复合燃速催化剂对丁羟推进剂燃速压强指数的影响

用测定药条燃速的方法,在２．９４￣８．８２ＭＰａ压强范围内,研究了复合燃速催化剂对丁羟推进剂（ＨＴＰＢ）压强指数的影响。结果表明：三氧化二铁、二茂铁衍生物、铜铬催化剂、草酸盐均能降低推进剂的压强指数,其中铜铬催化剂降低压强指数效果最好,降低幅度达２０％以上;草酸盐降低压强指数的效果与其加入量有关;一些复合催化剂部存在降低压强指数的叠加效应和择优性。     

铝粉形态对低燃速丁羟推进剂燃烧性能的影响

通过静态燃烧性能测试及φ１１２ｎｍ发动机动态评定等实验方法,研究了球形铝粉及非球形铝粉对低燃速丁羟推进剂燃烧性能的影响。结果发现,含球形铝粉推进剂的燃速和燃速压强指数略高于含非球形铝粉的推进剂,而且其燃速可通过调节氧化剂的粒度级配来改变,而燃速温度敏感系数没有显著变化。     

高燃速丁羟推进剂燃速可调节性研究

在一维气相稳态反应流模型的基础上,分析了催化剂对丁羟推进剂热分解的影响,采用归纳和假说相结合的方法建立了丁羟推进剂催化燃烧模型,定量研究了细粒度AP质量分数和催化剂质量分数对高燃速丁羟推进剂燃速及压力指数的影响.结果表明,在7～12 MPa实验务件下,不同细粒度AP质量分数下的燃速理论预示结果和不同质量分数催化剂下的燃速模拟计算结果都能与实验结果吻合较好,误差在7.0%以内,为配方研究人员提供了定量化调节燃速的预示方法.     

提高低燃速丁羟推进剂力学特性研究

大量粗粒度AP和降速剂的添加很难实现低燃速丁羟推进剂高强度的技术要求。研究以静态燃速不高于5.1 mm/s(20℃,6.0 MPa)低燃速丁羟推进剂作为基础配方,通过优选HTPB规格、键合剂组合和添加新型扩链剂的方法提高推进剂力学特性。结果表明,采用新型扩链剂SX,使70℃推进剂的抗拉强度高于1.0 MPa,伸长率大于10%。     

降低丁羟高燃速推进剂机械感度研究

为了降低丁羟高燃速推进剂机械感度,考察了液体二茂铁燃速催化剂(EMT)含量、氧化剂高氯酸铵(AP)粒径及配比等对丁羟高燃速推进剂机械感度的影响,并通过差示扫描-热重(DSC-TG)热分析研究了AP/EMT体系热分解特性与机械感度的相关性。结果表明,细AP含量增加或细AP粒径减小时,推进剂药浆的摩擦感度和撞击感度均呈增加趋势;EMT提高了AP的高温分解反应速率常数和分解热,是含EMT的高燃速推进剂机械感度升高的微观原因,降低EMT含量,可以降低推进剂的机械感度;胺盐类降感剂GZJ-01和导电态聚苯胺降感剂DBJ-01对降低丁羟高燃速推进剂的机械感度无协同效应;细AP包覆和采用铜盐燃速催化剂(GRCJ)取代EMT均可以降低丁羟高燃速推进剂的机械感度。     

AP/HMX丁羟复合推进剂燃烧转爆轰研究

详细地研究了ＡＰ／ＨＭＸ丁羟复合推进剂的燃烧转爆轰过程。分析了推进剂颗粒尺寸和形状，装药的氧平衡和渗透性对ＤＤＴ的影响；讨论了由冲击波诱起爆轰和由燃烧导致爆轰的特点，并且分析了火箭发动机中实际使用的ＡＰ／ＨＭＸ丁羟复合推进剂装药能否产生ＤＤＴ的可能性。     

环境湿度及拉伸速度对丁羟推进剂伸长率的影响

研究了环境湿度对羟羟基聚丁二烯／甲苯二甲氰酸酯和端羟基聚丁二烯／异佛尔酮二异氰酸酯（ＨＴＰＢ／ＩＰＤＩ）丁羟推进剂单向拉伸性能的影响。分析了在５℃，慢拉速条件下，丁羟推进剂伸长率显著降低的原因，并提出了克服这一现象的可能技术途径。     

含RDX的硝胺丁羟推进剂能量特性研究

采用最小自由能平衡流法对RDX/AP/Al/HTPB推进剂能量特性进行了理论计算。通过BSF165mm和BSF315mm发动机点火试验,研究了RDX含量、燃烧室压强对RDX/AP/Al/HTPB推进剂能量特性的影响规律。根据理论计算和发动机试验结果,对配方进行了优化设计,与某型号760mm全尺寸发动机的实测结果对比,其实测比冲高达2428.1N·s·kg-1(pc=6.86MPa),验证了RDX的加入对RDX/AP/Al/HTPB推进剂比冲有较突出贡献。     

报废丁羟推进剂的再利用研究进展

丁羟推进剂属于危险的含能材料,一旦报废必须得到及时、妥善的处理.本文从有效成分回收和整体资源化利用两种途径出发,系统地介绍了报废丁羟推进剂的再利用情况.通过讨论主要有效成分高氯酸铵(AP)和铝(Al)现阶段的回收方法,研究了其工艺成熟度、成本、回收率等诸多方面内容.通过对整体资源化利用途径的分析可知:将报废丁羟推进剂改型为工业炸药或烟火剂在理论上是一种更为理想的选择.     

铝形貌对丁羟推进剂燃速特性的影响

基于丁羟四组元推进剂配方,考察了不同表面形貌的铝(Al)粉对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂燃速特性的影响,通过扫描电镜(SEM)、激光粒度分布仪分别观察了两种粒度范围在5~10μm的Al粉表面形貌,采用水下声发射法测试了含不同Al粉的HTPB推进剂的燃速,并计算了燃速压强指数。结果表明,Al粉表面形貌可区分为表面附着铝斑粒和表面光滑两种,两种形貌都对HTPB推进剂的燃速特性具有一定的影响。低压段(3~5 MPa),Al粉表面附着铝斑粒时,HTPB推进剂的燃速增幅为1.33 mm·s~(-1),压强指数为0.36;Al粉表面光滑时,HTPB推进剂的燃速增幅为1.29 mm·s~(-1),压强指数为0.34。高压段(12~20 M Pa),Al粉表面附着铝斑粒时,HTPB推进剂的燃速增幅为4.47 mm·s~(-1),压强指数为0.67;Al粉表面光滑时,HTPB推进剂的燃速增幅为2.48 mm·s~(-1),压强指数为0.40。     

含铋催化剂对HTPB固化反应动力学的影响

采用非等温差示扫描量热法(DSC)研究了三苯基铋(TPB)与三-(乙氧基苯基)铋(TEPB)对端羟基聚丁二烯-2,4-甲苯二异氰酸酯(HTPB-TDI)体系固化反应动力学的影响。测定不同催化剂体系的固化峰温,采用Kissinger法和Crane法分别计算其动力学参数,得出了相应的固化反应动力学方程。结果表明,加入催化剂后,HTPB-TDI固化温度降低,固化温差缩短。未加催化剂时固化反应的活化能为51.29kJ·mol-1,加入TPB和TEPB后活化能分别为46.43kJ·mol-1和40.14kJ·mol-1,TPB与TEPB均能降低固化反应的活化能,增大反应速率,从而降低反应温度,缩短固化时间。TEPB能使固化体系在34℃时的反应速率常数达到使用TPB作为催化剂时50℃的值,因此TEPB催化活性更大,可以用作室温催化剂。     

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:DBTDLFe AATECHDABCOTPBnano-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。     

基于SEM原位拉伸的HTPB推进剂/衬层粘接界面破坏过程分析

采用扫描电镜(SEM)原位拉伸试验系统对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层粘接界面试件拉伸破坏过程进行了观察,实时采集了界面变形破坏过程的SEM图像,结合粘接界面的宏观应力-应变曲线,分析其在拉伸过程中细观变形破坏机理。结果表明:推进剂/衬层粘接界面拉伸的过程可以分为斜率较大的线性段(应变为0~5%)、斜率较小的线性段(应变为5%~25%)、非线性段(应变为25%~29%)和破坏段(应变为29%~35%)四个阶段,且验证试验所用试件的推进剂/衬层粘接界面分别在应变为25%和30%达到极限应力。研究发现试件内部颗粒的脱湿和基体间的脱粘是导致其力学性能变化及失效的主要原因,同时,可用推进剂相颗粒脱湿尺寸随应变的变化表现粘结界面失效的变化规律:脱湿尺寸随应变线性增大表示粘接界面还未破坏,当脱湿尺寸增大速率减小或不增大时,表示粘接界面已经破坏。     

温度对粒铸XLDB推进剂固化的影响

采用造粒浇铸工艺制备交联改性双基(XLDB)推进剂,研究了固化温度对XLDB推进剂的品质,力学性能,燃烧性能的影响,通过光学显微镜和扫描电镜观察了粒铸XLDB推进剂不同固化时间的微观形态变化,分析了粒铸XLDB推进剂的固化机理,明确了温度对粒铸XLDB推进剂固化影响的原因,提出了粒铸XLDB推进剂台阶式固化温度方案:固化前期的温度应低于45℃,为物理固化的顺利进行提供充足的时间;固化后期的温度可提高到60℃,以加快化学固化的完成。结果表明,固化温度是影响粒铸XLDB推进剂品质的关键因素,随着温度的升高,化学固化速度比物理固化速度提高的幅度大,粒铸XLDB推进剂固化的品质在很大程度上取决于固化初期物理固化和化学固化的速度对比,固化初温高于45℃对提高粒铸XLDB推进剂性能不利。     

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。     

粒铸EMCDB推进剂固化研究

研究了高分子粘结剂在增塑剂中溶解性能、固化剂的反应活性、燃烧催化剂对交联固化反应的催化活性等因素对粒铸EMCDB推进剂固化过程的影响，分析了粒铸EMCDB推进剂的固化机理，找到了产生浇铸粒子难以塑化的“泡米花”现象的原因。实验结果表明，高分子粘结剂在NG中的溶解性能越好越有利于浇铸粒子的充分塑溶，要制得固化质量好的粒铸EMCDB推进剂应当选用反应活性较小的异氰酸酯作固化剂，选用对交联固化反应催化加速作用较小的铅、铜盐作燃烧催化剂。     

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。