含不同钾盐消焰剂的NC/TMETN推进剂熄火表面特征研究

利用扫描电镜 (SEM)和能谱仪研究了含不同钾盐的 NC/TMETN推进剂熄火表面特征 ,研究结果表明 ,有机钾盐 KD使推进剂熄火表面上 Cu元素的含量降低 ,导致 Pb和 Cu的复合催化作用减弱 ;而 KNO3 使推进剂熄火表面碳含量降低 ,铅球尺寸增大 ,导致催化活性组分减少 ,催化作用减弱 ;K3 Al F6与铅的氧化物在推进剂熄火表面形成了 Pb F4,从而完全破坏了铅化物的催化作用。

NC/Bu-NENA基推进剂性能研究(Ⅱ):吸收工艺

为研究一种无硝化甘油(NG)、以硝化棉(NC)和丁基-硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)为主体的NC/Bu-NENA基推进剂的吸收工艺,设计了NC/Bu-NENA基推进剂配方,在不同的吸收温度、搅拌时间和冷却温度等吸收工艺条件下制备了吸收药,采用相机拍摄的方法研究吸收药的分散度以及推进剂样品中NC分子的塑化度。分析了吸收药的分散度和塑化度,探索了NC/Bu-NENA基推进剂最适宜的吸收工艺并分析了原因。结果表明,首先,吸收温度是吸收工艺中最重要的因素,决定了增塑剂Bu-NENA在NC分子中的扩散速度,吸收温度越高则Bu-NENA在NC分子中的扩散速度越快,塑化越好,但是温度越高,Bu-NENA蒸发更快,两者平衡来看,吸收温度以70℃为宜;其次,冷却温度是吸收工艺中次重要的因素,决定了Bu-NENA在水中的溶解度和吸收药的团聚程度,温度越低,Bu-NENA在水中的溶解度越低,吸收药的团聚程度越低,但在工程应用中不能无限制地降低温度,两者综合考虑,冷却温度以20~25℃为宜;最后,搅拌时间的意义是在该时间段内Bu-NENA完成对NC的增塑,增塑完成后延长搅拌时间对提高推进剂性能效果不明显,以40~60min为宜。

含钾盐的NC/TMETN基钝感双基推进剂火焰结构研究

利用单幅放大摄影法研究了含钾盐消焰剂的NC/TMETN (三羟甲基乙烷三硝酸酯 )基钝感推进剂的火焰结构。结果表明 ,不同的钾盐导致该类推进剂的火焰结构各不相同。含有机钾盐KD的推进剂的火焰结构保持了平台双基推进剂火焰结构的特征 ,而含K3AlF6 的推进剂却有着完全不同的火焰结构。由此可发现K3AlF6

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。

金属粉对NC/TMETN/FOX-7低敏感改性双基推进剂燃烧性能的影响

采用燃速-靶线法研究了铝粉(Al)、镁铝合金粉(Mg-Al)和硼粉(B)以及铝粉含量、粒度等对NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂燃烧性能(燃速和压强指数)的影响;采用单幅放大彩色摄影法研究了其火焰结构。结果表明,推进剂配方中添加金属粉可提高NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速,金属粉使推进剂燃速的增大幅度由大到小依次为:Al-Mg>Al>B;随着Al粉(粒径12.5μm)质量分数由0增至10%,NC/TMETN/FOX-7推进剂的燃速先增大后减小,当铝粉质量分数为5%时推进剂燃速最高,达到21.19mm/s;NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速随着铝粉粒度的增大而增大,铝粉粒径由12.5μm增至45μm时,10MPa下推进剂的燃速由21.19mm/s增至24.47mm/s,8～14MPa的压强指数降至0.20以下;NC/TMETN/FOX-7推进剂的火焰结构与NC/NG基推进剂相似,由预热区、亚表面及表面区、暗区和火焰区组成,各区之间的界限不明显。

含TMETN的钝感推进剂燃烧特性数值模拟

通过分析三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)热分解特性,确定了TMETN的化学结构参数,模拟了含TMETN的钝感低特征信号推进剂的燃速和压强指数数据,阐明了TMETN对此类推进剂燃烧性能的影响规律,论述了某种有机钾盐消焰剂(KD)对此类推进剂燃速的作用效果。数值模拟结果显示,理论计算值与实测值吻合的很好;含TMETN的钝感低特征信号推进剂燃速随TMETN含量增加而降低,其压强指数增加;KD可提高此类推进剂的燃速,并可辅助“铅-铜-炭”复合燃烧催化剂增强此类推进剂的平台作用效果。

不同含氮量NC对CMDB推进剂力学性能的影响

采用分子动力学计算了不同含氮量NC在NG/HMX共混体系的回转半径、径向分布函数及不同含氮量NC与NG/HMX共混体系的弹性常数;通过拉伸实验测试了不同含氮量NC对CMDB推进剂力学性能的影响。结果表明,NC体系中含氮量的增加,使NC分子链内部的作用力弱化,内旋自由度增大,NC分子链尺寸增大,NC的延展性改善;不同含氮量NC与NG/HMX共混体系的拉伸模量、剪切模量和体积模量与只含有NC的体系相比均有所降低;含氮量11. 8%的NC对改善NC/NG体系的弹性常数效果最佳,同时NC含氮量的增加能够强化NC与NG分子间相互作用;在浇铸CMDB推进剂中添加适量的1#NC和2#NC能提高浇铸CMDB推进剂在常温(20℃)和高温(50℃)的拉伸强度。

NC/Bu-NENA基推进剂性能研究(Ⅰ):推进剂能量及燃烧性能

为了研究丁基-硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)对NC基推进剂能量及燃烧性能的影响,通过俄罗斯Real软件计算了Bu-NENA对推进剂的能量性能的影响;通过吸收-压延的方法制备了推进剂样品,测试了推进剂的密度、爆热、比容、点火延迟、燃速,计算了压强指数;通过燃烧波、火焰照片以及熄火表面探讨了Bu-NENA对推进剂燃烧性能影响的机理。结果表明,在NC基推进剂中Bu-NENA替代NG使能量下降,但是产气量增加,使推进剂的燃速大幅度下降,2MPa下燃速降幅75%以上,20MPa下燃速降幅64%以上;压强指数提升,NC/NG基推进剂用部分催化剂可能对NC/Bu-NENA基体系失效;推进剂的点火延迟时间增加;推进剂的燃速大幅度降低的原因可能是因为Bu-NENA在燃烧时挥发吸热以及燃温降低带来的热反馈降低。

TMETN在浇铸改性双基推进剂中塑化性能的分子动力学模拟及实验研究

为了将三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)应用于浇铸改性双基推进剂中以降低推进剂感度,通过分子动力学模拟不同增塑剂(NG,TMETN及NG/BTTN)与NC之间的相互作用,得到了其回旋半径、体积分布和径向分布函数等参数,并通过固化实验以及力学性能、机械感度测试对模拟结果进行验证。结果表明,不同增塑剂中NG与NC的相互作用最强,回转半径最大,TMETN对NC的塑化能力较差,使用时应添加辅助增塑剂;固化实验结果显示只添加TMETN的推进剂即使升温至75℃也无法固化,而NG与TMETN质量比1∶1的推进剂则在70℃即可良好固化,同时可使推进剂特性落高H50达到58.6cm以上,摩擦感度降至40%以下,这与对NC塑化效果顺序为NG>NG/BTTN>TMETN的理论计算结果一致。

NG/NC基体对复合改性双基推进剂机械感度的影响

目的 研究硝化甘油(NG)增塑的硝化棉(NC)基体对复合改性双基(AP/CMDB)固体推进剂机械感度的影响。方法 采用光辊压延法和柱塞式挤出法,分别制备NG增塑的NC吸收药样品及以其为基体的固体推进剂样品,采用扫描电镜表征不同增塑比的NC/NG基体及推进剂的微观形貌,采用摩擦感度仪、撞击感度仪测试NG/NC基体及推进剂的机械感度。结果 当NG的质量分数由41.5%降至37.5%时,NG/NC基体的撞击感度降低53.0%。加入超细高氯酸铵(AP)后,采用NG质量分数为37.5%的基体的推进剂,撞击感度增加46.7%,而加入球形铝粉后,AP颗粒分散均匀性和NG/NC网络均匀性增加,推进剂抗冲强度提高,撞击感度及摩擦感度分别降低44.4%和20.0%。结论 AP/CMDB推进剂的机械感度与微观结构明显相关,AP的加入提高了推进剂机械感度,Al粉的加入提高了粉体的分散均匀性和NG/NC对粉体颗粒的包裹效果,降低了推进剂机械感度。

不同TMETN/NG配比对CMDB推进剂塑化特性的影响

为了提高三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)对NC的增塑效果,通过分子动力学模拟不同TMETN/NG配比条件下推进剂体系的回旋半径、自由体积等参数,研究NG部分取代TMETN对CMDB推进剂塑化特性的影响,并通过固化实验以及机械感度测试对模拟结果进行验证。结果表明,在计算范围内,随着NG含量的增加,体系的回旋半径、自由体积均先减小后增加,体系的塑化能力也是先减小后增大,且当NG取代质量分数40%及以上的TMETN时能有效改善体系的增塑效果;推进剂中NG与TMETN质量比大于2∶3时,推进剂样品才能正常固化;NG与TMETN质量比控制在3∶2～4∶1时,既能保证CMDB推进剂固化均匀,又能降低推进剂的机械感度。

纳米PbZrO_3对AP、RDX、HMX热分解和NG/NC双基推进剂燃烧性能的影响（英文）

通过共沉淀法制备了纳米锆酸铅(PbZrO_3),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对其结构进行了表征;采用差示扫描量热法(DSC)研究了PbZrO_3对AP、RDX和HMX热分解的催化性能;研究了含纳米PbZrO_3的NG/NC双基推进剂(PbZrO_3-DB)的热行为和非等温分解动力学。结果表明,PbZrO_3呈现典型的钙钛矿结构;纳米PbZrO_3能显著降低AP、RDX和HMX的热分解温度和表观活化能(分别降低了21、7.4和15kJ/mol);PbZrO_3-DB推进剂的热分解为非均相反应;PbZrO_3-DB推进剂的热分解机理为相边界反应的收缩圆柱体,动力学方程为dα/dt=1016.7/β2(1-α)1/2exp(-1.696×105/RT);用纳米PbZrOdt3作为NG/NC双基推进剂β的燃烧催化剂显著提高了其燃速,并降低了压强指数(在2~14MPa下为0.37~0.39);纳米PbZrO_3的催化燃烧性能显著优于PbO。

TMETN在固体推进剂中的应用进展

介绍了国内外对新型硝酸酯类含能增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)合成方法的研究,总结了TMETN在固体推进剂中的应用情况及存在的主要问题。认为TMETN作为一种新型含能增塑剂,具有优良的钝感性能和增塑性能,可在钝感推进剂中代替硝化甘油大量应用。

NC/TMETN黏结体系的多尺度模拟及实验研究

采用分子动力学(MD)和耗散分子动力学(DPD)方法研究了不同含量三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)对硝化棉(NC)的增塑效果,并通过静态力学性能及机械感度测试对模拟结果进行了验证。结果表明,NC/TMETN质量比为1.3∶1.0时,体系中NC的回转半径最大(20.41)且氢键作用最强,此外硝酸酯键拥有较小的平均引发键键长和最小的最大引发键键长,表明该质量比的NC/TMETN体系力学性能和安全性能最好,TMETN对NC具有较好的增塑效果。NC/TMETN(质量比1.3∶1.0)体系的混匀程度和混匀时间均优于NC/TMETN(质量比1.2∶1.0)体系,进一步表明该黏结体系中TMETN对NC的增塑效果更好。实验测得NC/TMETN(质量比1.3∶1.0)体系在20℃下的拉伸强度达到16.22 MPa,撞击感度为67.7 cm,摩擦感度为4%,其力学性能和安全性能均为最好,很好地验证了MD和DPD模拟结果。

典型含能钝感增塑剂在固体推进剂中的应用研究进展

综述了目前应用较广泛的硝酸酯类增塑剂、硝氧乙基硝胺类增塑剂、偕二硝基类增塑剂3类含能钝感增塑剂在固体推进剂中的应用情况及对其性能的影响,并指出了今后含能钝感增塑剂研究的重点方向。指出含能钝感增塑剂优异的钝感性能和较高的能量使其作为硝化甘油(NG)的替代者,可以大幅度降低推进剂的机械感度,并且具有优异的热稳定性;作为惰性增塑剂的替代者时,可以大幅度提高推进剂的能量,并能提高推进剂的燃速,可有效解决推进剂能量与钝感的矛盾。建议今后应加强以下方面研究:含能钝感增塑剂的钝感机理研究,用以提高推进剂的能量及不敏感性;含能钝感增塑剂对固体推进剂塑化机理和增塑效能研究,以提高含新型高能钝感增塑剂的固体推进剂的力学性能。

改性双基推进剂中HMX含量的高效液相色谱测定

建立了一种准确测定硝化棉(NC)与奥克托今(HMX)共存分离的高效液相色谱(HPLC)分析方法,样品制备采取乙腈溶解水析出法;HPLC外标法测定HMX的含量,结果表明在HMX含量为21%时相对偏差为0.82,加标回收率为99.62%。

LS基推进剂的热解特性

用差示扫描(DSC)和热重分析(TG)研究了斯蒂芬酸铅(LS)/硝化棉(NC)/双铅2(SQ-2)推进剂热稳定性。用热力计算方法分析了四种推进剂(高氯酸铵(AP)/端羟基聚丁二烯(HTPB),AP/NC,LS/NC和LS/SQ-2)的能量特性。研究了配比为55,64,73三种LS/NC推进剂和配比为46,55,64,73四种LS/SQ-2推进剂的热分解特性。结果表明:添加NC或SQ-2能降低LS的热稳定性,提高推进剂的能量,其中NC的效果更显著,认为LS和NC可选作微型发动机用推进剂的组分。

TMETN含量和NC含氮量对TMETN/NG混合硝酸酯发射药力学性能的影响

为了改善发射药的力学性能,在硝胺发射药配方基础上,用三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)取代部分NG、改变NC含氮量,制备了2个系列的TMETN/NG混合硝酸酯发射药样品;采用冲击试验机、材料试验机测试了3个不同温度(-40、20和50℃)下发射药的冲击强度和压缩强度;利用密闭爆发器测试了发射药在高压(p_m≈600MPa)下的燃烧性能。结果表明,在试验范围内,发射药的低温冲击强度随着TMETN质量分数的增加(0、5%、10%、15%、20%)而逐渐增加,高温和常温下则呈现相反的趋势,而压缩强度在不同温度下均呈现上升的趋势;随着NC含氮量由12.2%增至13.0%,在不同温度下发射药冲击强度和压缩强度均呈现先小幅增加后逐渐减小的趋势;在高压条件下,发射药样品在不同温度条件下的p—t、L—B曲线均光滑,符合管状发射药正常燃烧的变化规律,未出现明显的破碎现象。

NC/TMETN共混体系分子动力学模拟

为研究三羟甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）改善NC（硝化纤维素）力学性能的效果及其作用机理,采用分子动力学模拟计算的方法,研究了NC/TMETN共混体系的结合能、分子间的径向分布函数及力学性能,并与NC/NG（硝化甘油）共混体系进行了对比。结果表明：不同比例NC/TMETN共混模型的弹性模量、剪切模量和体积模量等均低于NC模型的,证明加入TMETN可有效增加NC的塑性;通过径向分布函数分析可知,NC/TMETN、NC/NG均存在较强的氢键和范德华力;相同质量比的NC/TMETN与NC/NG共混体系力学性能模拟结果表明,NC/TMETN与NC/NG的力学性能相近,验证了TMETN可取代NG作为NC的增塑剂。

钾盐消焰剂与TMETN和燃烧催化剂相互作用的实验研究

利用高压差示扫描量热仪 (PDSC)研究了不同钾盐与三羟甲基乙烷三硝酸酯 (TMETN )和燃烧催化剂在热分解过程中的相互作用。热分析数据表明 ,钾盐与TMETN和燃烧催化剂Pb Cu CB之间存在着明显的相互作用。在三种钾盐中 ,K3AlF6对催化剂Φ Pb分解出活性组分PbO有破坏作用 。