非硝化甘油交联改性双基推进剂基本性能研究

发布时间：2020-10-21 15:35

　　 交联改性双基推进剂具有优异的综合性能,是推进剂主要品种之一。传统交联改性双基推进剂使用的增塑剂为硝化甘油(NG),NG的高感度和易挥发的特点严重危及相关人员的安全和健康,少用甚至不用NG已成为固体推进剂的发展趋势。本文以低熔点的新型钝感含能增塑剂替换传统增塑剂NG,设计了系列非NG交联改性双基推进剂配方体系,研究了组份对推进剂性能的影响因素及变化规律,主要研究工作如下:计算了非NG交联改性双基推进剂的能量性能,研究了GAP含量、增塑剂含量、固体含量、新型含能材料对推进剂能量性能的影响。研究结果表明,推进剂标准理论比冲随着粘合剂中GAP含量的增加而降低,当GAP含量在0~40%区间时,比冲下降幅度较小,粘合剂中GAP含量应控制在40%以内;配方中采用CL-20取代AP后,推进剂在保持能量相当的同时能够显著降低特征信号。在此基础上,初步确定了非NG交联改性双基推进剂的配方。进行了非NG交联改性双基推进剂的主要组成部分—GAP改性球形药的制备和性能研究,采用Breath Figures法和内溶法成功制备了NC球形药和GAP改性球形药。GAP改性球形药性能研究结果表明,GAP改性球形药的热分解分为两个阶段,Kissinger法计算其两个阶段的热分解活化能分别为242.65kJ/mol和167.83kJ/mol;GAP改性球形药的摩擦感度低于单基球形药的摩擦感度,撞击感度高于单基球形药的撞击感度。研究了三种增塑剂体系GAPA/TEGDN、Bu NENA和BDNPF/A对推进剂工艺性能、力学性能、热分解性能的影响,结果表明,以BuNENA为增塑剂的推进剂工艺和力学性能最好,玻璃化转变温度最低,确定非NG交联改性双基推进剂较佳的增塑剂为BuNENA。采用流变动力学法研究了GAP改性球形药的固化过程和固化机理,发现GAP改性球形药在等温条件下的固化行为符合成核与生长机理模型。GAP改性球形药的固化表观活化能为65~77kJ/mol,以TPB为固化催化剂时的固化活化能高于以DBTDL为固化催化剂时的固化活化能。Al粉对GAP改性球形药的固化有一定的抑制作用,燃烧催化剂邻苯二甲酸铅对固化有一定的催化效果,而氧化铅、氧化铜和己二酸铜对固化没有影响。考察了GAP含量、固化参数R、固化温度、固化催化剂用量对粘合剂体系力学性能的影响,发现当GAP含量30%、固化温度50℃、固化参数R取1、固化催化剂含量为0.2%~0.4%时,粘合剂体系的力学性能较优。通过加入22#键合剂、活性炭纤维对推进剂力学性能进行了改善研究,22#键合剂能够明显提高推进剂的拉伸强度和延伸率;加入活性碳纤维后,推进剂的拉伸强度增加,延伸率保持不变。CL-20含量对推进剂的力学性能也有显著影响,当CL-20含量在42%时,推进剂的拉伸强度为0.39MPa,断裂延伸率为58%,综合力学性能较好。对推进剂的热分解性能进行了研究,结果表明,粘合剂胶片的热分解可以分为三个阶段,第一个阶段是硝酸酯基团和氨基甲酸酯基团的分解断裂,第二个热分解阶段为叠氮基团的分解,第三个分解阶段是分子链骨架的裂解,粘合剂胶片的最佳热分解动力学模型为D_4。随着CL-20相对比例的增加,推进剂的第一个分解失重峰增大,第二个分解失重峰减小,推进剂的最佳分解动力学模型为B_1-D_4。非NG交联改性双基推进剂中,CL-20和RDX形成了低共熔体系,使得CL-20低温液化,分解温度提前,CL-20液相分解机理是以C-N键断裂为主的分解机理。将活性碳纤维取代炭黑引入推进剂配方中,发现活性碳纤维可明显增加推进剂的分解热,显示了其对推进剂具有良好的燃烧性能调节作用。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：V512.2
【部分图文】：

NC/HTPE交联体系的Tg为-1.4℃，相比NC的T和 GAP 共混改性研究的比较多。早在 1987 年就有美国专基推进剂的配方，其粘合剂为 NC 与 GAP 的混合粘合剂。推进剂中引入 GAP，并使用异氰酸酯固化剂使 GAP 和 推进剂不仅能量高，而且低温延伸率和高温强度也得到了4]将 GAP 与的 NC 作为混合粘合剂用于交联改性双基(X力学性能实验结果见表 1.1 和图 1.2。表 1.1 推进剂配方RDX/wt% NC(13.1%N)/wt% GAP/N100(R=1)/wt% 45 31.35 0 75 0 18.75 67.5 7.5 18.75

2.3 配方能量性能计算原理推进剂能量性能理论计算是配方优化的重要步骤，能量性能计算原理是 White 的最小自由能法，计算中采用的源程序采用上述原理编制而成。本文主要以理论比冲(Isp) 、燃烧温度(Tc)等条件来表征推进剂的能量特性，Isp为膨胀压力比c aP P 为 70 /1时的标准理论比冲。本文还编制计算软件绘制了等性能三角图，利用等性能三角图直观体现各组份对推进剂能量的贡献。等性能三角图绘制过程为：首先固定其他组分含量不变，设固体填料 RDX/新型含能材料/Al 三组分总含量为 p(0<p<100)，三组分的含量依次为i*p/100、 j*p/100、(100-i-j)*p/100，三组分的比例为 i/j/(100-i-j)，由此可得到 5151 种组合，采用基于最小自由能原理的能量特性计算程序，在标准条件( = )下对每一种组合进行能量参数和燃烧产物的计算，将组合和计算结果存储在同一个文件中。然后依据等值判定规则将结果分成若干组等比冲值的数据集合，即可得到等比冲三角图。其他的等性能三角图绘制过程与上述过程相同，计算程序界面见图 2.1。

28(e) 含 ADN 配方 (f) 含 LAX-112 配方图 2.4 RDX/氧化剂/Al 含量的等比冲三角图从图 2.4a 可以看到，含 AP 的配方比冲最大可以达到 2727N s/kg，等比冲线较密集，说明比冲随填料配比变化大。图 2.4b 显示含 CL-20 配方的最大比冲2721 N s/kg，与 AP 配方的最大比冲相近。图 2.4c 为含 DNAF 配方的等比冲图，
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本文编号：2850304