HTPB基粘结体系固化反应动力学研究

发布时间：2020-08-10 22:57

【摘要】：高聚物粘结炸药(PBX)是目前军事上应用最为广泛的混合炸药品种之一。顾名思义,粘结体系在PBX炸药中有着非常重要的作用,其直接影响着PBX炸药的固化反应进程、爆炸性能、力学性能及贮存性能等。目前工程应用中对PBX炸药的固化终点判定均依靠经验,缺乏理论和计算的科学依据,无法准确的判定体系在固化反应过程中何时能够到达固化终点。本文首先通过对粘结体系的优选,得到最优粘结体系的组分及配比,然后同时采用等温与非等温差示扫描量热法来研究最优粘结体系的固化反应动力学,最后在最优粘结体系、最优固化时间的基础上进一步研究粘结体系固化后的力学性能及贮存性能,具体所做工作概况如下:(1)通过理论和试验相结合,确定了以粘度、硬度和固化时间为三要素的目标函数的取值范围,并且得到了HTPB型粘结体系中的增塑剂、固化剂及催化剂的最优组成及配比为HTPB:DBP:TDI:T12=50:50:3.79:0.06。(2)以最优粘结体系为基础,同时采用等温与非等温差示扫描量热法对粘结体系的固化反应动力学进行研究,对体系的DSC曲线及数据进行分析,通过模拟n级反应动力学模型,并根据Kissinger法、Ozawa法、Crane法得到了体系的固化反应动力学参数、固化度随时间的变化关系、催化剂对固化反应的影响、固化时间与固化温度之间的关系以及反应转化率差值随时间的变化曲线等;拟合得到了体系固化时间和温度之间的关系,当固化温度x取60℃时,完全固化所需时间y约为3.91d,与工程应用中的固化时间4~6d基本相符,从而为工程应用中遇到的固化终点问题提供了一种解决途径。(3)将最优粘结体系在最佳固化时间、温度下进行固化,然后对试样在不同温度下的力学性能进行了研究和表征,同时对体系进行了高温贮存加速老化试验。试验结果表明,该最优体系力学性能优良,且符合PBX炸药30年贮存期的需求。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ560.1
【图文】：

北京理工大学硕士学位论文范围为 30～300℃；）进行等温 DSC 扫描，扫描温度分别设置为 170、190、210、230℃，扫in[59]。PB/DBP/TDI 粘结体系固化反应动力学研究等温 DSC 法研究 HTPB/DBP/TDI 粘结体系固化反应动力学 4.2 中的试验方法，可以得到 HTPB/DBP/TDI 粘结体系在不同动态升温C 曲线，如图 4.1 所示。从图中可以看出，随着动态升温速率的增加，固势且向高温方向逐渐偏移。这主要是由于粘结体系在升温过程中从无定转变，当升温速率很快时，粘结体系中的分子链来不及进行规则排列峰向高温方向偏移且固化的温度范围变宽[60]。

rigin 软件可以直接得到图 4.2 中两条直线的斜率和截距，再根据 Ki法得到粘结体系固化过程中的表观活化能 Ek为 54.61kJ/mol，指前因子，线性相关系数 r 为 0.9872。根据 Arrhenius 方程可以求出与绝对温度 率常数 k，即：- 6 5 6 8 . 4 4 /1 9 2 . 8 0Tk e（ Kissinger 动力学方法得到的表观活化能带入 Crane 方法进行计算，可以 n 为 0.87，线性相关系数 r 为 0.9830。由于反应级数 n 为非整数，说明固化反应是一个复杂反应，粘结体系固化反应动力学方程可表示为： 6 5 6 8 . 4 4 / 0 . 8 71 9 2 . 8 0 1Tdedt （TPB/DBP/TDI 粘结体系在不同升温速率下的特征峰值温度分别带入 rane 方程，然后进行拟合分析，可以分别得到lg ～1000和ln ～100

rigin 软件可以直接得到图 4.2 中两条直线的斜率和截距，再根据 Ki法得到粘结体系固化过程中的表观活化能 Ek为 54.61kJ/mol，指前因子，线性相关系数 r 为 0.9872。根据 Arrhenius 方程可以求出与绝对温度 率常数 k，即：- 6 5 6 8 . 4 4 /1 9 2 . 8 0Tk e（ Kissinger 动力学方法得到的表观活化能带入 Crane 方法进行计算，可以 n 为 0.87，线性相关系数 r 为 0.9830。由于反应级数 n 为非整数，说明固化反应是一个复杂反应，粘结体系固化反应动力学方程可表示为： 6 5 6 8 . 4 4 / 0 . 8 71 9 2 . 8 0 1Tdedt （TPB/DBP/TDI 粘结体系在不同升温速率下的特征峰值温度分别带入 rane 方程，然后进行拟合分析，可以分别得到lg ～1000和ln ～100

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本文编号：2788719