两种十氢十硼酸金属盐的表面特性及在富燃料推进剂中的应用
发布时间：2021-06-28 16:07
基于硼氢盐化合物具有高燃速、高燃烧热值等优点,探索了两种十氢十硼酸金属盐化合物（BHM）在富燃料推进剂中应用前景。采用DCAT 21型动态接触角/表面张力仪测量了BHM、AP、Mg、团聚硼、HTPB的接触角,计算了固体组分与HTPB之间的粘合功W和铺展系数S,结果显示几种固体组分与HTPB粘合剂相互作用大小次序为AP/HTPB>BH-2/HTPB>团聚硼/HTPB>Mg/HTPB>BH-1/HTPB,且SHTPB/BH-1较小,因为BH-1不能充分浸润于HTPB粘合剂,界面间产生排斥作用,导致含硼氢盐BH-1推进剂内部出现裂纹。还研究了含硼氢盐BH-2富燃料推进剂的流变性能、能量性能和燃烧性能。结果表明,用硼氢盐BH-2替代团聚硼粉,能降低推进剂药浆的表观粘度和屈服值,提高推进剂实测热值,其中,BH-2含量30%的B-2配方,推进剂药浆的屈服值为44.5 Pa,表观粘度为188 Pa·s,燃烧效率达到了93.2%。发现硼氢盐使推进剂燃速降低,且产生大量的燃烧残渣,这与燃烧产物中凝聚相碳（C）的大幅增加有关。依据硼氢盐分解和燃烧特点,认为其适应于燃料冲压发动机。
【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1 两种硼氢盐的SEM照片
对于硼氢盐应用中存在裂纹的工艺难题，利用两种试样，先后进行了大量的工艺试验，如对于固化体系、键合剂体系、固体填料等多种影响因素，按照B-3配方，首先利用表界面性能影响小的Mg粉代替团聚硼进行了工艺试验（30%Mg,10%B-H盐），试验代号分别为B-3-BH-1M、B-3-BH-2M。试样的切面照片见图2(a）、（b）。在BH-1M、BH-2M配方研究基础上，将两种硼氢盐分别应用于B-3配方，在10%硼氢盐含量下，试样的切面照片见图2(c）、（d）。由图2(a）、（c）可见，对于BH-1试样，在含镁和含硼富燃料推进剂中均存在裂纹；图2(b）、（d）中，含BH-2试样完整，说明含BH-1推进剂出现裂纹，并非由于硼氢盐与团聚硼、Mg粉的相容性问题，而是由于BH-1与HTPB体系的界面问题。分析认为，BH-1表面极不规则，缺陷多，并结合几种固体填料与HTPB粘合剂的作用强弱规律，可见硼氢盐与HTPB粘合剂界面间铺展系数、粘合功越小，两者之间的物理吸附、交联作用越弱；且BH-1的铺展系数S最小，接近于0，不能充分浸润于HTPB粘合剂，界面间产生排斥作用，固化过程产生了内部应力，集聚到一定程度，应力释放时产生了不规则裂纹，因此，硼氢盐BH-1不适用于推进剂，重点选择BH-2进行应用研究。
研究了富燃料推进剂配方B-2和B-3的流变特性，结果见图3。结果表明，随硼氢盐含量增加，团聚硼粉含量的减少，推进剂药浆的屈服值和表观粘度明显降低，其中，BH-2含量较高的B-2配方，推进剂药浆的屈服值为44.5 Pa，表观粘度为188 Pa·s，推进剂的工艺性能改善。分析认为，硼氢盐BH-2颗粒粒度分布范围比富燃料推进剂中团聚硼颗粒小，且比团聚硼颗粒表面更规则，与HTPB粘合剂的界面作用强于团聚硼粉，因此，与HTPB粘合剂体系的界面粘接良好，不存在界面的反应，替代团聚硼粉，将显著改善工艺性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]十二氢十二硼酸盐与推进剂组分的相容性[J]. 兰艳花,单自兴,绳利丽,杨荣杰. 火炸药学报. 2017(06)
[2]二十面体多硼氢B12H122-阴离子化合物及其在火炸药中的应用研究进展[J]. 单自兴,绳利丽,杨荣杰. 火炸药学报. 2017(03)
[3]高热值多面体硼氢化合物十氢十硼酸双四乙基铵的合成、热分解机理及动力学研究[J]. 薛云娜,李娇毅,郝志军,万洪,赵海霞,李春迎,杜咏梅,陆居有,余秦伟,吕剑. 高等学校化学学报. 2015(02)
[4]十氢十硼酸双四乙基铵的热行为及其与推进剂主要组分的相容性[J]. 庞维强,薛云娜,樊学忠,胥会祥,石小兵,李洋,李勇宏,王晓飞. 含能材料. 2012(03)
[5]高燃速推进剂用硼氢化物的研究进展[J]. 王为强,薛云娜,杨建明,李亚妮,余秦伟,梅苏宁,吕剑. 含能材料. 2012(01)
[6]球形团聚硼颗粒制备工艺的优化[J]. 樊学忠,庞维强,胥会祥,李勇宏,邵重斌. 火炸药学报. 2010(01)
[7]高燃速调节剂——多面体硼氢化物[J]. 郑远洋,王敏文. 火炸药. 1989(03)
[8]硼氢化合物作为固体推进剂高燃速调节剂的最新进展[J]. 唐松青,丁宏勋. 推进技术. 1983(02)
本文编号：3254629
【文章来源】：固体火箭技术. 2020,43(03)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图1 两种硼氢盐的SEM照片
对于硼氢盐应用中存在裂纹的工艺难题，利用两种试样，先后进行了大量的工艺试验，如对于固化体系、键合剂体系、固体填料等多种影响因素，按照B-3配方，首先利用表界面性能影响小的Mg粉代替团聚硼进行了工艺试验（30%Mg,10%B-H盐），试验代号分别为B-3-BH-1M、B-3-BH-2M。试样的切面照片见图2(a）、（b）。在BH-1M、BH-2M配方研究基础上，将两种硼氢盐分别应用于B-3配方，在10%硼氢盐含量下，试样的切面照片见图2(c）、（d）。由图2(a）、（c）可见，对于BH-1试样，在含镁和含硼富燃料推进剂中均存在裂纹；图2(b）、（d）中，含BH-2试样完整，说明含BH-1推进剂出现裂纹，并非由于硼氢盐与团聚硼、Mg粉的相容性问题，而是由于BH-1与HTPB体系的界面问题。分析认为，BH-1表面极不规则，缺陷多，并结合几种固体填料与HTPB粘合剂的作用强弱规律，可见硼氢盐与HTPB粘合剂界面间铺展系数、粘合功越小，两者之间的物理吸附、交联作用越弱；且BH-1的铺展系数S最小，接近于0，不能充分浸润于HTPB粘合剂，界面间产生排斥作用，固化过程产生了内部应力，集聚到一定程度，应力释放时产生了不规则裂纹，因此，硼氢盐BH-1不适用于推进剂，重点选择BH-2进行应用研究。
研究了富燃料推进剂配方B-2和B-3的流变特性，结果见图3。结果表明，随硼氢盐含量增加，团聚硼粉含量的减少，推进剂药浆的屈服值和表观粘度明显降低，其中，BH-2含量较高的B-2配方，推进剂药浆的屈服值为44.5 Pa，表观粘度为188 Pa·s，推进剂的工艺性能改善。分析认为，硼氢盐BH-2颗粒粒度分布范围比富燃料推进剂中团聚硼颗粒小，且比团聚硼颗粒表面更规则，与HTPB粘合剂的界面作用强于团聚硼粉，因此，与HTPB粘合剂体系的界面粘接良好，不存在界面的反应，替代团聚硼粉，将显著改善工艺性能。
【参考文献】：
期刊论文
[1]十二氢十二硼酸盐与推进剂组分的相容性[J]. 兰艳花,单自兴,绳利丽,杨荣杰. 火炸药学报. 2017(06)
[2]二十面体多硼氢B12H122-阴离子化合物及其在火炸药中的应用研究进展[J]. 单自兴,绳利丽,杨荣杰. 火炸药学报. 2017(03)
[3]高热值多面体硼氢化合物十氢十硼酸双四乙基铵的合成、热分解机理及动力学研究[J]. 薛云娜,李娇毅,郝志军,万洪,赵海霞,李春迎,杜咏梅,陆居有,余秦伟,吕剑. 高等学校化学学报. 2015(02)
[4]十氢十硼酸双四乙基铵的热行为及其与推进剂主要组分的相容性[J]. 庞维强,薛云娜,樊学忠,胥会祥,石小兵,李洋,李勇宏,王晓飞. 含能材料. 2012(03)
[5]高燃速推进剂用硼氢化物的研究进展[J]. 王为强,薛云娜,杨建明,李亚妮,余秦伟,梅苏宁,吕剑. 含能材料. 2012(01)
[6]球形团聚硼颗粒制备工艺的优化[J]. 樊学忠,庞维强,胥会祥,李勇宏,邵重斌. 火炸药学报. 2010(01)
[7]高燃速调节剂——多面体硼氢化物[J]. 郑远洋,王敏文. 火炸药. 1989(03)
[8]硼氢化合物作为固体推进剂高燃速调节剂的最新进展[J]. 唐松青,丁宏勋. 推进技术. 1983(02)
本文编号：3254629
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