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16.22MPa,撞击感度为67.7cm,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。     

NC/PEG共混体系的相容性研究

采用差示扫描量热法(DSC)和动态力学分析法(DMA)研究了不同质量比的硝化棉/聚乙二醇(NC/PEG)共混体系的相容性。结果表明,NC/PEG共混体系中PEG的熔点、结晶度和结晶熵随NC含量的增加明显降低,共混组分相互作用参数χ1,2为负值,即共混体系在热力学上具有相容性。共混体系的玻璃化转变温度随NC含量的增加均向低温移动,并且当共混体系中NC与PEG质量比为1∶1时,共混体系呈现单一的玻璃化转变温度。     

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。     

NR/CIIR/TPI共混物玻璃化转变温度的分子动力学模拟

玻璃化转变温度(T_g)对研究NR(天然橡胶)/CIIR(氯丁橡胶)/TPI(杜仲胶)共混物的阻尼性能具有重要意义。首先在COMPASS力场和恒温恒压(NPT)系综条件下,采用分子动力学(MD)模拟方法计算不同聚合度时NR、CIIR和TPI的溶度参数(δ),并确定计算所需的最小聚合度;然后根据共混物的主要性质,结合最小聚合度要求,搭建无定形结构模型。研究结果表明:通过MD模拟方法计算得共混物的T_g为305.92 K,采用差示扫描量热(DSC)法实测得共混物的T_g为297.46 K,两种结果在误差允许范围内基本一致。     

NR/CIIR/TPI共混物相容性及力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法计算了不同聚合度的天然橡胶(NR)、氯化丁基橡胶(CIIR)和杜仲胶(TPI)的溶解度参数,分析了体系的相容性;模拟研究了NR/CIIR/TPI共混物的力学性能。结果表明,添加30份以内的TPI可以降低模量,改善共混物的力学性能。     

DNTF对NC塑化特性的分子动力学模拟及实验研究

为研究DNTF对CMDB推进剂力学性能的作用机理,通过分子动力学模拟方法建立了NC纯物质和NC/DNTF共混物分子模型,研究了DNTF对NC塑化过程中微观结构的影响,采用拉伸试验研究了DNTF对CMDB推进剂力学性能的影响。结果表明,DNTF与NC分子形成氢键,使NC内分子的氢键减弱,NC分子的刚性降低;加入DNTF后,DNTF-CMDB推进剂的抗拉强度降低、延伸率增加;20℃时延伸率由8.69%增加到33.6%,50℃时延伸率由14.86%增加到45.6%。分子动力学模拟计算结果与拉伸试验结果一致。     

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-MgAlB;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使用进剂熄火表面上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；K3AlF6与铅的氧化物在推进剂熄火表面形成了PbF4，从而完全破坏了铅化物的催化作用。     

用分子动力学模拟研究丁腈橡胶/顺丁橡胶共混胶的相容性及耐低温性能

为提高丁腈橡胶(NBR)的耐低温性能,选择耐寒性能较好的顺丁橡胶(BR)按不同比例与其共混,采用分子动力学模拟的方法对NBR/BR共混胶的相容性和玻璃化转变温度进行了仿真计算。结果表明,NBR与BR在一定配比范围内可以相容。通过对比BR用量不同共混胶的Flory-Huggins相互作用参数和分子间径向分布函数关系图,可知当共混胶中BR的质量分数低于20%时两种橡胶的相容性较好,高于30%后二者相容性较差,甚至不相容。随着BR用量的增加,共混胶的玻璃化转变温度逐渐降低,BR质量分数为20%时共混胶的玻璃化转变温度为213 K,较纯NBR降低了18 K,有效提高了共混胶的耐低温性能。     

聚丙烯/橡胶共混体系

聚丙烯与橡胶共混可提高冲击韧性3～7倍,降低脆化温度至-50℃。本文在综述橡胶对聚丙烯增韧机理的基础上,指出了欲大幅度提高聚丙烯冲击韧性的基本要点。     

PP-g-MAH对PS/PP共混体系影响的DPD模拟

采用Materials Studio软件中的耗散粒子动力学(DPD)模块对聚苯乙烯/聚丙烯(PS/PP)二元共混体系和PS/PP/马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)三元共混体系进行了研究。随着PS/PP和PS/PP/PP-g-MAH组分的变化,介观模拟出形态不同的有序结构(如层状、层穿孔、圆柱状和球状体心立方)。当PS/PP的质量比为10/90时,在无序和有序结构中发现了胶束熔融结构。通过对比表面张力发现,PS/PP的质量比为10/90时表面张力最小。在PS/PP的质量比为10/90时,加入不同用量的PP-g-MAH进行对比分析,结果发现,当PP-g-MAH用量超过5%后,虽对PS/PP二元共混体系有一定的增容作用,但是PP-g-MAH会发生自聚,因此PP-g-MAH的用量不宜超过5%。     

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（英文）

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H_(50)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NGNG/BTTNTMETN的理论计算结果一致。     

TPI/NR力学性能的分子动力学模拟

为研究杜仲胶(TPI)和天然橡胶(NR)之间的相容性、TPI/NR共混物的力学性能,采用分子动力学(MD)法在Compass力场条件下对其进行了模拟。研究结果表明:通过比较溶度参数差值(Δδ)的大小可预测TPI与NR之间的相容性,TPI/NR属于相容体系;与纯TPI相比,TPI/NR共混物的静态力学性能及动态拉伸抗疲劳性能更加优越。     

碳纳米管/聚乙烯导热系数分子动力学模拟

采用平衡分子动力学模拟方法研究了碳纳米管(CNT)/聚乙烯(PE)复合材料的导热系数。结果表明,使用长度为0.738nm的单壁CNT填充,CNT/PE复合材料的导热系数可达7.2 W/(m·K),增加CNT的填充量,复合材料的导热系数值随之增大;由于官能团改性造成的CNT缺陷阻碍了CNT自身热传导过程中声子的传播,官能团改性CNT填充虽然也能很大程度地提高了复合材料的导热系数,但其效果却不及CNT,模拟结果表明,CNT可成为提高PE导热性能的优良添加剂。     

AS/CPE共混体系研究

本文研究了丙烯腈—苯乙烯兵聚物(AS)/氯化聚乙烯(CPE)/助溶剂三元共混物的性能、形态和组成比的关系。结果表明:加入适量的助溶剂可大幅度提高共混物的缺口冲击强度和热形变温度。     

AS/CPE共混体系研究

本文研究了丙烯腈—苯乙烯共聚物(AS)/氯化聚乙烯(CPE)/助溶剂三元共混物的性能、形态和组成比的关系。结果表明,加入适量的助溶剂可大幅度提高共混物的缺口冲击强度和热变形温度。     

十六烷/超临界CO2混合体系气泡成核的分子动力学模拟

研究了十六烷/超临界二氧化碳（CO2）混合体系的气泡成核过程。采用全原子分子动力学方法,选择等温-等压系统,使体系的粒子数、压力（P）和温度（T）保持不变,采用exp-6力场描述原子间的相互作用,采用距离判别法识别气泡核,根据气泡成核过程的分子位形跟踪气泡的形成过程。结果表明,降低十六烷/超临界CO2混合体系的P,首先形成了低密度的气泡核,然后CO2分子不断地进入气相,直至系统内部形成含有大量气相分子的气泡。