(NC)相互作用的基础上,利用差示扫描量热法(DSC)研究了稳定剂N-甲基对硝基苯胺(MNA)、二号中定剂(C2)、2-硝基二苯胺(2-NDPA)、六次甲基四胺(HMT)及其复配体系(MNA/C2、MNA/2-NDPA、MNA/HMT)对ADN与NC之间初期相互作用的影响。结果表明,稳定剂MNA和C2可使ADN与NC之间的相互作用得到一定程度的减弱,MNA与C2、2-NDPA和HMT的复配协同作用对ADN与NC之间的初期相互作用产生了较为明显的抑制作用,与NC/ADN二元混合体系相比,NC/(ADN/稳定剂)体系的DSC峰温提前量可由19.2℃缩减至11.9℃。

1,3,3-三硝基氮杂环丁烷的性能及应用研究进展

概述了1,3,3 三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的物化性能、热安定性、低共熔性、爆轰性能、结晶性能、安全性能等,重点介绍了TNAZ近些年来在军事(包括发射药、高能熔铸炸药及推进剂等)和民用(包括汽车安全气囊和灭火设备)领域的应用研究进展。并对今后的研究进行了设想。

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。

纳米炭载PbO·CuO复合催化剂的制备及其应用

采用三元溶胶一凝胶技术和超临界干燥法制备出纳米炭载PbO·CuO复合催化剂，用扫描电镜和元素分析仪对其颗粒表面进行形貌表征和元素分析；将其应用至交联改性双基推进剂中，研究了该复合催化剂对推进剂燃烧性能及火焰结构的影响，并与同配比的微米级PbO／CuO／CB混合催化剂进行了对比。结果表明，采用该方法制备的纳米炭载PbO·CuO复合催化剂颗粒分布均匀，单组分含量可以有效控制，PbO和CuO均匀负载在纳米炭上，颗粒尺寸为3O～60nm，可有效改善交联改性双基推进剂的燃烧性能；当PbO、CuO、CB的摩尔比为5：10：3时，推进剂在10～20MPa内的燃速压强指数可降至0．36；与含微米级PbO／CuO／CB混合催化剂的推进剂相比，含纳米炭载PbO·CuO复合催化剂的推进剂火焰燃面更不规则，火焰亮度和亮黄丝线明显增加，燃烧更为剧烈，表明纳米炭载PbO·CuO复合催化剂对交联改性双基推进剂催化效果明显优于微米级PbO／CuO／CB混合催化剂。

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。

3,5-(硝氨基)-1,2,4-三唑肼盐的热行为研究（英文）

利用TG-DTG、DSC技术详细研究了3,5-(硝氨基)-1,2,4-三唑肼盐(HDNAT)的热分解过程、分解反应动力学及其与HMX、RDX、NC、NG、吸收药(NC+NG)、DINA、DNTF和铝粉等含能材料的相互作用和相容性。研究结果表明,在160~230℃温度范围内,HDNAT的分解过程存在一主一次两个放热分解过程,在DSC曲线上表现为一个明显的放热峰和一个3肩缝;HDNAT的热分解符合"成核增长"历程,分解反应机理函数为dα/dt=10^(19.8)(1-α)[-ln(1-α)]^(3/5) e^(-22.2/T).,其分解反应活化能Ea=184.8kJ·mol^(-1),指前因子A=1019.4s^(-1);HDNAT与DINA和NDTF之间存在明显的相互作用,与之不相容;与RDX之间有微弱的相互作用,相容性较差;与HMX、NC、NG、(NC+NG)和Al之间不存在相互作用,相容性良好。

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%.

1，3，3-三硝基氮杂环丁烷与固体推进剂常用安定剂的相容性研究

利用高压DSC研究了1，3，3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)与固体推进剂常用安定剂Ⅱ号中定剂(C2)、2-硝基二苯胺(2-NDPA)、二苯胺(DPA)、间苯二酚(Res)等的相容性。结果表明，TNAZ与C2、2-NDPA、DPA、Res等安定剂均不相容。

红外光谱联用技术在材料热分解研究中的应用

介绍了傅里叶变换红外光谱技术和固体原位反应技术、快速热裂解原位反应技术以及热分析技术的联用在实时监测材料受热分解过程中凝聚相中间产物、终态产物和气相产物的组成以及分解起始温度点和温度范围方面的应用,提供了一种切实可行的材料热分解机理研究方法。

含能黏合剂3-硝酸酯甲基-3-甲基氧丁环聚合物的固化体系研究

采用Materials Studio分子模拟软件对3-硝酸酯甲基-3-甲基氧丁环聚合物(Poly NIMMO)与甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和六次甲基二异氰酸酯和水的加成物(N-100)3种固化剂形成的混合体系固化行为及弹性模量进行了理论模拟,并与固化胶片力学性能实测数据进行了对比分析,研究了含能黏合剂Poly NIMMO的固化体系。结果表明:TDI、IPDI和N-100 3种固化剂均可与含能黏合剂发生聚氨酯交联反应,形成稳定的固化体系;与Poly NIMMO匹配的固化剂,以N-100为最佳,固化催化剂则以二月桂酸二丁基锡为最佳,最终形成的固化胶片力学性能为最大抗拉强度3.83 MPa,最大延伸率282%.

8-羟基喹啉金属盐对NEPE推进剂燃烧性能的影响

研究了8-羟基喹啉铅(PbHql2)、8-羟基喹啉铜(CuHql2)、8-羟基喹啉镍(NiHql2)、8-羟基喹啉铝(AlHql3)、8-羟基喹啉铅铜(PbCuHql4)、8-羟基喹啉铅镍(PbNiHql4)、8-羟基喹啉铜镍(CuNiHql4)及其复配体系对NEPE推进剂燃烧性能(4.0～10.0MPa压强范围内)的影响。结果表明,8-羟基喹啉金属盐均能提高NEPE推进剂4.0～10.0MPa压强下的燃速,并不同程度地降低其燃速压强指数;含铜的8-羟基喹啉金属盐可有效降低推进剂4.0～10.0MPa压强范围内的压强指数,CuHql2/PbCuHql4/CB复配体系可使推进剂4.0～7.0MPa压强范围内的压强指数降至0.54;含镍的8-羟基喹啉金属盐对推进剂燃速的提高作用最为明显,PbHql2/CuNiHql4/CB复配体系可使推进剂4.0MPa压强下的燃速提高达53.4%,其4.0～7.0MPa压强范围内的燃速压强指数也降至0.58。

NC/NG共混体系的分子动力学模拟研究

为研究复合改性双基推进剂(CMDB)基体硝化纤维素(NC)与硝化甘油(NG)之间相互作用的实质,通过构建NC纯物质以及不同质量比的NC/NG共混体系模型,并采用分子动力学模拟的方法,对NC分子链的回转半径及模型中不同原子间的径向分布函数进行了分析。结果发现:NC分子链的回转半径随温度升高而增大的趋势并不明显;而随NG分子数量增多而增大的趋势非常显著。径向分布函数分析表明,NG分子可与NC分子形成氢键而替代NC分子内的氢键,使NC分子内的相互作用力减弱,从而导致NC分子链回转半径增大。

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。