發(fā)布時(shí)間：2020-10-21 15:35

　　 交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑具有優(yōu)異的綜合性能,是推進(jìn)劑主要品種之一。傳統(tǒng)交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑使用的增塑劑為硝化甘油(NG),NG的高感度和易揮發(fā)的特點(diǎn)嚴(yán)重危及相關(guān)人員的安全和健康,少用甚至不用NG已成為固體推進(jìn)劑的發(fā)展趨勢。本文以低熔點(diǎn)的新型鈍感含能增塑劑替換傳統(tǒng)增塑劑NG,設(shè)計(jì)了系列非NG交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑配方體系,研究了組份對推進(jìn)劑性能的影響因素及變化規(guī)律,主要研究工作如下:計(jì)算了非NG交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑的能量性能,研究了GAP含量、增塑劑含量、固體含量、新型含能材料對推進(jìn)劑能量性能的影響。研究結(jié)果表明,推進(jìn)劑標(biāo)準(zhǔn)理論比沖隨著粘合劑中GAP含量的增加而降低,當(dāng)GAP含量在0~40%區(qū)間時(shí),比沖下降幅度較小,粘合劑中GAP含量應(yīng)控制在40%以內(nèi);配方中采用CL-20取代AP后,推進(jìn)劑在保持能量相當(dāng)?shù)耐瑫r(shí)能夠顯著降低特征信號。在此基礎(chǔ)上,初步確定了非NG交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑的配方。進(jìn)行了非NG交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑的主要組成部分—GAP改性球形藥的制備和性能研究,采用Breath Figures法和內(nèi)溶法成功制備了NC球形藥和GAP改性球形藥。GAP改性球形藥性能研究結(jié)果表明,GAP改性球形藥的熱分解分為兩個(gè)階段,Kissinger法計(jì)算其兩個(gè)階段的熱分解活化能分別為242.65kJ/mol和167.83kJ/mol;GAP改性球形藥的摩擦感度低于單基球形藥的摩擦感度,撞擊感度高于單基球形藥的撞擊感度。研究了三種增塑劑體系GAPA/TEGDN、Bu NENA和BDNPF/A對推進(jìn)劑工藝性能、力學(xué)性能、熱分解性能的影響,結(jié)果表明,以BuNENA為增塑劑的推進(jìn)劑工藝和力學(xué)性能最好,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最低,確定非NG交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑較佳的增塑劑為BuNENA。采用流變動力學(xué)法研究了GAP改性球形藥的固化過程和固化機(jī)理,發(fā)現(xiàn)GAP改性球形藥在等溫條件下的固化行為符合成核與生長機(jī)理模型。GAP改性球形藥的固化表觀活化能為65~77kJ/mol,以TPB為固化催化劑時(shí)的固化活化能高于以DBTDL為固化催化劑時(shí)的固化活化能。Al粉對GAP改性球形藥的固化有一定的抑制作用,燃燒催化劑鄰苯二甲酸鉛對固化有一定的催化效果,而氧化鉛、氧化銅和己二酸銅對固化沒有影響�？疾炝薌AP含量、固化參數(shù)R、固化溫度、固化催化劑用量對粘合劑體系力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)GAP含量30%、固化溫度50℃、固化參數(shù)R取1、固化催化劑含量為0.2%~0.4%時(shí),粘合劑體系的力學(xué)性能較優(yōu)。通過加入22#鍵合劑、活性炭纖維對推進(jìn)劑力學(xué)性能進(jìn)行了改善研究,22#鍵合劑能夠明顯提高推進(jìn)劑的拉伸強(qiáng)度和延伸率;加入活性碳纖維后,推進(jìn)劑的拉伸強(qiáng)度增加,延伸率保持不變。CL-20含量對推進(jìn)劑的力學(xué)性能也有顯著影響,當(dāng)CL-20含量在42%時(shí),推進(jìn)劑的拉伸強(qiáng)度為0.39MPa,斷裂延伸率為58%,綜合力學(xué)性能較好。對推進(jìn)劑的熱分解性能進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,粘合劑膠片的熱分解可以分為三個(gè)階段,第一個(gè)階段是硝酸酯基團(tuán)和氨基甲酸酯基團(tuán)的分解斷裂,第二個(gè)熱分解階段為疊氮基團(tuán)的分解,第三個(gè)分解階段是分子鏈骨架的裂解,粘合劑膠片的最佳熱分解動力學(xué)模型為D_4。隨著CL-20相對比例的增加,推進(jìn)劑的第一個(gè)分解失重峰增大,第二個(gè)分解失重峰減小,推進(jìn)劑的最佳分解動力學(xué)模型為B_1-D_4。非NG交聯(lián)改性雙基推進(jìn)劑中,CL-20和RDX形成了低共熔體系,使得CL-20低溫液化,分解溫度提前,CL-20液相分解機(jī)理是以C-N鍵斷裂為主的分解機(jī)理。將活性碳纖維取代炭黑引入推進(jìn)劑配方中,發(fā)現(xiàn)活性碳纖維可明顯增加推進(jìn)劑的分解熱,顯示了其對推進(jìn)劑具有良好的燃燒性能調(diào)節(jié)作用。
【學(xué)位單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：V512.2
【部分圖文】：

NC/HTPE交聯(lián)體系的Tg為-1.4℃，相比NC的T和 GAP 共混改性研究的比較多。早在 1987 年就有美國�；�推進(jìn)劑的配方，其粘合劑為 NC 與 GAP 的混合粘合劑。推進(jìn)劑中引入 GAP，并使用異氰酸酯固化劑使 GAP 和 推進(jìn)劑不僅能量高，而且低溫延伸率和高溫強(qiáng)度也得到了4]將 GAP 與的 NC 作為混合粘合劑用于交聯(lián)改性雙基(X力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表 1.1 和圖 1.2。表 1.1 推進(jìn)劑配方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 配方能量性能計(jì)算原理推進(jìn)劑能量性能理論計(jì)算是配方優(yōu)化的重要步驟，能量性能計(jì)算原理是 White 的最小自由能法，計(jì)算中采用的源程序采用上述原理編制而成。本文主要以理論比沖(Isp) 、燃燒溫度(Tc)等條件來表征推進(jìn)劑的能量特性，Isp為膨脹壓力比c aP P 為 70 /1時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)理論比沖。本文還編制計(jì)算軟件繪制了等性能三角圖，利用等性能三角圖直觀體現(xiàn)各組份對推進(jìn)劑能量的貢獻(xiàn)。等性能三角圖繪制過程為：首先固定其他組分含量不變，設(shè)固體填料 RDX/新型含能材料/Al 三組分總含量為 p(0<p<100)，三組分的含量依次為i*p/100、 j*p/100、(100-i-j)*p/100，三組分的比例為 i/j/(100-i-j)，由此可得到 5151 種組合，采用基于最小自由能原理的能量特性計(jì)算程序，在標(biāo)準(zhǔn)條件( = )下對每一種組合進(jìn)行能量參數(shù)和燃燒產(chǎn)物的計(jì)算，將組合和計(jì)算結(jié)果存儲在同一個(gè)文件中。然后依據(jù)等值判定規(guī)則將結(jié)果分成若干組等比沖值的數(shù)據(jù)集合，即可得到等比沖三角圖。其他的等性能三角圖繪制過程與上述過程相同，計(jì)算程序界面見圖 2.1。

28(e) 含 ADN 配方 (f) 含 LAX-112 配方圖 2.4 RDX/氧化劑/Al 含量的等比沖三角圖從圖 2.4a 可以看到，含 AP 的配方比沖最大可以達(dá)到 2727N s/kg，等比沖線較密集，說明比沖隨填料配比變化大。圖 2.4b 顯示含 CL-20 配方的最大比沖2721 N s/kg，與 AP 配方的最大比沖相近。圖 2.4c 為含 DNAF 配方的等比沖圖，
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本文編號：2850304