AP/RDX/Al/HTPB推进剂用硼酸酯键合剂的合成与应用研究

针对丁羟四组元推进剂存在的工艺性能与力学性能的问题,设计合成了新型硼酸酯键合剂。选用二乙醇胺、1-溴代正丁烷、丙烯腈、冰乙酸为原料,合成了N,N-二羟乙基正丁胺、N-(2-腈乙基)二乙醇胺、N,N-二羟乙基乙酰胺中间体。对二乙醇胺和丙烯腈反应的产物做了红外和气-质联用分析,证实合成产物为目标化合物。利用所合成的中间体及甲基二乙醇胺与硼酸三正丁酯,合成了4种新型硼酸酯键合剂,采用丁羟四组元推进剂配方装药,验证了它们的使用效果。结果表明,新合成的4种键合剂都能明显改善药浆流动流平性,其中BA-3和BA-4具有很好的键合效果,显著提升了推进剂的力学性能。

丁羟推进剂用改性硼酸酯键合剂的合成与应用

针对丁羟四组元（高氯酸铵／黑索今／Al／端羟基聚丁二烯，AP／RDX／Al／HTPB）复合固体推进剂存在的力学性能差的问题，选用己二酸和1，4-Tz醇为原料，合成了低分子量聚己二酸丁二醇酯（PBA），以二乙醇胺与丙烯酸甲酯反应合成了N，N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯，并用FT．IR、GPC、1HNMR、GC—MS表征了其结构。以N，N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯为外连单体，以PBA为互联单体，硼酸三正丁酯为原料合成了改性硼酸酯键合剂（BEBA）。将BEBA作为丁羟四组元推进剂的键合剂进行装药试验，结果表明：当固化参数为1．01，交联参数为0．22，BEBA与JH03（另一种键合剂）复配比例为0．08／0．04时，丁羟四组元推进剂的高（70℃）、常（20℃）、低（-40℃）温力学性能最佳。

系列环状螯合硼酸酯键合剂的合成及工艺优化

为解决硼酸酯键合剂易水解的问题,选择酯化和酯交换的方法合成出了2个系列共8种环状螯合硼酸酯键合剂,用FTIR、1H NMR、硼含量和羟值测定表征产物结构。采用单因素法和正交实验的方法,探究各系列硼酸酯键合剂的最佳合成条件。结果表明,硼酸酯成环后耐水解性提高;CBA1系列采用酯化法,合成最优工艺为二醇与硼酸的摩尔比为2∶1.4,温度为105℃,收率为98.4%;CBA2系列采用酯交换法,合成最优条件为硼酸、二醇、连接单体的摩尔比为1∶1.05∶0.45,温度为105℃,收率为97.2%。

N,N-二羟乙基乙酰乙酰胺的合成及应用

二乙醇胺与乙酰乙酸甲酯反应合成了硼酸酯键合剂原料N,N-二羟乙基乙酰乙酰胺。通过均匀设计与SPSS软件处理实验数据,确定了N,N-二羟乙基乙酰乙酰胺收率与各反应因素的回归方程;最佳反应条件为:n(乙酰乙酸甲酯)/n(二乙醇胺)=1.3,催化剂w(ZnAc2.2H2O)=0.25%(以二乙醇胺的质量计,以下同),反应温度140℃,反应时间2.5 h,减压蒸除未反应原料得产物。在该条件下,N,N-二羟乙基乙酰乙酰胺收率达84.9%。以N,N-二羟乙基乙酰乙酰胺制备的硼酸酯键合剂BA-5-2在5 L高能丁羟四组元推进剂装药实验中的应用结果显示:推进剂常温、高温各项力学性能指标均高于发动机设计要求15%,高温黏附指数φ=1.037,其综合力学性能优于醇胺类键合剂LAB-303B、二乙醇胺硼酸酯键合剂BAG-5及海因三嗪类键合剂BA603。

BEBA对丁羟推进剂界面粘接作用的研究

合成了聚醚类和聚酯类互联单体,并用互联单体合成了硼酸酯键合剂(BEBA)。采用反相气相色谱法,测算了AP、RDX、丁羟聚氨酯(HTPB-PU)基体和BEBA间的界面酸碱作用焓。结果显示,5种BEBA与AP、RDX的界面作用焓,均远大于HTPB-PU基体与AP、RDX、BEBA的界面作用焓,表明5种BEBA均优先吸附在AP、RDX上,以聚酯链段合成的BEBA-4更有利于吸附,并采用EDS证实了BEBA-4吸附在AP、RDX表面。通过接触角法,测算了AP、RDX吸附BEBA-4后的AP、RDX与HTPB-PU基体间的界面张力和界面粘附功。结果表明,吸附BEBA-4的AP、RDX与HTPB-PU基体间的界面张力降低,界面粘附功增加,界面粘接强度增强。BEBA用于推进剂力学性能测试和SEM观察的结果与界面粘接作用结果基本吻合,即以聚己二酸丁二醇酯为互联链段合成的BEBA-4对推进剂力学性能改善的效果最为显著。

N-(2-羟乙基)-2-噁唑烷酮的合成及应用

通过均匀设计实验,二乙醇胺与碳酸二甲酯反应合成了硼酸酯键合剂中间体N-(2-羟乙基)-2-噁唑烷酮;用SPSS软件处理实验数据,确定了合成N-(2-羟乙基)-2-噁唑烷酮收率与各反应因素的回归方程。得到其最优反应条件为碳酸二甲酯与二乙醇胺摩尔比:1.3∶1,催化剂甲醇钠的质量占二乙醇胺质量的0.50%,反应温度60℃,反应时间60 min;在该条件下,N-(2-羟乙基)-2-噁唑烷酮收率达98.2%。以N-(2-羟乙基)-2-噁唑烷酮和二乙醇胺共混合成的硼酸酯键合剂(BEBA)以相同的工艺和配方应用于5 L丁羟四组元推进剂装药实验,结果显示:推进剂常温、高温各项力学性能指标均高于发动机设计要求15%,高温黏附指数φ为1.02,其综合力学性能优于醇胺类键合剂LAB-303B、二乙醇胺硼酸酯键合剂BAG-5及海因三嗪类键合剂BA603。