铝基核壳材料AP/Al的制备及性能研究

以AP和铝粉为原料,采用“AP预处理+表面沉积”两步法工艺制备了以铝粉为“壳”的铝基核壳材料AP/Al;采用SEM-EDS、粒度分析、密度测试等方法表征了AP/Al的表面形貌、元素分布、粒度分布和密度等物理特性,对比测试了铝基核壳材料AP/Al的感度性能、热分解性能、爆热及残渣活性铝含量并与AP/Al物理混合物进行了对比;运用Flynn-Wall-Ozawa方程计算了AP/Al物理混合物及铝基核壳材料AP/Al的分解活化能,并通过高速摄像机记录了铝基核壳材料AP/Al的燃烧特性。结果表明,铝基核壳材料AP/Al是以AP为“核芯”、铝粉为“壳”,密度为2.0485 g/cm^(3)的类球形颗粒;相比于物理混合物,铝基核壳材料AP/Al静电火光感度由27.94 mJ提高至102.88 mJ,AP低温分解和高温分解活化能分别提升10.9和9.0 kJ/mol,爆热值未出现明显降低(物理混合物为9298.4 J/g,铝基核壳材料AP/Al为9260.6 J/g),但铝基核壳材料AP/Al残渣中活性铝质量分数降低90%以上;有别于传统铝粉燃烧的拖拽火焰,铝基核壳材料AP/Al燃烧时,铝液滴溅射大量细颗粒铝珠,且燃烧火焰更加均匀、明亮。

负载型石墨烯防迁移层的构筑及其在衬层中的应用研究

基于石墨烯在抗渗透型复合材料中的阻隔效应,采用填料负载的方法向固体推进剂衬层中引入石墨烯,以提高衬层的抗迁移性能。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)等测试方法表征负载型石墨烯填料的形貌、结构与元素组成。采用单向拉伸试验法与浸渍吸收法分别研究衬层试样的力学性能与抗迁移性能。结果表明,功能化石墨烯均匀负载于二氧化硅(SiO_(2))表面;在SiO_(2)载体的驱动作用下,石墨烯均匀分散在衬层基体中并提高衬层的力学性能;分散的石墨烯在衬层中构筑成石墨烯防迁移层,使衬层的抗硝酸酯迁移性能提高,其中SiO_(2)@FG的防迁移效果最显著,含SiO_(2)@FG的衬层试样中硝酸酯迁移系数与含SiO_(2)的试样相比降低50%以上。

铝/改性氟橡胶复合燃料的制备及应用

为提高铝粉的燃烧效率,以自制的硅烷改性氟橡胶(FKM-GW)为包覆剂,采用溶胶凝胶法,制备了铝/改性氟橡胶复合燃料(FKM-GW@Al),研究了FKM-GW@Al在溶剂中的稳定性,以及不同氟含量的FKM-GW@Al对NEPE高能低燃速固体推进剂的影响。通过DSC-TG研究了FKM-GW@Al以及含FKM-GW@Al的推进剂的热分解性能,分析了FKM-GW@Al对推进剂燃烧性能的影响机制。结果表明具有功能性基团的FKM-GW@Al不易脱覆,在乙酸乙酯中的稳定性较强。与纯Al粉相比,含氟(质量分数)2.58%的FKM-GW@Al,使推进剂的爆热由6348.8 J·g^(-1)提高至6831.6 J·g^(-1),残渣活性铝含量由1.02%降至0.06%,推进剂的静态燃速和动态燃速均降低。

铝基微单元复合燃料在NEPE固体推进剂中的应用

为研究铝基微单元燃料在硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂中的应用性能,以铝基微单元复合燃料(Al@AP)代替铝粉加入NEPE固体推进剂,以真空定容爆热试验、发动机试验、残渣活性铝测试、高速摄影、单向拉伸试验、工艺性能测试等手段研究了Al@AP对NEPE固体推进剂燃烧、力学、工艺等性能的影响;并对Al@AP在NEPE固体推进剂中的燃烧作用机理进行了分析。结果表明,以19.5%的Al@AP代替FLQT‑3 Al后,NEPE固体推进剂的爆热由6039.4 J·g^(-1)提升至6924.8 J·g^(-1),残渣量由28.91 g降至7.64 g,残渣活性铝含量由14.64%降至0.37%,残渣粒径d_(50)由94.12μm降至24.21μm,NEPE固体推进剂喷射效率提升,铝粉在燃面停留时间由55 ms缩短至40 ms,且无明显融联团聚现象,且Al@AP对推进剂的燃速、力学、工艺等性能基本无影响。

固体推进剂用有机硅烷类键合剂的制备及性能研究

将3 异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷,聚乙二醇于65℃进行反应,得到硅烷键合剂BAG-ZD,用FT-IR对反应程度进行跟踪,研究了反应时间、催化剂等对反应的影响程度。结果表明,加入0.1%的二月桂酸二丁基锡,在65℃左右反应3 h时效果最好;对BAG-ZD和WD50(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)进行了水解对比实验,通过电导率的变化对水解反应程度进行了分析,BAG-ZD的水解时间比WD50慢210 min;NEPE药浆吸附试验表明,BAG-ZD能有效作用到AlH3表面,且均匀分布;单向拉伸试验结果表明,加入BAG-ZD后,推进剂的拉伸强度和最大伸长率均提高了40%左右。

三氢化铝的氧化石墨稀包覆降感技术

采用原位自组装法和溶剂-反溶剂法两种不同的工艺,选用不同C/O质量比的氧化石墨烯(GO),对α-AlH_3进行了包覆。包覆样品的X射线衍射和傅里叶红外光谱结构表征表明,包覆前后α-AlH_3的晶型保持不变。采用机械撞击感度测试和扫描电镜,研究了包覆工艺对样品降感效果的影响关系。通过比较发现,溶剂-反溶剂法工艺制备的样品机械撞击感度要比原位自组装法的低。在所选GO中,以GO-3为包覆剂,采用溶剂-反溶剂法工艺制备得到的含AlH_3推进剂药浆的机械撞击感度最低,药浆50%爆炸的临界撞击能由7.3 J提高到11.7 J。

简捷水热法制备氟化石墨烯及其表征

氟化石墨烯是一种石墨烯衍生物,在润滑材料、电子器件等领域具有广阔的应用前景。采用回流搅拌并水热还原的方法制备氟化石墨烯,并在不加HF的情况下以同样的方式制备了水热还原的还原氧化石墨烯(rGO)。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)等对样品进行形貌观测和表征。FTIR的结果表明氟化产物中含有C-F键和部分未完全还原的含氧基团;由XRD谱可以看出,产物晶型较差,其层间距和原料的性质有关;Raman谱证实了石墨烯的基本结构依然存在,但也存在大量缺陷,并且rGO比FGS的规整度略高;XPS谱表明样品表面有氟元素的存在,意味着FGS制备成功;TEM结果显示该样品为单层和少层。该方法操作简单、原料廉价易得、工艺要求不高,适用于批量生产氟化石墨烯。

氟化石墨烯包覆硼氢化镁的制备及其在GAP推进剂中的应用研究

储氢材料具有氢含量高,在燃烧过程中产生的燃气平均相对分子质量小等优势,可用于提升固体推进剂等含能材料的比冲。硼氢化镁的氢含量高达14.9%,且含有的B和Mg元素,在燃烧过程中可释放大量的热。文中设计并制备了氟化石墨烯(FGS),并采用液相自组装方式制备了FGS@Mg(BH_(4))_(2)复合物,分别研究了Mg(BH_(4))_(2)和FGS@Mg(BH_(4))_(2)与推进剂常用组分的相容性及药浆的安全性能。结果表明,采用少量的氟化石墨烯即可实现对Mg(BH_(4))_(2)的包覆,包覆后对Mg(BH_(4))_(2)的氢含量影响不大。Mg(BH_(4))_(2)与HMX、CL-20和HTPB相容性良好,但是与GAP粘合剂和AP相容性差,尤其是GAP推进剂药浆加入Mg(BH_(4))_(2)后,推进剂的摩擦感度和撞击感度很差,甚至引起燃烧等现象。采用FGS@Mg(BH_(4))_(2)复合物替代Mg(BH_(4))_(2)后,其与GAP粘合剂和AP相容性均得到了明显的改善,且含有FGS@Mg(BH_(4))_(2)的GAP推进剂药浆的摩擦感度和撞击感度均有明显提高,撞击感度均大于16 J,摩擦感度均小于32%。

Mg(BH4)_(2)对典型硝胺炸药热分解性能的影响

为探索硼氢化镁(Mg(BH_(4))_(2))对硝胺炸药热稳定性的影响,采用差示扫描量热法(DSC)研究了Mg(BH_(4))_(2)/黑索今(RDX)、Mg(BH_(4))_(2)/奥克托金(HMX)和Mg(BH_(4))_(2)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‑20)3种混合物的热分解性能,并采用同步热分析‑红外连用技术(TG‑FTIR)分析了3种混合物的热分解气相产物。结果表明:Mg(BH_(4))_(2)对3种硝铵炸药的热分解和表观活化能产生了不同的影响,使RDX和CL‑20分解放热量分别增加了14.7%和32.1%,HMX的分解放热量减少了45.8%;RDX的表观活化能降低了15.8 kJ·mol^(-1),HMX和CL‑20的表观活化能分别提高了19.7 kJ·mol^(-1)和11.5 kJ·mol^(-1)。Mg(BH_(4))_(2)没有改变3种硝胺炸药的热分解气相产物,其主要产物均为NO_(2)和N_(2)O;Mg(BH_(4))_(2)使HMX、RDX热分解产物和含量变化不大,使CL‑20出现了明显的水峰,NO_(2)与N_(2)O的浓度比值降低了89.2%;表明Mg(BH_(4))_(2)对RDX和CL‑20的热分解有促进作用,对HMX热分解有抑制作用。

ADN高能固体推进剂的吸湿性

采用平衡器、高效液相色谱、水接触角和机械感度等方法研究ADN及改性ADN基高能固体推进剂的吸湿规律和感度特性。研究结果表明,ADN基高能固体推进剂样品具有较强的吸湿性,25℃,相对湿度75%下吸湿72 h后,增重率达9%,且样品表面出现大量含ADN的液滴;而改性ADN基高能固体推进剂的吸湿性显著降低,增重率仅为0.3%,无液滴出现,主要原因是改性ADN与水的接触角显著增加,由改性前8°增加至78°,降低了ADN与空气中水分子的吸附作用。改性ADN基高能固体推进剂的撞击感度和摩擦感度明显改善,临界撞击能由改性前8.1 J提高至14.3 J,摩擦感度由60%降低至32%,这为ADN在固体推进剂中的应用奠定了一定的基础。

BAG-ZD改性铝基复合燃料固体推进剂的力学性能研究

固体推进剂中的铝粉会在其燃烧表面发生团聚凝结,从而导致推进剂燃烧不充分、能量释放效率不理想,并且团聚形成的大颗粒铝凝团还会对固体火箭发动机的绝热层和喷管造成严重的冲刷烧蚀,进而引起导弹武器的空中爆炸、解体等严重后果。为解决铝粉在固体推进剂中应用存在的燃烧效率低、能量释放效率不理想等问题,常采用含氟化合物对铝粉进行表面包覆改性处理。但由于氟化物包覆层与推进剂粘合剂基体的相容性较差,这导致使用含氟铝基复合燃料的固体推进剂的力学性能不佳。制备了含有硅氧烷基和羟基的新型硅烷类键合剂BAG-ZD,并采用原位聚合工艺对Al/氟化物复合燃料进行了表面改性。力学性能应用结果表明:直接将键合剂BAG-ZD添加进固体推进剂后推进剂的伸长率大幅下降,而预先使用键合剂BAG-ZD对Al/氟化物复合燃料表面改性后,固体推进剂的力学性能大幅度提高。

ADN球形化-包覆一体化材料制备

二硝酰胺铵(ADN)作为一种高能绿色氧化剂,可显著提高推进剂的能量并降低特征信号。但ADN表面极性高,吸湿性强的特点影响了其在固体推进剂中应用。采用超声诱导使其球形化,并利用包覆剂对ADN进行原位包覆,制备了ADN球形化-包覆一体化材料。通过SEM-EDS、XRD、DSC-TG、红外光谱、撞击感度、摩擦感度、干燥器平衡法、无浆混合机等对一体化材料的性能进行了研究。结果表明:球形化-包覆后ADN球形度小于1.5,并且仍保持了原始ADN的晶型特征;包覆后ADN热分解峰温较原料ADN提高11℃,热失重温度起始温度延后15℃,撞击感度提高3.6 J;在30℃,相对湿度为75%条件下,饱和吸湿率由55%下降至2.5%以下,相对湿度59%时,饱和吸湿率进一步降低为1.2%;含球形化-包覆ADN的HTPB推进剂药块与含未处理ADN的HTPB推进剂药块相比,气孔明显减少。

含氟聚氨酯研究进展及其在推进剂中的应用展望

概述了含氟聚氨酯的合成方法,指出因其表面能低,力学性能、柔韧性、耐腐蚀性好,耐磨性高,而在涂料、纺织、纸张、医疗等方面得到广泛应用;并对其在固体推进剂中作为燃速降速剂和提高Al粉燃烧效率的应用进行了展望。