湿热加速老化对季戊四醇丙烯醛树脂-RDX浇注炸药力学性能的影响

为了评估湿热老化对季戊四醇丙烯醛树脂(123树脂)-黑索今(RDX)浇注高聚物黏结炸药(PBX)炸药性能的影响,开展了湿热加速老化试验研究。采用水分吸附仪,材料试验机,扫描电镜以及红外光谱等表征方法,分析了该浇注PBX炸药试件的吸湿性能及其湿热老化前后的力学性能、断面形貌和老化机理。结果显示,RDX、123树脂及其浇注PBX的吸湿率随相对湿度的升高逐渐增加,其中123树脂的吸湿率最大,相对于主炸药RDX有较强的吸湿性,表明浇注PBX的吸湿性由体系中123树脂占主导;红外光谱结果显示123树脂经湿热老化后存在吸湿水解现象,同时湿热老化显著影响123树脂基浇注PBX力学性能,环境湿度越高123树脂基浇注PBX力学性能下降越显著,且随着老化时间延长力学性能下降明显;经65℃/90%RH老化5 d抗压强度下降了17.60 MPa,降幅达24.09%,抗拉强度下降了2.32 MPa,降幅达28.78%,当老化30 d时抗压强度下降了77.80%,抗拉强度下降了58.56%。研究结果表明123树脂基浇注PBX对湿度较敏感,而123树脂吸湿水解是导致浇注PBX力学性能显著下降的主要原因。

季戊四醇丙烯醛树脂体系固化动力学及流变特性

采用动态差示扫描量热法(DSC)对季戊四醇丙烯醛树脂体系的非等温固化反应动力学进行了研究。通过Kissinger方程和Crane方程对DSC数据进行了分析,得到固化反应的平均表观活化能为14.32kJ·mol-1,指前因子3.84×103 K,反应级数0.95,建立了该树脂体系的固化动力学模型,发现体系在10,15,20℃·min-1和30℃·min-1升温速率下的固化度分别为0.9503,0.9147,0.8871,0.8695,表明固化反应速率越慢,所得产物的固化度越高。采用粘度实验研究了季戊四醇丙烯醛树脂体系在341,347,353K和359K下固化过程的流变特性,并获得了该树脂体系的粘度模型。

在线红外法研究季戊四醇丙烯醛树脂的预聚反应动力学

采用在线红外法研究了季戊四醇丙烯醛树脂的预聚反应动力学,在反应温度为338.15,348.15 K和358.15 K及催化剂硫酸二乙酯酸(DES)的用量为2%和4%时,监测反应体系中官能团=CH_2浓度的变化,计算得出了该聚合反应的动力学方程,并对固化产物的力学性能进行了研究。结果表明:该反应为二级反应,但该反应初期和后期的表观反应速率、反应活化能相差很大,当DES用量为2%时,反应初期和后期的活化能分别为36.5 kJ·mol^(-1)和49.6.kJ·mol^(-1);当DES用量为4%时,反应初期和后期的活化能分别为61.0 k J·mol^(-1)和69.1 kJ·mol^(-1);DES用量为2%和4%时,DES的用量对固化产物的力学性能影响不明显;反应温度对固化产物的力学性能有显著影响,当DES的用量为2%和4%时,出现在338.15 K时的最大抗拉强度分别为41.99 MPa和41.17 MPa,出现在358.15 K时的最大断裂延伸率分别为8.47%和7.27%。

离子液体[BMIM][PF_6]对季戊四醇丙烯醛树脂的增塑性能影响

利用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（[BMIM][PF6]）作为季戊四醇丙烯醛树脂（123树脂）的增塑剂,研究了[BMIM][PF6]含量为0～10%条件下其对123树脂增塑性能的影响。分别采用万能试验机和动态力学分析仪（DMA）研究了[BMIM][PF6]对123树脂固化物综合力学性能的影响。结果表明,BMIM][PF6]能提高123树脂预聚体的流动性,效果优于邻苯二甲酸二乙酯（DEP）,加入10%的[BMIM][PF6]能将123树脂预聚体50℃粘度降至185mPa·s。[BMIM][PF6]含量越多123树脂固化物的断裂延伸率越大、拉伸强度越小,加入10%的[BMIM][PF6]的123树脂固化物的断裂延伸率和拉伸强度分别为14.2%和38.2MPa。123树脂固化物的玻璃化温度随[BMIM][PF6]含量增加而降低,韧性随[BMIM][PF6]含量增加而增加。

季戊四醇丙烯醛树脂固化体系的流变特性研究

测定了季戊四醇丙烯醛树脂固化体系在不同温度及催化剂含量下的粘度随时间变化数据,研究了催化剂用量和温度对固化过程中的粘度影响规律,提出了一种修正阿累尼乌斯模型,该模型可同时揭示固化反应过程中催化剂用量和温度对体系粘度变化的影响规律。研究表明,修正阿累尼乌斯模型与实验结果具有良好的一致性。阿累尼乌斯模型可为制定和改进热固性树脂体系固化工艺提供必要的参考和依据。

季戊四醇丙烯醛树脂基浇注PBX炸药的老化性能

为了评估季戊四醇丙烯醛树脂⁃黑索今(RDX)基浇注高聚物黏结炸药(PBX)炸药的老化性能,参照MIL⁃STD⁃1751对试件开展了热加速老化试验。采用红外光谱,超景深显微镜以及扫描电镜等表征方法,研究了老化前后浇注PBX炸药试件的微观结构和老化机理。结果显示,季戊四醇丙烯醛树脂基浇注PBX炸药经65℃老化260 d仍表现出较好的质量和尺寸稳定性,变化率均低于0.25%,优于MIL⁃STD⁃1751评价标准(<1%);该浇注PBX炸药除颜色变化外,试件表面和断面微细观结构无显著变化,且黑索今(RDX)颗粒和黏结剂界面结合较好,断面以穿晶断裂为主;随老化时间延长,该浇注PBX炸药拉伸和压缩力学性能均显著增强,经65℃老化60 d和150 d后压缩破坏强度分别增加了6.42 MPa和13.69 MPa,增幅达8.46%和18.05%,而PBX哑铃经老化90 d和180 d后拉伸破坏强度分别增加了0.78 MPa和1.13 MPa,增幅达6.34%和9.19%;基于原位红外测试方法,分析了力学性能增强的机制,认为季戊四醇丙烯醛树脂老化过程中的后固化行为是引起力学性能增强的主要原因。

基于十二烷基苯磺酸固化季戊四醇丙烯醛树脂的粘结体系流变特征及反应动力学研究

为实现季戊四醇丙烯醛树脂(PEAR)/十二烷基苯磺酸(DBSA)体系在浇注PBX炸药中的应用以及获得该体系在工程应用中的工艺温度参数,采用粘度实验研究了体系的粘度特性,采用动态差示扫描量热法(DSC),通过模拟n级反应动力学模型、Kissinger微分法、Ozawa积分法以及Crane方程研究了体系的固化反应动力学。结果表明,50℃以上PEAR粘度几乎不受转速影响,PEAR与DBSA质量比大于25∶1,可保证浇注过程的顺利进行。PEAR/DBSA体系的凝胶化温度为345.92K,固化温度为383.83K,后处理温度为411.46K。PEAR/DBSA体系固化反应为放热反应,反应的表观活化能为74.84kJ/mol,指前因子为2.54×109min^-1,反应级数为1.02,反应热为190.66J/g。

季戊四醇丙烯醛树脂/苯甲醇体系黏度及力学性能研究

为了研究苯甲醇对季戊四醇丙烯醛树脂(PEAR)体系黏度及力学性能的影响,采用分子动力学方法对PEAR与苯甲醇进行了相容性模拟计算,对不同苯甲醇含量条件下的PEAR体系黏度及固化过程进行了研究,并测试其力学性能。通过溶度参数差值、径向分布函数及浓度分布曲线分析,表明PEAR与苯甲醇分子间作用以范德华力为主,两者相容性较好。苯甲醇的加入会显著降低PEAR黏度,随着苯甲醇含量增加,PEAR体系固化速度相应降低,浇注工艺的开放期延长。另外,随着苯甲醇含量增加,PEAR体系拉伸强度降低,断裂延伸率增加;苯甲醇含量大于15%时,力学性能变化显著。因此,配方设计时苯甲醇含量可选择10%左右,有利于平衡工艺实施及体系力学性能。