混合异氰酸酯固化剂对HTPB固化反应的影响研究

为了缩短以端羟基聚丁二烯(HTPB)为粘结剂组分的浇注高聚物粘结炸药(PBX)及固体推进剂的固化时间,研究了二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)及其不同比例混合物作为固化剂对反应的影响。结果表明,用IPDI/MDI摩尔比为3∶1的混合固化剂的适用期超过6 h,固化时间为4 d,较单独使用IPDI作为固化剂的固化时间短,可以满足生产要求,是较理想的固化剂。

不同催化剂条件下HTPB/IPDI黏结剂体系的固化过程

为了解不同催化剂[二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、乙酰丙酮铁(Fe AA)、辛酸亚锡(TECH)、三亚乙烯二胺(DABCO)、三苯基铋(TPB)、纳米氧化锌(nano-ZnO)]条件下HTPB/IPDI黏结剂体系的固化过程,采用黏度法研究了45℃时,不同催化剂作用下,端羟基聚丁二烯(HTPB)/异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)体系的黏度-时间关系,并探讨了固化反应速率的变化。结果表明,45℃时,无催化剂和不同催化剂作用下HTPB/IPDI体系的流变反应速率常数分别为:k_(blank)=0.002,k_(DBTDL)=0.045,k_(FeAA)=0.0439,k_(TECH)=0.0335,k_(DABCO)=0.0051,k_(TPB)=0.0036,k_(nano-ZnO)=0.0034。不同催化剂对HTPB/IPDI体系固化反应速率常数的影响效果为:DBTDL>Fe AA>TECH>DABCO>TPB>nano-ZnO。在HTPB/IPDI体系中,使用DBTDL,Fe AA,TECH,DABCO,TPB,nano-ZnO作为催化剂时,黏结剂体系的适用期分别为0.3,0.7,1.9,6.7,16,18 h。通过固化过程中浆料适用期和反应速率常数k的变化情况分析,认为TPB更适合作为HTPB/IPDI体系的固化催化剂。黏度对数随时间的增长趋势均呈现出前期快后期慢,向图线右下方偏离的两阶段现象。造成这一现象的主要原因是由于IPDI中NCO基团反应活性的明显差异导致:IPDI中的伯NCO基受到环己烷环和甲基的位阻效应,其反应活性明显低于环上的仲NCO基的反应活性。

预聚体法制备HTPB/IPDI基聚氨酯弹性体材料

以端羟基聚丁二烯 (HTPB) ,异佛尔酮二异氰酸酯 (IPDI)为主要原材料合成了预聚体 ,采用 3,5 二甲硫基甲苯二胺 (DMTDA)作为交联剂 ,制备了聚氨酯弹性体材料。研究了聚氨酯预聚体中NCO含量和交联剂用量以及热处理对材料力学性能的影响 ,不同贮存条件对聚氨酯预聚体性能以及材料性能的影响。结果表明 ,合成的聚氨酯预聚体具有良好的贮存性能 ,调整聚氨酯预聚体中NCO含量和交联剂用量以及高温热处理都能够提高聚氨酯弹性体材料的力学性能 ,当预聚体NCO质量分数控制在 5 .6 8%左右 ,NCO/NH2 摩尔比控制在 1 .2 0 ,在 1 2 0℃下热处理时间为 2h时 。

催化剂对HTPB-IPDI黏合剂体系的固化催化作用研究

为了降低黏合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)和固化剂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的固化反应温度,提高生产效率,缩短固化时间,研究了二月桂酸二丁基锡(T-12)、乙酰丙酮铁(Fe(AA)3)和三苯基铋(TPB)3类催化剂对HTPB-IPDI黏合剂体系固化催化作用的影响。实验结果表明,加入TPB质量分数为0.05%时,其适用期可以达到6 h,TPB是HTPB-IPDI黏合剂体系比较理想的固化催化剂。

HTPB/IPDI聚氨酯弹性体材料研制

以端羟基聚丁二烯(HTPB)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-丁二醇、白碳黑、辛酸亚锡等为原料,采用一步法制备了聚烯烃型聚氨酯弹性体材料。试验了1,4-丁二醇比例、白碳黑和辛酸亚锡含量、异氰酸酯指数对弹性体性能的影响,测试了材料的力学性能和粘度变化。结果表明,当1,4-丁二醇和HTPB的羟基比值控制在4,白碳黑含量为12.5g,辛酸亚锡含量为0.4g,异氰酸酯指数为1.20时,可以获得工艺性能和力学性能良好的聚烯烃聚氨酯弹性体。

FT-IR光谱法研究低毒固化剂DDI与HTPB的反应动力学

采用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法研究了二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)/端羟基聚丁二烯(HTPB)体系的固化反应动力学,并与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)/HTPB体系进行了比较。初步探索了DDI在HTPB推进剂中的应用。结果表明,DDI/HTPB体系的固化反应为二级反应,表观活化能为37.02 k J·mol-1,相比IPDI/HTPB体系降低了3.5 k J·mol-1,说明DDI的反应活性稍高于IPDI,反应活性适中,可作为低毒固化剂应用于HTPB推进剂中。DDI/HTPB体系推进剂具有较好的常温力学性能,抗拉强度为0.85 MPa时,最大伸长率为44.1%,可基本满足推进剂的常温力学性能要求。

低分子量HTPB聚氨酯弹性体的制备及其性能

为改善高固含量高聚物黏结炸药(PBX)和丁羟推进剂的工艺性能,以低分子量的端羟基聚丁二烯(HTPB)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料,选用一缩二乙二醇(DEG)为扩链剂,采用二步法制备了聚氨酯弹性体。研究了催化剂用量对浆料黏度的影响,固化参数R及扩链剂用量对HTPB聚氨酯弹性体力学性能的影响。试验结果表明,当催化剂质量分数为0.004%时,适用期可达5 h;R值为1.1,DEG羟基含量占反应总羟基量的60%时,聚氨酯弹性体力学性能较好,拉伸强度达7.60 MPa,断裂伸长率达540.21%。动态力学分析(DMA)测试结果显示,低分子量HTPB聚氨酯弹性体有两个明显的玻璃化转变温度,说明样品存在明显的微相分离结构。

绿色固化剂DDI与HTPB的固化反应实验研究

为研究新型绿色固化剂二聚酸二异氰酸酯(DDI)与端羟基聚丁二烯(HTPB)的固化过程,通过不同组分配比实验分别研究了DDI、TDI、IPDI和HTPB的固化反应效果,计算了其流变反应速率常数。结果表明,60℃时DDI、TDI、IPDI与HTPB的流变反应速率常数分别为:kDDI=0.005 1,kTDI=0.005 6,kIPDI=0.004 4;不同类型固化剂与HTPB固化反应的适用期均可以满足实际使用要求,DDI的固化反应速率大于IPDI而小于TDI。从适用期、反应速率及其低毒可再生性考虑,DDI可以作为HTPB黏结剂体系的固化剂。