含能羟基吡啶铅铜盐用作RDX-CMDB推进剂的燃烧催化剂

研究了6种含能羟基吡啶铅、铜盐对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响。研究发现:含硝基的羟基吡啶铅盐具有较好的催化燃烧作用和降低压强指数的能力,尤其是2-羟基-3,5-二硝基吡啶铅盐,其催化效率最高,含能羟基吡啶铜盐的催化作用不明显。2-羟基-3,5-二硝基吡啶铅盐和4-羟基-3,5-二硝基吡啶铅盐催化效果产生差异的原因是两者热分解历程不同,最后生成的碳量不同。

RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的实验研究

为了揭示RDX-CMDB推进剂中各常见组分对其燃速温度敏感系数的影响规律,制备了一系列含RDX、铝粉及燃烧催化剂的CMDB推进剂样品。采用氮气靶线法测得其在2~14MPa下的燃速温度敏感系数（σp）。讨论了RDX含量、铝粉、燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂燃速温度敏感系数的影响。结果表明,提高工作压强、增加RDX含量、添加燃烧催化剂均有助于降低RDX-CMDB推进剂在一定初始条件下的燃速温度敏感系数。配方中引入铝粉后可降低中低压下RDX-CMDB推进剂的燃速温度敏感系数,且燃速温度敏感系数几乎不随压强变化而变化。选用含邻苯二甲酸铅和没食子酸铋锆作燃烧催化剂,均可在2~10MPa下降低RDX-CMDB推进剂的燃速压强指数,同时降低燃速温度敏感系数。

2HDNPPb恒容燃烧能的测定及其在RDX-CMDB推进剂中的应用

利用精密转动弹热量计测定了2-羟基-3,5-二硝基吡啶铅盐(2HDNPPb)的燃烧能ΔcU,其结果为(-7 265.08±3.97)J/g。据此计算的标准摩尔燃烧焓和标准摩尔生成焓分别为(-4 425.81±2.43)kJ/mol和(-870.47±2.76)kJ/mol。利用均匀设计法,研究了2HDNPPb、2-羟基-3,5-二硝基吡啶铜盐(2HDNPCu)和炭黑(CB)在RDX-CMDB推进剂燃烧中的复合催化作用,发现当3种组分的加入量分别为1.0%、0.6%和0.6%时,推进剂在所测压强范围内有最高燃速,并且压强指数较低。

含催化剂的RDX-CMDB推进剂熄火表面形貌特征和燃烧火焰结构分析

对分别含有Pb盐、Pb/C双元催化剂及Pb/Cu/C三元催化剂的三种RDX CMDB推进剂熄火表面形貌特征和燃烧火焰结构进行了研究。结果发现 ,不同的催化剂可导致推进剂熄火表面的特征物类型和几何尺寸不同 ,燃烧表面上明亮物质的几何形状、亮度不同。压力增大 ,推进剂燃烧火焰变得更加明亮。

纳米TiO_2对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了纳米Ti O2含量、晶型和粒度对RDX-CMDB推进剂的燃烧性能的影响。结果表明,纳米Ti O2可显著提高RDX-CMDB推进剂的燃速,降低高压下的压力指数。质量分数为1%的5nm锐钛矿型Ti O2可提高1~18MPa燃速,8MPa燃速提高幅度达到88%,12~18MPa压力区间压力指数为0.197。对于25nm Ti O2,锐钛矿型有利于提高高压燃速,金红石型有利于降低高压压力指数。对于锐钛矿型Ti O2,5nm有利于提高低压燃速,25nm有利于提高高压燃速。

燃烧稳定剂对RDX-CMDB推进剂不稳定燃烧的抑制规律

用压力可控T形燃烧器研究了6种燃烧稳定剂ZrO2、WC、Al2O3、ZrB2、SiC和BN对RDX-CMDB推进剂不稳定燃烧的抑制规律,获得了压力耦合响应函数;讨论了不同压力及不同固有频率时燃烧稳定剂对推进剂燃烧稳定性的影响。结果表明,固有频率1 700Hz和800Hz下,6种燃烧稳定剂对RDX-CMDB推进剂不稳定燃烧的抑制作用具有显著差异。固有频率800Hz时,ZrO2能够完全消除RDX-CMDB推进剂的不稳定燃烧;Al2O3仅在1.3MPa左右出现压力振荡;WC、SiC对RDX-CMDB推进剂的不稳定燃烧抑制作用随含量不同抑振区间不同;ZrB2对RDX-CMDB推进剂的不稳定燃烧抑制效果不明显;而BN则在1.5MPa有高的燃烧响应。固有频率1 700Hz时,6种燃烧稳定剂均降低了RDX-CMDB推进剂的压力耦合响应函数,但降幅不同,其中SiC的降幅最大,ZrB2降幅最小。

燃烧稳定剂对RDX-CMDB推进剂热分解特性的影响

用高压DSC和Π型钨铼微热电偶实验研究了5种燃烧稳定剂(Al2O3、ZrB2、ZrO2、SiC、WC)对RDX-CM-DB推进剂的热分解特性及燃烧波温度分布的影响。结果表明,随着压力的升高,RDX-CMDB推进剂的两个特征分解峰温降低,分解热增加。相同压力下,5种燃烧稳定剂对两个特征峰温的影响不大,但对分解热影响显著,其影响程度为ZrO2和WC最大(甚至能将5MPa下的分解热提高28%以上),Al2O3次之,ZrB2、SiC最小;不同燃烧稳定剂对RDX-CMDB推进剂燃烧的作用区间不同,ZrO2和WC主要作用于固相反应区及嘶嘶区,Al2O3则作用于气相区,使作用区域的放热量及温度梯度明显提高。

铜盐对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了6种铜盐(DBC、CNI、NT-Cu、B-Cu、S-Cu、A-Cu)以及铜盐/炭黑复配体系对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响,用扫描电镜和元素分析测试了推进剂的熄火表面。结果表明,铜盐可降低RDX-CMDB推进剂在16～22MPa的压强指数;在10～22MPa,铜盐和铜/炭黑混合物对RDX-CMDB推进剂燃烧特性的影响不显著。铜盐催化剂以及铜盐和炭黑复配催化剂对推进剂的燃烧反应有一定的促进作用。

六氯环三磷腈对RDX-CMDB推进剂性能的影响

为考察六氯环三磷腈（HCCT）作为降速剂对RDX-CMDB推进剂燃速、安定性、爆热、机械感度、力学性能的影响,测试了HCCT与RDX-CMDB主要组分的相容性,并采用靶线法、甲基紫法、绝热法等测试了3种不同HCCT含量的RDX-CMDB推进剂的性能。结果表明,HCCT与RDX-CMDB推进剂主要组分NC＋NG及RDX的相容性较好,HCCT的加入使推进剂在2-6MPa压强下燃速降低,燃速压强指数升高,爆热降低,摩擦感度和撞击感度降低,抗拉强度及延伸率基本不变,对推进剂的化学安定性没有影响。

含C_(60)的RDX-CMDB推进剂性能研究

通过燃速、爆热、活化能和温度分布等参数的测试和计算，发现C(60)能显著提高推进剂的火焰温度和燃烧表面温度，降低压强指数，使平台区范围变宽且向高压方向移动，推进剂的爆热也提高约10％。此外从反应机理上提出C(60)-Pbx络合物的催化作用，改善了RDX－CMDB推进剂燃烧性能；富集物（含10％C(60)的烟炱）中C(60)主要以分子状态存在，因此它能把C(60)均匀分散到推进剂中，而且保持C(60)化学活性，比纯C(60)的催化效果更好。

有机铜盐对RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和高压热分解的影响

研究了三种有机铜盐燃烧催化剂β-雷索辛酸铜(β-Cu)、3-硝基-1,2,4三唑-5-酮铜盐(NTO-Cu)和2,4-二硝基咪唑铜(NI-Cu)对RDX-CMDB推进剂不同压强下的燃烧性能和热分解的影响。结果表明,三种有机铜盐燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和差示扫描量热法(DSC)特征量有一定影响;β-Cu、NTO-Cu和NI-Cu三种有机铜盐可使RDX-CMDB推进剂热分解的第一个分解峰温Tp1提前1～4℃,并将第二个分解峰温Tp2提前5～11℃;RDX-CMDB推进剂的燃速和DSC特征量随压强的升高而增大,在1～10MPa压强下该类推进剂的燃速与DSC特征量呈线性相关。

不同形态碳物质对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了 C60 、富勒烯烟炱 (FS)和炭黑 (CB)等不同形态碳物质对催化的 RDX- CMDB推进剂燃烧的增速作用 ,发现分别加入 0 . 3% C60 、 FS和 CB后均能使平台推进剂的燃速增加 ,其增速效果以 FS为最好。随着 CB和 FS含量的增加 ,增速效率增大。

三种碳物质对RDX-CMDB推进剂热分解的影响

利用压力 DSC研究了 7MPa时 C60 、富勒烯烟炱 ( FS)和炭黑 ( CB)对催化的 RDX-CMDB推进剂热分解特性的影响。结果表明 :使推进剂表观分解热愈大的碳物质 ,则导致推进剂的燃速愈高。和参比推进剂相比 ,含 F S的推进剂表观分解热大 ,故燃速也高 ,增速作用亦大。不同碳物质导致推进剂表观分解热增加率的大小顺序为 :FS>CB>C60 。

RDX-CMDB推进剂中组合催化剂的研究

利用正交设计结合方差分析的方法对RDX-CMDB推进剂中邻苯二甲酸铅(φ-Pb)和炭黑(CB)催化剂进行了较全面的研究,得到了φ-Pb和CB对推进剂燃烧性能的影响规律及其作用区域,并从影响显著性的角度,解释了催化剂之间的协同作用及其使推进剂产生平台燃烧的原因。

RDX-CMDB推进剂的催化热分解Ⅱ. 分解气体产物和催化作用机理

用热重-差示扫描量热-傅立叶转换红外-质谱(TG-DSC-FTIR-MS)联用技术研究了RDX-CMDB推进剂在所选用燃速催化剂(没食子高铅、对氨基苯甲酸铜和炭黑)作用下的热分解。对添加催化剂(纳米和普通)和不添加催化剂的RDX-CMDB推进剂热分解主要气体产物变化进行了分析,讨论了燃速催化剂对热分解特征量的影响,初步探索了催化剂的作用机理。结果表明,所研究的燃速催化剂能改变推进剂中RDX的初期热分解机理,使放热的C—N键断裂在与吸热的N—NO2键断裂的竞争反应中占优,放热量增大;也使双基组分放出有负生成热的CH2O的相对量增加;纳米铝盐-铜盐-炭黑三元复配催化效果最好。

富勒烯在RDX-CMDB推进剂中的催化机理

采用燃速测试和热分析的方法 ,研究了炭黑、C60 和富勒烯黑三种形式碳类物质对 RDX- CMDB推进剂燃烧性能的影响 ,并用 AM1方法计算了球烯与 NO体系相互作用的能量变化。结果表明 ,C60 和富勒烯黑在提高双基推进剂燃速、增大平台效应范围和降低燃气中 NOx 含量等方面有更显著的作用。从球烯分子的空间结构以及用分子轨道理论对其成键能力所作的分析 ,提出了燃面上 Pbx C60 活性中心催化机理 ,解释了用 C60 及富勒烯黑取代双基推进剂中 Pb- Cu- CB催化体系中的炭黑 。

RDX-CMDB推进剂激光点火特性

采用CO2激光点火的方法研究了双基推进剂SQ-2和RDX-CMDB推进剂在不同热流密度作用下的点火特性,探讨了RDX含量、Al粉和燃烧催化剂对RDX-CMDB推进剂点火性能的影响。实验结果表明,SQ-2和RDX-CMDB推进剂(含Al粉的配方除外)的点火延迟时间随热流密度增加而递减,且热流密度较高时,点火延迟时间变化趋缓。RDX-CMDB推进剂中RDX含量、Al粉和催化剂对其点火延迟时间的影响与热流密度大小有关。在较低热流密度(51.5 W.cm-2)时,除Al粉使推进剂的点火延迟时间变长以外,其他组分对点火延迟时间的影响则不大;在较高热流密度(102 W·cm-2和153 W·cm-2)时,试样的点火延迟时间随着RDX含量的增加而变长,Al粉和催化剂的加入对点火过程和点火延迟时间均有较大影响。

球烯在RDX-CMDB推进剂中作用初探

将球烯引入RDX-CMDB推进剂中，通过然速测试和热分析试验发现，在保持压强指数不变的前提下，含球烯推进剂可使燃速提高约4mm／s。同时指出球烯很可能是固体推进剂良好的催化载体；它对于改善固体推进剂的其它多种性能可能都具有潜在的优越性。

新型燃烧稳定剂对浇铸RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

为选择理想的新型燃烧稳定剂,研究了WB、WC、ZrB2、ZrO2、SiC和BN对浇铸RDX-CMDB推进剂燃速和燃速压力指数的影响。结果表明,6种材料都能降低推进剂的燃速,但降低幅度各有差异;ZrB2、ZrO2和SiC对推进剂燃速的降低作用随其粒度的减小而增大;WB和WC在一定含量下可以降低推进剂18～20.5MPa下的燃速压力指数;只有BN使推进剂的燃烧平台效应消失。

一种RDX-CMDB推进剂危险性能研究

为考察螺旋压伸工艺成型的RDX-CMDB推进剂的危险性,进行了摩擦感度、撞击感度、雷管感度、隔板、燃烧转爆轰、跌落、热安定性、爆发点、慢速烤燃和静电感度等典型试验。结果表明,该推进剂从10 m高度自由跌落不燃烧,慢速烤燃在164.2℃发生燃烧反应,在18 mm厚有机玻璃隔板下,仍能被冲击波引爆,摩擦感度(P)为2%,撞击感度特性落高(H50)为26.3 cm,50%发火时的静电点火能量为208.46 mJ,结果表明,该推进剂热安定性良好,对机械刺激不敏感,对冲击波刺激较敏感,该推进剂的危险等级为1.1级。