叠氮聚醚推进剂键合剂的合成与应用

发布时间：2017-07-31 12:18

  本文关键词：叠氮聚醚推进剂键合剂的合成与应用

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【摘要】：叠氮聚醚类推进剂因其具备优异的能量特性,而获得了越来越广泛的应用。然而叠氮推进剂由于含有大量的增塑剂与固体颗粒填料,导致药柱力学性能不佳,是阻碍其型号应用的一个棘手的难题。本文根据叠氮聚醚推进剂的配方特点,结合硼酸酯、氮丙啶以及醇胺类键合剂的功效,设计叠氮聚醚推进剂专用键合剂、并对其合成方法及构效关系展开了深入研究,最终研制出叠氮聚醚推进剂高效键合剂,解决了推进剂力学性能不佳的问题,其成果将能促进我国叠氮聚醚推进剂的研究与应用进展。根据叠氮聚醚推进剂的特点,确定采用中性聚合物键合剂(NPBA)的技术路线。为了提高其键合效果,设计将硼酸酯、氮丙啶、胺基等基团接入大分子链中,以得到更高效的键合剂样品。首先,用精确合成法合成系列分子量、羟值、溶度参数规律变化的NPBA样品,并分别进行装药实验,比较各参数对NPBA键合效果的影响,结果表明当NPBA的分子量在3000左右、羟值在2mmol/g左右、溶度参数为25.42(J/cm3)1/2时综合效果最佳,且三个参数中,溶度参数的影响最小。其次,以硼酸、正丁醇、1,2-丙二醇、丙烯酸羟乙酯为主要原料,通过酯交换法合成了环状硼酸酯单体,利用红外光谱以及核磁共振氢谱的方法验证了产物结构；以丙烯酸、三-(2-甲基氮丙啶)氧化膦(MAPO)为主要原料合成了氮丙啶单体；选择了甲基丙烯酸二乙氨基乙酯作为胺基共聚单体。最后,以第一步所确定的合成方法及结构参数,将第二步的几种功能单体接入NPBA的大分子链中,合成系列新型NPBA (NNPBA),并进行装药实验。将其与键合效果最优的NPBA-2进行比较,结果表明：五种NNPBA普遍表现出比NPBA-2更优的使用效果,其中NNPBA-5在加入推进剂配方中后,在多种键合基团的协同作用下,常温下的拉伸强度达到了1.39Mpa,断裂伸长率达到了72.7%,相比NPBA-2分别提高了27.5%和25.6%。
【关键词】：新型中性聚合物键合剂 叠氮聚醚推进剂 有机硼酸酯 氮丙啶
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V512
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 固体推进剂概述11-14
• 1.1.1 固体推进剂的发展历程11-12
• 1.1.2 固体推进剂主要组分及功能12-14
• 1.2 叠氮聚醚推进剂14-15
• 1.2.1 叠氮聚醚的特点14
• 1.2.2 GAP推进剂14
• 1.2.3 叠氮聚醚推进剂的配方组成14-15
• 1.3 键合剂种类及其作用机理概述15-18
• 1.3.1 氮丙啶及其衍生物15-16
• 1.3.2 醇胺类化合物及其衍生物16-17
• 1.3.3 有机硼酸酯键合剂17
• 1.3.4 中性聚合物键合剂17-18
• 1.4 键合剂的合成方法18-20
• 1.4.1 酯交换反应18
• 1.4.2 自由基聚合18-20
• 1.5 本文的研究内容20-21
• 1.5.1 键合剂的分子设计20
• 1.5.2 NPBA的合成及构效关系研究20
• 1.5.3 新型NPBA的合成20-21
• 1.6 本文的研究意义21-22
• 第2章 叠氮聚醚推进剂键合剂的分子设计22-28
• 2.1 NPBA设计的理论基础22-23
• 2.2 叠氮推进剂键合剂分子设计23-26
• 2.2.1 单体分子的设计23-24
• 2.2.2 键合剂分子设计24-26
• 2.2.3 键合剂样品的设计26
• 2.3 小结26-28
• 第3章 NPBA的合成及构效关系研究28-37
• 3.1 实验药品及仪器28
• 3.2 NPBA的精确合成方法28-32
• 3.2.1 引发剂AIBN用量的确定原理29
• 3.2.2 分子量调节原理29-30
• 3.2.3 单体组成与共聚组成的关系30
• 3.2.4 配方计算(以100 g NPBA-2为例)30-31
• 3.2.5 NPBA的合成及后处理工艺(以NPBA-2为例)31-32
• 3.3 NPBA的测试及结果分析32-33
• 3.3.1 测试方法32-33
• 3.3.2 测试结果33
• 3.4 NPBA的构效关系研究33-36
• 3.4.1 分子量的影响34
• 3.4.2 羟值的影响34-35
• 3.4.3 溶度参数的影响35-36
• 3.4.4 构效关系研究结果36
• 3.5 小结36-37
• 第4章 新型NPBA的合成与性能37-51
• 4.1 实验试剂与仪器37-38
• 4.2 单体的合成38-41
• 4.2.1 有机硼酸酯单体38-40
• 4.2.2 氮丙啶单体40-41
• 4.3 单体的表征与测试41-42
• 4.3.1 核磁共振氢谱分析41-42
• 4.3.2 红外光谱分析42
• 4.4 新型NPBA的合成42-46
• 4.4.1 NNPBA-1的合成43
• 4.4.2 NNPBA-2的合成43-44
• 4.4.3 NNPBA-3的合成44
• 4.4.4 NNPBA-4的合成44-45
• 4.4.5 NNPBA-5的合成45-46
• 4.5 NNPBA的表征与测试46-49
• 4.5.1 测试方法46-48
• 4.5.2 新型NPBA的测试结果与分析48-49
• 4.6 新型NPBA的装药实验49-50
• 4.7 小结50-51
• 结论51-52
• 参考文献52-57
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录57-58
• 致谢58

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本文编号：599112