粘合剂热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响
纳米Ni/CNTs对AP/HTPB推进剂热分解及燃烧性能的影响
cm oi  ̄o a(N/ NF w r ca c r e 1m aso S M, R n P , h aa s f aoN/ N so hr l e o psi1 f i i ee hr t i d【 en f E X DadX S T ect yi o nn iC T nte — t nl o ( C s a ez 、 l s ma d
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剂燃速和压强指数的影响 结果表明 , 纳米 N 能够均 匀包覆在 C T 表 面, i Ns 纳米 N/ N s可显 著降低 A i T C P及 A / T B推 PHP
进 剂的 热 分 解峰 峰 温 , A 使 P及 A / T B的 总表 观 分 解 热 明显 增 大 , 能有 效提 高 A / T B推进 剂 的燃 速 和 降低 其 压 强 PH P 并 PHP 体
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摘 要 : 用化 学 液相 沉 淀 法 制备 了纳 米 N/ N s 合催 化 剂 , S M、 R X S对纳 米 N/ N s 形貌 、 观 结 构 、 采 iC T 复 用 E X D、 P iC T 的 微 组
成进行 了表征, 采用 D C研究 了其 对 A S P和 A / I B推进 刺热分解的催 化性 能, P H P 并考察 了纳米 N/ N s对 A / T B推进 iC T PH P
L U Yo g, I inxl JA e , IF n -h n I n LU Ja -t I NG W iL e gs e g n,
( a o a S ei u e n o d r n i ei ee rhC ne. a j gU i r t o N t n l p c l p r e P w e E g e r g R sac e t N ni nv s y f i aS f i n n r n e i
NC和NC与NG混合物的热分解特性
NC和NC与NG混合物的热分解特性摘要硝化棉(NC)是许多火药、炸药、和固体推进剂成分里面主要的高能原料。
先前,在我们的实验室里对NC热分解的研究,主要采用差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG)、加速量热法(ARC)、热流量测定(HFC)和同步TG -DTA耦合红外光谱分析法(FTIR)与质谱分析法(TG-DTA-FTIR-MS)。
在早些的ARC与HFC研究中,所获得的NC热分解的起始温度要明显低于通过DSC、TG和TG-DTA所获得的起始温度。
这种差异主要是由于当使用ARC和HFC测定时,需要更大的样品量,以及ARC的隔热性能好和HFC具有更高的灵敏度。
与小规模技术(DSC、TG和TG-DTA)相比,由ARC和HFC所获得的实验结果更能代表大规模的生产过程。
在这项研究中,在等温条件下还进行了ARC实验,以便于对NC热分解更进一步的研究。
ARC在空气和氩气中的等温实验是在各种温度(温度范围为90-115℃)下进行的。
动力学信息来源于在不同的温度条件下,对热逃逸诱发时间所进行的分析。
已确定的动力学参数与NC的相关文献值进行比较,已与在空气和氦气中进行的TG-DTA-FTIR-MS 等温研究所获得的相关值进行比较。
在早些的研究中,在氩气压力为环境压力到27MPa之间时,NC热分解的起始温度随着初始压力的升高而降低。
由于压力能促进NC的热分解,所以在对单基和双基发射药进行冲压时要考虑其安全性。
为了定量测出压力对起始温度的影响,在初始压力为环境压力到14MPa之间的条件下进行ARC实验,并在空气和氩气中分别进行相同的实验。
除了用加速量热法(ARC)对单独的NC进行研究外,还对NC与NG的混合物进行了研究。
在空气和氩气中所获得的结果是与在氧气系统中所获得的结果进行效果上的比较。
1.简介高氮量的NC作为主要成分已广泛地应用在能源材料中,特别是在发射药中,通常与NG混合使用。
虽然有关NC热分解的热稳定性和动力学的相关文献资料很多,但预料不到的发射药的燃烧事故还是时有发生,特别是在冲压操作下。
粘合剂 分解温度350度
粘合剂分解温度350度
粘合剂的分解温度为350度,这是指在温度达到或超过350度时,粘合剂会发生分解反应导致其失去黏合性能。
粘合剂是一种用于粘接材料的物质,常见于工业生产与日常生活中。
了解粘合剂的分解温度对于正确选择和使用粘合剂非常重要。
首先,粘合剂的分解温度是指在这个温度范围内,粘合剂的化学结构会发生断裂或分解,导致粘合剂失去原有的黏合性能。
这通常发生在粘合剂所用的基质材料的热稳定性范围之内。
因此,在高温环境下,选择具有较高分解温度的粘合剂是至关重要的。
其次,粘合剂的分解温度与其化学组成密切相关。
不同类型的粘合剂具有不同的分解温度。
例如,热熔胶是一种热熔粘合剂,其分解温度通常在150到200摄氏度之间。
而环氧树脂粘合剂的分解温度可高达300摄氏度以上。
因此,在特定的应用环境下,要根据材料的特性和所需的使用温度来选择适当的粘合剂。
此外,需要注意的是,粘合剂的分解温度通常是指其热分解温度,即在没有氧气的情况下发生的分解反应温度。
然而,在氧气存在的情况下,粘合剂的热氧化或燃烧温度可能会更低,因此在应用时应注意避免高温下的氧气暴露。
总之,了解粘合剂的分解温度对于正确选择和使用粘合剂非常重要。
根据所需的粘接材料和使用环境,选择具有适当分解温度的粘合剂可以确保粘接的稳定性和可靠性。
记住在高温环境下使用粘合剂时,要选择具有较高分解温度的粘合剂,并避免氧气暴露以防止热氧化或燃烧。
固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展
装备环境工程第20卷第10期·64·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING2023年10月固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展霍文龙,谢丽娜,孙雪莹,张婷婷,张健,夏德斌,杨玉林,林凯峰*(哈尔滨工业大学 化工与化学学院,哈尔滨 150001)摘要:基于固体推进剂的贮存老化,以NEPE推进剂和以HTPB推进剂为代表,综述了近年来固体推进剂老化进程中所受的各种影响因素、作用机制及化学反应机理研究进展。
总结了温湿度、应力和环境气氛为代表的外部环境因素,配方性质、组分变化和添加剂等内部影响因素对推进剂老化及贮存失效期限的影响。
分别从微观和宏观角度出发,分析了内外部各种影响因素加速或减缓固体推进剂老化进程的作用机制。
此外,针对黏合剂、氧化剂、防老剂等化学组分,总结了固体推进剂贮存老化期间发生的氧化交联、分解、降解断链等主要化学反应,并分析了各个反应发生的机理及原因。
最后,展望了未来固体推进剂老化影响因素研究的发展趋势,并为今后固体推进剂老化机理及失效模式研究提供了研究思路。
关键词:固体推进剂;老化过程;影响因素;作用机制;化学反应;机理;失效模式中图分类号:V512 文献标识码:A 文章编号:1672-9242(2023)10-0064-13DOI:10.7643/ issn.1672-9242.2023.10.008Affecting Factors and Chemical Reaction Mechanism of CompositeSolid Propellants during the Aging ProcessHUO Wen-long, XIE Li-na, SUN Xue-ying, ZHANG Ting-ting, ZHANG Jian,XIA De-bin, YANG Yu-lin, LIN Kai-feng*(School of Chemistry and Chemical Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)ABSTRACT: Based on storage aging of solid propellants, the research progress of various affecting factors, action mode and chemical reaction mechanism on the aging process of solid propellants in recent years is reviewed with NEPE propellants and HTPB propellants as the representatives. The effects of external environmental factors such as temperature and humidity, stress and ambient atmosphere, formula properties, composition changes and additives on propellant aging and storage failure time are summarized. The mechanism of internal and external factors to accelerate or slow down the aging process of solid propellant is analyzed from micro and macro perspectives. In addition, the oxidative crosslinking, decomposition and chain breaking of chemical components such as adhesives, oxidants and antioxidants during propellant aging are summarized, and the mechanism and reasons of each reaction are analyzed. Finally, the future development trend of the research on the affecting factors of solid propellant aging is prospected, and the research routes for the research on the aging mechanism and failure mode of solid pro-pellant in the future are provided.收稿日期:2023-09-14;修订日期:2023-10-14Received:2023-09-14;Revised:2023-10-14引文格式:霍文龙, 谢丽娜, 孙雪莹, 等. 固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展[J]. 装备环境工程, 2023, 20(10): 64-76. HUO Wen-long, XIE Li-na, SUN Xue-ying, et al. Affecting Factors and Chemical Reaction Mechanism of Composite Solid Propellants during the Aging Process[J]. Equipment Environmental Engineering, 2023, 20(10): 64-76.*通信作者(Corresponding author)第20卷第10期霍文龙,等:固体推进剂老化过程影响因素及化学反应机理研究进展·65·KEY WORDS: solid propellant; aging process; affecting factors;action mode; chemical reaction; mechanism; failure mode固体推进剂是固体火箭发动机的能源材料,它能够在燃烧过程中快速释放出化学能量,同时产生高温气体产物。
nepe推进剂的热分解(ⅰ)粘合剂的热分解
nepe推进剂的热分解(ⅰ)粘合剂的热分解摘要:本文旨在研究热分解(thermal decomposition)对NEPE(Non-Explosive Propulsion Element)推进剂的影响。
使用的测试方法是采用微分扫描量热(DSC),以研究其温度、比表面积以及粘合剂的影响。
结果表明,当温度升高时,NEPE推进剂放出一定数量的碳氢物质,该过程需要热量。
DBC测试结果显示,当温度升高时,NEPE推进剂的粘合剂出现了明显的热分解。
此外,比表面积也对NEPE推进剂的热分解有显著影响,随着比表面积的增加,热分解的速率也会增加。
关键词:NEPE,热分解,DBC,比表面积正文:NEPE推进剂具有独特的性能,因而广泛用于航天技术。
然而,由于其粘合剂对高温环境不稳定,NEPE推进剂受到热分解的严重影响。
因此,就本文而言,研究NEPE推进剂的热分解特性及其与粘合剂的相互作用是十分重要的。
为了研究NEPE推进剂的热分解特征,本文采用微分扫描量热(DSC)技术研究了其温度、比表面积以及粘合剂的影响。
实验结果表明,当温度升高时,NEPE推进剂释放了一定数量的碳氢物质,并且过程中需要消耗大量热量。
此外,DBC实验结果显示,当温度升高时,NEPE推进剂的粘合剂具有明显的热分解特性。
同时,比表面积也对NEPE推进剂的热分解有显著影响,随着比表面积的增加,热分解的速率也会增加。
总的来说,本文通过对NEPE推进剂热分解的研究,发现温度、比表面积以及粘合剂均会对NEPE推进剂的热分解产生重要影响。
这些研究结果有助于提高NEPE推进剂在航天技术中的可靠性和可靠性。
NEPE推进剂能够实现平衡重力推力,因此可以广泛应用于航天领域。
例如,NEPE推进剂可用于卫星技术,可以提供可控性、耗能低、操作可靠等优点,在卫星寿命管理中发挥重要作用。
此外,利用NEPE推进剂可以实现太空帆船技术,可以为探测深空太空提供更大的自由度和更灵活的操作性。
ADN及其固体推进剂燃烧特性的研究进展
130火炸药学报Chinese Journal of Explosives&Propellants第卷第2期2 0 2 1年!月D O I:10. 14077/j. issn. 1007-7812.201906018ADN及其固体推进剂燃烧特性的研究进展李雅津,谢五喜,刘运飞,杨洪涛,黄海涛,张伟,李军强,樊学忠(西安近代化学研究所,陕西西安710065)摘要:系统介绍了二硝酰胺铵(ADN)燃烧的最新研究动态,综述了国内外近年来报道的A D N燃烧时发生的物理化学变化、A D5燃烧机理、催化剂/A D N混合物燃烧性能以及A D5基固体推进剂燃烧特性的最新研究进展。
首先指出了A D N的燃烧主要受凝聚相反应控制,AD N燃烧波结构包括固相层、泡沫层(包括固-气和液-气)和气相层;其次,总结了A D N基固体推进剂燃烧特性的研究现状,对现有研究中存在的局限性进行了分析;最后,指出继续开发适用于A D N基固体推进剂的新型燃烧催化剂是今后研究的重点方向之一。
另外,随着非异氰酸酯固化体系在ADN基固体推进剂中的应用,需进一步加深A DN基固体推进剂燃烧性能的研究,尤其是三唑环的引入对A D N热分解及推进剂中其他组分热分解的影响。
关键词:物理化学%二硝酰胺铵;A D N;燃烧特性;燃烧催化剂;固体推进剂中图分类号:T)55;V512 文献标志码:A 文章编号!007-7812(2021)02-0130-09Research Progress on Combustion Characteristics of ADN and ADN-Based Propellants LIY a-jin,XIEW u-xi, LlUYun-fei,YANGHong-tao,HUANGHai-tao,ZHANG W ei, LI Jun-qiang,FANXue-zhong(X i’anModern Chemistry Research Institute,Xi’an 710065,China )A b s tra c t:The latest development trends in combustion of ammonium dinitramide(ADN) were introduced systematically,andthe physicochemical process of ADN combustion,the combustion mechanism,combustion performance of catalyst/ADN mixtures ,and combustion characteristics of ADN-based propellants were summarized. The combustion of ADN is mainly controlledby the condensed phase reaction , and the combustion wave structure includes a solid phase layer , a gas and liquid-gas) and a gas phase layer. At the same time , the research of ADN-based solid propellant combustion ch istics was summarized,and the limitations of current research were analyzed. tt indicates that developing novel combustioncatalysts for ADN-based propellants is one of the future directions. With the application of non-isocyanate curin propellant,it is necessary to further deepen the study of its combustion properties , especially the effects of triazole ring on thethermal decomposition of other components in the propellant.K eyw ords:physical chemistry;ammonium dinitramide;ADN;combustion characteristics;combustion catalyst;solid propellant引言二硝酰胺铵(ADN)是近几年来研究较为广泛的 新 氧化剂之一[13],其 种 含能化合物(NH4+N(NO2)Z)。
燃速催化剂LBC对GAP推进剂主要组分热分解行为的影响
Efe t o e d・ a tb r i g r t a a y t LBC n t e m a f c fl a s l u n n - a e c t l s o h r l
d c m p sto e a ir fke o siu n s o eo o iin b h vo so y c n tt e t fGAP r p l n p o el t a
解行 为 的影 响研究 较 少 。
因此 , 文制 备 了含燃 速催 化 剂 L C 的 A HM 本 B P、 X
和 G P粘 合剂 样 品 , 过 线 性 升温 条 件 下 的 D CT A 通 S —G
分 析手 段 , A 对 P和 A / B 、 P L C HMX和 H / B 以及 MX L C
o fLBC h n o iu n u n e o x te mi a tt fn tae e tr n u e GAP. tte e s sn tvsbe frt to X. a a bvo si f e e n e oh r cqu i o ir t se sa d p r s l n y Bu h a e i o ii l o ha fHM
hai -pm d .1 hrc r t auso em eo oio n e h s f A A / B , H et gu oe Iecaati i V e fh r a dcmpsi a dw i tos o n } l e sc l t l tn g l r( P, P L C) ( MX, M / B >ad H X L C n
高能燃烧剂(BHN)对富燃料推进剂特性的影响
第3 6卷 第 5期
J o u na r l o f S o l i d R o c k e t T e c h n o l o g y Vo l _ 3 6 N o . 5 2 0 1 3
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同 能燃 烧 剂 ( B HN) 对 富 燃 料 推 进 剂 特 性 的 影 响④
b u ni r n g d e v i c e . A l s o , t h e m e c h a n i c a l s e n s i t i v i t y ( i m p a c t s e n s i t i v i t y a n d f i r c t i o n s e n s i t i v i t y ) o f B H N a n d f u e l r i c h p r o p e l l a n t w i t h B H N
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庞维强 , 樊学忠 , 赵凤起 , 张
( 1 . 西安近代化学研究所 , 西安
伟 , 胥会祥 , 刘芳莉 , 谢 五喜 , 闫
Байду номын сангаас宁
7 1 0 0 6 5 ; 2 . 西 安近代化学研 究所 燃烧与爆炸技术重点实验室 , 西安
7 1 0 0 6 5 )
摘要 : 通 过 激 光 粒 度 仪 分 析 了 高 能燃 烧 剂 ( B H N) 的粒径及粒径分布 , 利用 D S C和 T G . D T G热分析仪分 析 了 B HN及 含
燃料推进剂的质量燃烧 热值和体 积燃烧热值 均增大 , 而 密度 减 小; B HN的撞 击感度 和摩擦 感度均较 低 , 随着 B H N含 量 的
增加 , 富燃料推进 剂的撞击感度增加 , 而摩擦 感度没有明显的 变化 ; 富燃料推进 剂的燃速 和燃速压强指数随 B H N含量 的增
GAP高能推进剂燃速数值模拟 (1)
‰靠D。∽M。)以、gAP和鼬带人式(5),则GAP高能推
进剂的燃速公式如下:
成与配比。在20℃下,单质推进剂的燃速公式为 H(p)=1.709p酲(p)/o
Numerical simulation for burning
rate of GAP
high-energy propellant
LI Miao—mia01 t2,WANG Yue3,GUO Xiao—de2,SONG Hong.chan92,LI Feng.shen92
(1.CoHege
of Defense and
万方数据
2009年lO月
固体火箭技术
第32卷
质量分别记为6,、y,、q邻和a,'其数值可通过分析单质
推进剂的化学结构和热分解机理而求得。在这些气相 组分中,氧化性气体的摩尔分数大小决定了单质推进 剂燃速的大小,可裂解自由基的裂解反应程度决定了 单质推进剂分解的程度,也决定了燃烧表面气相的组
数^,以。。魄M。)^.、g。,和gm这些参数分别是相对
阶段475~537 K,放出大量的热,失重42%,失去本身 所含氮的68%;第二个阶段是温度高于537 K,放热较 少,且进行得较为缓慢,光谱分析显示,叠氮基在第一 阶段分解产生N:,接着分子发生重排生成聚亚胺和聚 丙烯腈,伴随着生成H:。热解的最终产物包括N:、
C2H6、C2H4、CO、HCN、NH3、CH20、CH4、C3H8、C02、
K,Thakre P,Yang
Flame,2002,131:227-
为合理,编制的GAP高能推进剂燃速计算程序较为理
含FOX-12的高燃速HTPB推进剂性能
含FOX-12的高燃速HTPB推进剂性能胥会祥;赵凤起;庞维强;李勇宏;杨建;刘子如【摘要】为降低高燃速HTPB推进剂的感度,探讨了N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12)对该推进剂能量性能、燃烧性能和安全性能的影响.结果表明,FOX-12使推进剂的燃温(Tc)、平均相对分子质量(M)和爆热(Qv)均降低,但对推进剂比冲(Isp)的影响较小,FOX-12含量为5%时,Isp降低约0.458%.随FOX-12含量增加,相同压力下的推进剂燃速降低,但推进剂摩擦感度、撞击感度和静电火花感度均逐步降低;当FOX-12含量为5%,在4~10 MPa下,推进剂燃速的降幅最大为4.75%,而摩擦感度由96%降至68%.由于FOX-12的真空安定性差于AP,含FOX-12推进剂的热安定性降低,但能满足应用要求.FOX-12的氧平衡为负,这可能使推进剂氧化性分解产物与HTPB粘合剂、Al等组分的反应速率降低,促使推进剂耐烤燃的性能增强.总之,FOX-12能显著提高高燃速HTPB推进剂的应用安全性.%In order to reduce sensitivity of high burning rate HTPB propellant, the effect of N-guanylurea-dianitramide ( FOX-12) on energy performance,combustion characteristic,and security performance of the propellant were discussed. Results show thatFOX-12 leads to the decrease of Tc ,M and Q, ,but has less effect on Iap of propellants. When the content of FOX-12 is 5% ,Iap of the propellant is lower about 0. 458% compared with basic formulation. With the increasing of FOX-12 content,the burning rate of propellants decreases at the same pressure, and the friction sensitivity, impact sensitivity and electrostatic spark sensitivity of propellants reduce gradually. When the content of FOX-12 is 5% ,the maximum decline of burning rate is 4.75% at 4 ~ 10 Mpa,but the friction sensitivity of thepropellant reduces from 96% to 68%. Because the vacuum stability of FOX-12 is lower than that of AP, the thermal stability of propellant with FOX-12 decreases accordingly, but meets the application requirements. The negative oxygen balance of FOX-12 may reduce the reaction rate among oxidative products of decomposition with HTPB,Al,and other ingredients, and enhance the performance of resistance to slow cook-off test. In short, FOX-12 can improve the application security of the propellant significantly.【期刊名称】《固体火箭技术》【年(卷),期】2011(034)006【总页数】5页(P745-749)【关键词】FOX-12;高燃速HTPB推进剂;能量性能;燃烧性能;安全性能;慢烤试验【作者】胥会祥;赵凤起;庞维强;李勇宏;杨建;刘子如【作者单位】西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】V5120 引言高燃速HTPB推进剂是广泛应用的一类推进剂,在载人飞船逃逸系统发动机、小动量姿态控制火箭发动机和多种战术型号发动机上已得到应用。
推进剂资料
3. 2含TNAZ的NEPE推进剂以PET为粘合剂, NG /DEGDN 混合物(质量比为11)为增塑剂, 增塑比为2, 固体含量为75% , 分别计算了以表1中各化合物为氧化剂时NEPE 推进剂的能量水平。
首先, 固定铝粉含量为15% , 改变高能氧化剂与AP的相对组成, 性能计算结果如图1所示。
从图1可看出, 推进剂的理论比冲均随AP含量增加而呈下降趋势( DNTF除外)。
因此, 从能量角度考虑, 以不加AP为有利。
其次, 固定AP含量为20% , 改变高能氧化剂/A l的相对含量, 其能量变化关系如图2 所示。
从图2可看出, 推进剂比冲均随铝粉含量增加而出现一极大值; TNAZ对推进剂的能量贡献最大, 推进剂最大理论比冲可达2 671. 1 N·s/kg。
3.4 在NEPE推进剂体系中的应用宋会彬等[34-36]将HNIW 应用到NEPE 推进剂中,分别进行了HNIW 含量、粒度对NEPE 推进剂能量性能、燃烧性能、力学性能的影响规律的研究,以及推进剂热分解特性的研究,结果表明HNIW 加入后推进剂的燃速增加明显,燃速压力指数变化不大,在HNIW 粒度为105~125 μm 时,其燃速达到最高,燃速压力指数达到最低,推进剂的力学性能未能改善;在粒径为125~154 μm 时,力学性能最佳,且对于低铝粉含量的NEPE推进剂,用HNIW 代替RDX 后能量提高显著,实验发现HNIW的分解受硝酸酯影响有提前的现象。
孟征等人[37]通过对比研究发现含密胺树脂包覆ε- HNIW的NEPE推进剂的最大延伸率比含未包覆的ε-HNIW 的NEPE 推进剂提高75.2%,断裂延伸率提高62.16%,“脱湿”问题得到明显改善,表面HNIW 脱落较少,黏合结实。
杨寅等人[38]采用热塑性聚氨酯弹性体,通过水-溶液悬浮法对HNIW进行了有效包覆,并对弹性体包覆HNIW对含HNIW 的NEPE 推进剂常温力学性能、燃烧性能进行研究发现,热塑性弹性体包覆的HNIW 对上述推进剂性能有较大改善。
纳米镍粉对Al-CMDB和CL-20-CMDB推进剂燃烧性能的影响
纳米镍粉对Al-CMDB和CL-20-CMDB推进剂燃烧性能的影响袁志锋;赵凤起;张教强;宋秀铎;高红旭;郑伟;王瑛;裴江峰;王晶【摘要】To investigate the effect of nano-nickel powder with particle size of 50nm on the combustion properties of Al-CMDB and CL-20-CMDB propellants, the propellant samples were prepared through the rolling-absorption method. The burning rates of the propellants were measured by the target line method and the pressure exponents were calculated. The reason of how nano-nickel powder affect the combustion properties of Al-CMDB propellant was studied by flame photo, burning wave, DSC, morphology and elemental analysis of flameout surface. The results show that in Al-CMDB propellant, adding nano-nickel powder can greatly improve the burning rate and reduce the pressure exponent of the propellant. The burning rate of the propellant at 10MPa reaches35.59mm/s, the pressure exponent between 8-20MPa reduces from 0.43 to 0.17, and the propellant appears mesa effect between 15-20MPa when adding 0.7% (mass fraction)nano-nickel powder into the Al-CMDB propellant. In CL-20-CMDB, adding 0.5%(mass fraction)nano-nickel powder to CL-20-CMDB propellant can increase the burning rate of the propellant greatly at 4-10MPa,the pressure exponent between 8-20MPa is about 0.01 and the propellant appears mesa effect between 15-20MPa.%为了研究粒径为50nm的纳米镍粉(nano-Ni)对含Al改性双基(Al-CMDB)推进剂、含六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)改性双基(CL-20-CMDB)推进剂燃烧性能的影响,通过吸收-压延的方法制备了推进剂样品,用靶线法测试了推进剂的燃速,并计算了压强指数.通过电镜扫描、火焰照片、燃烧波、熄火表面形貌及元素分析和DSC分析了纳米镍粉对Al-CMDB推进剂燃烧性能影响的原因.结果表明,在Al-CMDB推进剂中加入nano-Ni可大幅度提高推进剂燃速,降低推进剂的压强指数;当加入质量分数0.7%的nano-Ni时推进剂10MPa的燃速达到35.59mm/s,8~20MPa压强指数从0.43降低至0.17,15~20MPa出现麦撒效应.在CL-20-CMDB推进剂中加入质量分数0.5%的nano-Ni能明显提高推进剂的中低压(4~10MPa)燃速,8~20MPa压强指数约为0.01, 15~20MPa出现麦撒效应.【期刊名称】《火炸药学报》【年(卷),期】2016(039)005【总页数】5页(P99-103)【关键词】材料化学;纳米镍粉;推进剂;燃烧性能;燃速;麦撒效应【作者】袁志锋;赵凤起;张教强;宋秀铎;高红旭;郑伟;王瑛;裴江峰;王晶【作者单位】西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西北工业大学理学院,陕西西安 710072;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西北工业大学理学院,陕西西安 710072;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;西安近代化学研究所燃烧与爆炸技术重点实验室,陕西西安 710065;湖北三江航天红林探控有限公司,湖北孝感 432100【正文语种】中文【中图分类】TJ55;V512纳米材料作为一种新型功能材料已得到国内外广泛关注,如纳米金属粉、纳米氧化物、纳米复合材料、纳米碳的制备等,而对于各种纳米材料(包括纳米复合物等)在双基体系推进剂中的应用也有大量文献报道[1-10]。
浅谈固体推进剂燃烧催化剂的评判标准
观观点点浅谈固体推进剂燃烧催化剂的评判标准1燃烧催化剂的技术内涵固体推进剂的燃烧性能调节是实现其工程化应用的必要途径。
燃烧催化剂作为固体推进剂的核心功能组分,可在调节固体推进剂燃速,控制能量释放和羽流特征信号等方面起重要作用。
目前,对固体推进剂燃烧催化剂的研究主要包括四方面:一是设计制备新型多功能燃烧催化材料并表征其结构和稳定性;二是评估新型催化剂与推进剂组分的相容性和安定性;三是分析燃烧催化剂对推进剂主要组分的催化热分解动力学及机理;四是探讨催化条件下固体推进剂的燃速压力指数、火焰结构与燃烧波温度的变化规律(Q L Yan ,F Q Zhao ,K K Kuo ,et al.Catalytic effects of nano additives on decomposition and combustion of RDX⁃,HMX⁃,and AP⁃Based energetic compositions [J ].Prog Energ Combust Sci ,2016,57:75-136)。
固体推进剂的燃烧催化剂种类繁多,传统复合固体推进剂燃烧催化剂主要是铵盐及有机胺、过渡金属氧化物、过渡金属氟化物、二茂铁及其衍生物、铜盐及其螯合物,燃速通常为10~30mm·s -1,压力指数为0.3~0.5。
双基推进剂常用燃烧催化剂有无机铅、铜氧化物(PbO 和CuO 等)、有机酸的铅铜盐、有机金属配合物(二茂铁、苯二甲酸铅、碳硼烷及其衍生物等)。
其主要作用是使固体推进剂的低压燃速增加,但作用范围有限,且这些惰性燃烧催化剂如果加入量过大会降低能量性能。
为了提高催化效率,降低催化剂的使用量,又发展了多种双金属基多功能燃烧催化剂,其作用效果更加显著,某些双金属多功能燃烧催化剂能使推进剂燃速高达100mm·s -1以上,压力指数降为零,出现压力平台燃烧效应。
这类燃烧催化剂包括金属铅铜双金属配合物、金属铋基双金属配合物、金属锆基双金属配合物、双金属复合氧化物、光吸收型燃烧催化剂等(赵凤起,仪建华,安亭,等,固体推进剂燃烧催化剂[M ].北京:国防工业出版社,2016:1-25.)。
含和不含催化剂的高能RDX-XLDB推进剂热分解特性研究
含和不含催化剂的高能RDX-XLDB推进剂热分解特性研究赵凤起;李丽;李上文;阴翠梅;刘子如
【期刊名称】《含能材料》
【年(卷),期】1999(7)2
【摘要】利用DSC研究在不同压力下含和不含催化剂的高能RDXXLDB推进剂的热分解特性。
结果表明:在推进剂热分解过程中,含量占60%的RDX分解放热峰占主导地位,是主分解峰,且随着压力升高,峰温向低温移动。
主分解峰温越低,燃速越高,含催化剂的推进剂比不含催化剂的主分解峰温低。
【总页数】4页(P70-73)
【关键词】RDX-XLDB;推进剂;热分解;催化剂;双基推进剂
【作者】赵凤起;李丽;李上文;阴翠梅;刘子如
【作者单位】西安近代化学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V512.2
【相关文献】
1.含HNIW的NEPE推进剂的热分解特性研究 [J], 李杰;张维;罗运军;赵辉;马俪芳;谭惠民
2.复合催化剂热分解特性与平台推进剂催化燃烧性能关系的初探 [J], 杨栋;李上文;宋洪昌
3.含纳米金属粉高能推进剂热分解性能和燃烧火焰结构分析 [J], 徐景龙;阳建红;王
华
4.固体推进剂燃烧催化剂─苯甲酸铜盐及其衍生物的热分解研究Ⅱ双取代基苯甲酸铜盐的热分解机理 [J], 刘子如;阴翠梅;孔扬辉;吴承云
5.催化剂对HMX/AP/HTPB推进剂热分解特性的影响 [J], 朱慧;张仁
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AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响
AP颗粒尺度对复合底排推进剂燃速的影响成西会;余永刚【摘要】为了解复合底排推进剂中AP氧化剂的含量及AP颗粒的大小对推进剂表观燃速的影响,利用一种综合燃烧模型,通过对燃烧过程的简化,计算了AP氧化剂不同粒径尺寸对底排推进剂燃速的影响,并和实验结果进行了比较.在此基础上,对不同AP含量的底排推进剂燃速进行了预测计算.结果表明,AP含量越高,底排推进剂的燃速越大;AP颗粒尺寸与底排推进剂燃速是非线性、非单调变化的关系.当AP粒径小于150μm时,AP颗粒尺寸越大,推进剂燃速越低;但AP粒径等于200μm时的推进剂燃速略高于150μm时的燃速.%To study the effects of weight and particle size of AP on burning rate of composite base bleed propellant (CBBP), a comprehensive model was used to simplify and simulate the combustion process. The effect of particle size of AP on burning rate of CBBP was calculated,and the calculated results were compared with experimental results. On this basis, the burning rates of CBBP with different weight of AP were predicted. The results show that the burning rate increases with the increase of the weight of AP, and the relationship between particle size of AP and burning rate is non-linear and non-monotonic. While the AP particle size is less than 150μm, the larger the particle size,the lower the burning rate,the burning rate while the AP particle size is 200μm is slightly higher than that while the size is 150 μ.【期刊名称】《弹道学报》【年(卷),期】2012(024)002【总页数】4页(P69-72)【关键词】复合底排推进剂;燃速;AP颗粒尺度【作者】成西会;余永刚【作者单位】南京理工大学能源与动力工程学院,南京210094;南京理工大学能源与动力工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ763复合底排推进剂是由氧化剂、粘合剂、金属添加剂、催化剂等组成的非均相混合物,其燃烧过程和燃烧机理非常复杂.根据对燃烧过程中火焰结构的简化方式不同,国内外学者先后提出了许多复合推进剂的燃烧模型[1],代表性的气相型燃速模型有:粒状扩散火焰模型(GDF)和CHFY多层火焰模型等;凝相型燃烧模型有:BDP多火焰和PEM(Petite Ensemble Model,PEM)模型等.燃速是表征推进剂燃烧性能的一个重要参数,底排推进剂的燃速特性直接影响底排弹的性能.影响底排推进剂燃速的主要因素有配方、原料性状、制造工艺、催化剂、燃烧状态等.其中底排推进剂中氧化剂AP的含量和AP颗粒粒径大小直接影响复合底排推进剂高氯酸氨/端羟基聚丁二烯(简称 AP/HTPB)的燃速.研究 AP粒度对底排推进剂燃速的影响,对调节和稳定底排推进剂的燃烧性能具有重要作用.关于AP粒径对推进剂燃速影响的实验研究已有很多[2~5],但相应的理论计算报道较少[6~8].本文采用一种简化的综合燃烧模型,模拟了复合底排推进剂的燃烧特性,计算了不同AP含量与颗粒粒径对推进剂燃速的影响.1 物理模型对于AP/HTPB推进剂,笔者近似将其看做均匀的单体,认为AP均匀分布在HTPB中,AP相是间断的,HTPB相是连续的.此时的物理模型为①燃烧过程是一维稳定的.②氧化剂和粘合剂的表面分解都遵循阿累尼乌斯速度方程.用HTPB的线性分解速度表征推进剂的燃速.③凝聚相反应集中在燃烧表面上进行,表面反应过程由氧化剂和粘合剂的初始热分解及分解产物间的非均相放热反应组成,且整个表面反应过程为净放热过程.④由于HTPB的热分解温度高于AP的高温分解温度,AP粒子在亚燃面层中就开始分解,并且亚燃面层中放出的热量大于燃面上分解放出的热量[9].⑤燃面上的AP形成一个AP预混火焰,同HTPB分解产物混合后,形成一个最终的预混火焰.考虑终焰对凝聚相表面的辐射热效应.⑥不考虑固相间以及与气相间的热传导效应.2 数学模型根据以上的物理模型,复合推进剂燃烧过程中燃面上的能量守恒方程可以表示为式中为推进剂燃速,ρ为推进剂密度,cs为推进剂平均热容,Ts为燃面温度,T0为推进剂初始温度,Es为终焰对燃面的辐射热量,Q为推进剂凝聚相反应的总热效应.假设推进剂中AP的含量为α1,HTPB的含量为α2,则推进剂的密度和热容为式中,cAP和cHTPB为 AP和 HTPB的热容[10].要精确计算火焰的辐射能量Es非常困难,近似采用灰体辐射公式进行简化计算:式中,黑体系数ε在计算中取值为0.9,TF为终焰绝热温度.推进剂凝聚相反应的总热效应Q可表示为式(7)右边第一项表示AP在亚燃面及燃面分解时凝聚相放热效应,第二项表示HTPB的分解热效应,能量修正因子ξ也与底排推进剂的组分及AP粒径有关,ETH为 HTPB分解热,ETs为AP在亚表面层中分解的放热量,QBG为AP在燃面分解时的放热量[11]:式中,p为压强,γ为压力指数.由假设④可知,ETs要大于QBG的值.β为亚燃面层中的AP分解分数,它受多种因素的影响,最主要的是AP的粒径和燃速.假设在一定条件下,有dz厚度的表面层在亚燃面层中分解,这dz厚度的球壳占整个AP 粒子的质量分数β为式中,D为AP粒径.如果其它参数保持不变时,可以看出随着粒径D的增大,亚燃层中AP分解分数β减小,从而可以判断出方程(7)给出的推进剂的总热效应Q值是减小的,所以由方程(1)求解的燃速是减小的.但实际中推进剂的燃速变化还受粘合剂HTPB的影响,是两者综合效应的结果.粘合剂HTPB的线性分解速度为式中,A为经验参数,EH为 HTPB的分解活化能,Ru为气体常数.由于复合推进剂中AP颗粒粒径存在一定分布,本文采用数学统计平均值作为推进剂中AP颗粒的名义值.另外,推进剂燃速的计算结果也是燃面表观统计平均值.3 结果与讨论计算中采用文献[8]的条件,复合推进剂中不含其它的杂质,AP的含量是87.4%,粘合剂HTPB为12.6%,压强为670kPa,复合推进剂的初始温度为20℃.表1给出了不同AP粒径推进剂燃速的计算值和实验值的比较.实验中使用不同配比的推进剂,按其比例计算出推进剂中AP的平均粒径值.由表1可以看出,计算得到的推进剂燃速与实验测量值的变化规律基本是一致的,粒径增大,燃速减小;AP粒径在200μm左右的燃速却要比150μm时略高一些.而且AP粒径越小,计算值与实验值之间的差别就越大,而随着AP粒径的增大,两者之间的差别是减小的,其误差约为1%~13.6%.表1 不同AP粒径计算的燃速值和实验值的比较计算值实验值[8]D/μm /(cm·s -1)D/μm /(cm·s-1)13 3.142 13.024 3.636 24 3.088 23.606 2.903 38 2.724 38.541 2.626 45 2.187 45.286 2.118 96 1.473 95.872 1.417 100 1.358 99.520 1.364 118 1.318 117.599 1.171 135 1.284--150 1.254--1651.280--172 1.319 171.811 1.316 185 1.408--200 1.639--203 1.415 203.150 1.405在计算了AP颗粒直径影响复合底排推进剂燃速的基础上,同时就复合推进剂初始温度对其燃速的影响进行了简单的研究,AP含量及压强不变,结果如图1所示.可以看出,在T0为20℃、30℃和40℃时,随着复合推进剂AP/HTPB初始温度的升高,推进剂的燃速也逐渐增大;同一温度下,燃速随粒径的变化趋势是一致的.小粒径时温度对燃速的影响明显大于大粒径时的情况.T0=40℃时,计算得到AP 粒径为20μm的推进剂燃速相比T0=20℃时增加了64.1%,而150μm粒径处的增幅是17.9%.计算给出了4种不同初始温度的燃速值,但是T0=50℃的曲线位于T0=30℃和T0=40℃的曲线中间,即此时复合推进剂的燃速大于30℃而小于40℃时的值,由前面的数学推导可以看出,假定推进剂中AP含量不变,温度对其辐射能量和总热效应的影响忽略不计,推进剂的初温T0直接决定了推进剂表面的温差和热容cs的值,随着T0的升高,前者是减小的,而后者是增大的,两者的乘积不是线性增加或者减小的.因此产生了计算中T0=50℃时的推进剂燃速相比于T0=40℃时不升反降的情况.图1 AP底排推进剂初始温度不同时燃速变化曲线影响底排推进剂燃速的主要因素除了AP粒径外,还有AP含量.在上述计算结果的基础上,分别针对AP含量为75%和82%的底排推进剂开展了AP粒径对燃速影响的预测计算,结果如图2所示.由图可见,2种含量下,底排推进剂的燃速变化规律是一样的,即AP含量越高,燃速越大.张洪林等人[3]对底排推进剂的燃速与AP颗粒直径的关系也进行了实验研究,其实验结果显示的规律与本文计算得到AP粒径小于150μm时的规律是一致的,即AP粒径越大,底排推进剂的燃速越低.但是当AP粒径再继续增大到200μm时,利用模型得到的推进剂燃速有略微的升高.图2 不同含量和不同粒径的AP底排推进剂燃速变化曲线4 结论在计算的底排推进剂AP颗粒粒径范围内,通过比较,可以得出如下结论:①当底排推进剂中氧化剂AP含量为87.4%时,AP颗粒尺寸与底排推进剂燃速呈现非线性、非单调的振荡变化关系.AP粒径小于150μm时,粒径越大,推进剂燃速越小;但AP粒径为200μm时的燃速要比150μm时高一些,计算结果与实验结果吻合较好.②推进剂初始温度的变化也会引起其燃速的改变,但是温度的影响是一个综合因素,不能以此作为改变推进剂燃速的方法.在某一范围内,温度的升高对其燃速的增加是正效应,超出此温度范围后对推进剂燃速则是负效应.初始温度不同时,不同粒径推进剂的燃速变化趋势是一致的.③预测了AP含量为82%和75%时的底排推进剂燃速随粒径的变化特性.结果表明,AP含量越高,推进剂燃速越大.当AP含量一定时,AP粒径对推进剂燃速影响的变化规律是一致的.通过以上的计算、预测和分析可以看出,AP粒径的大小与底排推进剂的燃速有紧密的关系,它直接影响推进剂的燃烧性能,预测的燃速变化规律也与实验结果一致,对了解推进剂的燃烧机理有一定的参考价值.参考文献【相关文献】[1]GUO K K,SUMMERFIELD M.Fundamentals of solid-propellant combustion[M].Beijing:China Astronautic Publishing House,1994.[2]吴婉娥,毛根旺,王英红,等.AP含量及粒度级配对含硼富燃推进剂压强指数的影响[J].固体火箭技术,2007,30(4):332-334.WU Wan-e,MAO Gen-wang,WANG Ying-hong,et al.Effects of AP content and granularity gradation on pressure exponent of boron-based fuel-rich propellant[J].Journal of Solid Rocket Technology,2007,30(4):332-334.(in Chinese)[3]封锋,陈军,郑亚,等.高燃速丁羟推进剂燃速可调节性研究[J].弹道学报,2010,22(1):72-78.FENG Feng,CHEN Jun,ZHENG Ya,et al.Research on regulation of burning rates of high burning rate HTPB propellant[J].Journal of Ballistics,2010,22(1):72-78.(in Chinese)[4]张洪林,刘宝民,焦宗平,等.AP粒度对底排药燃速的影响[J].火炸药学报,2010,33(4):66-68.ZHANG Hong-lin,LIU Bao-min,JIAO Zong-ping,et al.Effect of particle sizeof AP on burning rate of base bleed charge[J].Chinese Journal of Explosives & Propellants,2010,33(4):66-68.(in Chinese)[5]贺南昌,王学锋,程根旺.高氯酸铵(AP)粒度对端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂燃烧特性的影响[J].火炸药学报,1984,(6):1-8.HE Nan-chang,WANG Xue-feng,CHENG Gen-wang.Effect of AP particle size on HTPB propellant combustion[J].Chinese Journal of Explosives & Propellants,1984,(6):1-8.(in Chinese)[6]陈胜,刘云飞,姚维尚.组分对高能 HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响[J].火炸药学报,2007,30(5):62-65.CHEN Sheng,LIU Yun-fei,YAO Wei-shang.Effect of components on combustion and mechanical properties of HTPB propellant with high energy[J].Chinese Journal of Explosives &Propellants,2007,30(5):62-65.(in Chinese)[7]张领科,周彦煌,陆欣,等.某底排弹底排装置工作期间内部流场的数值模拟[J].含能材料,2010,18(2):217-221.ZHANG Ling-ke,ZHOU Yan-huang,LU Xin,et al.Numerical simulation of interior flow field in a base bleed unit during working[J].Chinese Journal of Energetic Materials,2010,18(2):217-221.(in Chinese)[8]赵银,田德余,江瑜.AP复合固体推进剂燃烧模型[J].宇航学报,1988,4:15-23.ZHAO Yin,TIAN De-yu,JIANG Yu.A model of composite solid propellant combustion[J].Journal of Astronautics,1988,4:15-23.(in Chinese)[9]李秋田,张仁,单复,等.过氯酸铵(AP)和端羟基聚丁二烯(HTPB)混合物热分解过程中的凝聚相反应[J].推进技术,1985,(3):76-82.LI Qiu-tian,ZHANG Ren,SHAN Fu,et al.Condense phase reaction during of AP/HTPB thermal decomposition[J].Journal of Propulsion Technology,1985,(3):76-82.(in Chinese)[10]叶大伦,胡建华.实用无机化合物热力学数据手册[M].第2版.北京:冶金工业出版社,2002.YE Da-lun,HU Jian-hua.Manual of inorganic compounds data[M].2nd ed.Beijing:Metallurgical Industry Press,2002.(in Chinese)[11]赵银,田德余,江瑜.过氯酸铵(AP)的爆燃模拟研究[J].计算机与应用化学,1987,4(1):77-78.ZHAO Yin,TIAN De-yu,JIANG Yu.Simulation of AP deflagration[J].Journal of Computers and Applied Chemistry,1987,4(1):77-78.(in Chinese)。
含CL-20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响
含CL-20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响38火炸药ChineseJournalofExplosives&Propellants第31卷第2期2008年4月含CL一20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响丁黎,赵凤起,刘子如,张腊莹,衡淑云(西安近代化学研究所,陕西西安710065)摘要:为深入了解含CL一20的NEPE推进剂的燃烧机理,借助热重一微商热重(TG—DTG)试验研究了含CL一20的NEPE推进剂的热分解特性,探索了主要组分NG,CI一20和AP之间的相互作用.结果表明,该推进剂的热分解过程分为3个阶段:增塑剂(NG)的挥发和分解,PEG和CL20的分解,AP的分解.CL20和AP的存在均促进了黏合剂体系中NG与PEG的分解,且CL一20的促进作用强于AP,CL一20的分解产物加速了AP的分解,A1粉在该体系中与其他组分的相互作用较弱.关键词:物理化学;CL一20;NEPE推进剂;热分解;相互作用中图分类号:TJ55;V512文献标志码:A文章编号:10077812(2008)020038—05 TheInteractionbetweentheComponentsinNEPEPropellantContainingCL一20 DINGLi,ZHAOFeng—qi,LIUZi—ru,ZHANGLa—ying,HENGShu—yun (XianModernChemistryResearchInstitute,Xian710065,China)Abstract:Thetherma1decompositioncharacteristicsofNEPEpropellantcontainingCL一20(CL一20一NEPEpropellant)andinteractionbetweenthecomponents,suchasNG,CL一20andAPinNEPEpropellantcontainingCL一20,werestudiedbythermogravimetry(TG).Theresultsshowthatthethermaldecomposition ofCL一20一NEPEpropellantproceedsinthreestages,firstlythevolatilizationanddecompositionofnitra teester,secondlythedecompositionofPEGandCL一20,thirdlythedecompositionofAP.ThedecompositionofNGandPEGinbinder wereimprovedwiththeexistenceofCL一20andAP.TheimprovingeffectofCL20isgreaterthanthatofAPfor thedecompositionofNGandPEGinbinder.ThedecompositiontemperatureofAPdecreaseb ecauseofthedecompositionproductofCL一20.TheinteractionbetweenA1andotheringredientsisnotobvious.Keywords:physica1chemistry;CL一20;NEPEpropellant;therma1decomposition;interaction引言NEPE推进剂综合了双基推进剂和复合推进剂的优点,是目前能量性能和力学性能优异的新型推进剂,代表着高能固体推进剂的发展方向l_J].新型高能量密度材料(HEDM)的出现和迅速发展为进一步提高NEPE推进剂的能量性能提供了有效途径.六硝基六氮杂异伍兹烷(HN1w,CL一2O)是一种高密度多环硝胺立体笼状化合物[2训,是迄今为止密度和能量最高的单质炸药,将CL一2O引入NEPE推进剂对其能量的提高会是一个极大的推动,已成为当前固体推进剂的研究热点之一_4].固体推进剂的燃烧是在高压,高温,快加热速率下沿着表面层层热分解的一个能量释放,质量传递,产物互相作用的过程,热分解是燃烧过程得以存在的前提和基础,它所释放的能量是燃烧波传播的动力,配方中各组分的热分解特性,组分间的相互影响以及整个配方的热分解规律都必然会影响到燃烧过程.因此,了解含CL一2O的NEPE推进剂的分解特性及组分间的相互作用,对研究推进剂的燃烧机理至关重要.本研究利用微商热重(TG—DTG)试验,对含CL一2O的NEPE推进剂的分解特性及组分硝化甘油(NG),CL一2O和高氯酸胺(AP)的相互作用进行研究,为深入了解推进剂的燃烧机理进而为该推进剂的能量和燃烧性能的调节奠定基础.收稿日期:2007—08—02;修回日期:2007—12一O4作者简介:丁黎(1973一),女,硕士,工程师,从事含能材料的热分析研究.第31卷第2期丁黎,赵凤起,刘子如,等:含CL一20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响39l试验部分1.1材料及制备PEG(聚乙二醇),Mn一6000(进口分装),上海浦东高南化工厂;NG,西安近代化学研究所;CL一20(£型),北京理工大学;RDX,H级,甘肃白银银光化学材料厂;固化剂(N一100),NCO质量分数为20.19/6,西安近代化学研究所;2中定剂(C2),太原化工厂;AI粉,盖州市金属粉末厂;AP,大连北方氯酸钾厂.选用的含CL一20的NEPE推进剂配方见表1.推进剂样品采用配浆浇铸工艺,将预先配制好的液料和其余各组分在5立升立式混合机(德国)内混合1h左右,真空浇铸,5OC固化7d,退模.表1含CL一20的NEPE推进剂配方Table1FormulationsofNEPEpropellantcontainingCL一20+w(PEG)/w(NG)/w(N—loo)/w(C2)/w(CL一20)/w(AP)/w(A1)/ %%23.371.73.3NCO7.O21.51.OO.5NC17.O21.51.OO.57ONC27.O21.51.OO.56ONC37.O21.51.OO.5421.2试验仪器热重一微商热重(TG—DTG)试验采用美国TA公司TA910S型TGA仪.1.3试验条件和步骤试样量为1.O~1.5mg,升温速率为2410C/rain,N2流速为100mL/min.2结果与讨论2.1黏合剂体系的热分解黏合剂体系主要由黏合剂(PEG),含能增塑剂NG,固化剂N一1OO和2中定剂组成.图1和图2分别为NG的DSC和TG—DTG曲线以及PDSC曲线.NG在流动气氛的常压DSC和TG—DTG上呈现出的吸热挥发的质量损失多于热分解,由于在TG试验的样品池是敞口的,动态气流量较DSC大,因此在TG的试验条件下液态NG挥发得快,DTG峰温较DSC的低,只有在一定压力下才可看到它的真正放热分解过程.加压条件下,由于挥发被抑制,吸热过程消失,随压力的增大,抑制作用增强,参与分解的NG量增大,气相产物之间以及气相产物与凝聚相之间的二次放热反应也增强,同时热反馈作用也随压力的提高而增强,这几方面因素的共同作用,使分解热△H随压力增大而增大.另一方面,正是由于反应物料的增加和△的增大使放热持续时间延长,分解峰温后移.当压力足够大,挥发被完全抑制时,这种分解峰温后移现象将变慢.图1NG的DSC和TG—DTG曲线Fig.1DSCandTG—DTGcurvesofNG●一1苎一2苗一3图2NG的PDSC曲线Fig.2PDSCcurvesofNG图3为PEG与黏合剂体系的TG—DTG曲线,显示了黏合剂体系中主要组分的分解峰.对比PEG的TG—DTG曲线可知,在黏合剂体系的DTG曲线上, 第一个分解峰为增塑剂的分解(包括升华或挥发),第二个峰是N一100参与固化后的PEG的分解峰,若按增塑剂在配方中的质量分数为21.59/6计,则黏合lO080604020t/℃图3PEG与黏合剂体系的TG—DTG曲线Fig.3TG—DTGcurvesofPEGandbindersystem40火炸药第31卷第2期剂体系中增塑剂质量分数应为71.7,第一个峰的失重量为72.38,也证实了第一个分解峰主要为增塑剂的分解(或挥发).比较PEG与黏合剂体系的TG—DTG曲线可知,由于固化交联的作用,黏合剂体系中的PEG分解推后.2.2NC0的热分解AP,黏合剂体系及NC0的TG—DTG曲线(见图4)给出了AP,黏合剂体系和NC0三种试样的热失重过程,可以看出,NC0的TG曲线上第一个台阶和第二个台阶的质量损失与混合体系中黏合剂体系中的NG与PEG含量一致,分别属于NG的分解及PEG 的分解,此外,NG与PEG分解的DTG峰温都因AP 的存在分别从164.2C和398.2C下降至145.2C和258.8C,显然AP的存在促进了黏合剂体系中NG和PEG的分解.黏合剂体系/AP的TG曲线上第三个台阶与第四个台阶的总质量损失基本上与混合体系中AP的含量一致,且相应的DTG峰温也与单质AP相同,说明混合体系中AP保持了原有的分解特性,未受其他组分的影响,这可能是因为AP分解温度较黏合剂体系中的NG高得多,在TG的实验条件下,NG的分解产物在到达AP分解温度之前已大部分被流动的氮气带走,所以对AP的分解影响小,而PEG的分解产物主要为碳氢碎片,对AP的分解也没有影响,即NG与PEG不影响AP的分解.10068o差24o0图4AP,黏合剂体系及NC0的rG—DI'G曲线Fig.4TG—DTGcurvesofAP,bindersystemandNC02.3NC1的热分解从CL一20与NC1(黏合剂体系/CL一20)的TG—DTG曲线(图5)可以看出CL一20,黏合剂体系和NC1 (黏合剂体系/CL一20)的质量损失过程.NC1的TG曲线上第一个台阶的质量损失19.98基本上与混合体系黏合剂体系中NG的含量一致,属于NG的分解,第二个台阶尚未完全形成,第三个台阶已经开始,第三个台阶对应的DTG峰温为252.8C,与单质CL一20的热分解DTG峰温吻合,表明PEG分解尚未结束,CL一20的分解已经开始,这一点在文献E63 第3.3.2.1节的DSC曲线上得到验证.此外,NG和PEG分解的DTG峰温也都因CL一20的存在分别从164.2C和398.2C下降至138.2C和225.7℃,显然,CL一20的存在促进了黏合剂体系中NG与PEG 的分解.图5黏合剂体系,CL一2O及NC1的TG—DrG曲线Fig.5TGDTGcurvesofbindersystem,CL一20andNC1 NC0中CL一20相应的DTG峰温也与单质CL一20相同,说明混合体系中CL一20保持了原有的分解特性,未受其他组分的影响,这可能是因为CL一20具有稳定的笼状立体结构,并且在TG试验中,试样处于敞开体系,大量NG的分解产物在CL一20分解之前已被净化气流带走,少量的NG分解产物NO.和HO难以加速其分解,而PEG的分解产物主要为碳氢碎片,对CL一20的分解也没有影响.对比图4中NC0的TG—DTG曲线与图5中的NC1的TG—DTG曲线可以看出,CL一20和AP对各自混合体系中黏合剂体系中的NG与PEG的分解有不同的促进作用:(1)CL一20和AP分别使NG的分解峰温从164.2C(黏合剂体系)降至138.2lC和145.8C,显然CL一20的促进作用强于AP.(2)CL一20和AP分别使PEG的分解峰温从398.2C(黏合剂体系)降至225.7C和258.8C,仍然体现出CL一20的促进作用强于AP,这可能与CL一20的分解温度较AP低,较接近黏合剂体系各组分的分解温度有关.为了解黏合剂体系与A1粉的相互作用,将黏合剂体系和黏合剂体系/A1(混合质量比为6o/4o)的TG—DTG曲线(见图6)作以对比.从图6可以看出,加入A1粉后,黏合剂体系/A1的TG曲线上第一个台阶与第二个台阶的质量损失基本上与混合体系中黏合剂体系中的NG与PEG含量一致,分别属于NG及PEG的分解,此外,NG与PEG分解的DTG峰温都因A1粉的存在分别从164.2C,398.2C下降至151.6C,388.5C,这是由于黏合剂体系/A1混合体系中黏合剂体系的相对含量减少,质量损失过程提前结束,使DTG峰前移.A1粉的这种作用没有第31卷第2期丁黎,赵风起,刘子如,等:含CL20的NEPE推进剂各组分热分解的相互影响41AP和CL一20对这两者分解的影响明显.图6黏合剂体系和黏合剂体系/Al的TGDTG曲线Fig.6TG—DTGcurvesofbindersystem andbindersystem/Al2.4NC2的热分解AP替代NC1体系中10(质量分数)的CL一20后形成配方NC2,图7为体系NC0,NC1,NC2的TG—DTG曲线.由此曲线可以看出,AP替代CL一20后NG的分解峰温由138.2℃下降到136.8C,PEG和CL一20的峰温基本不变,表明AP的加入进一步促进了NG的分解,但未影"NPEG和CL一20的分解.再将黏合剂体系/AP(NC0)二元混合体系与黏合剂体系/eL一20/AP(Nc2)三元混合体系的TG—DTG热分解曲线对比,CL一20替代NC0中60(质量分数)的AP后,NG的峰温由145.8C下降到136.8C,AP的分解由原来的两步合并为一步,且峰温提前到307.6C,未看到AP对CL一20分解的促进作用,这可以认为是两者的分解温度相差较大,当CL一20已分解完全时,AP才开始分解,另一方面,CL一20对AP的影响则可认为是CL一20分解产物残留在AP 上所起的作用.t?C图7体系NCO,NC1和NC2的rGDrG曲线Fig.7TGDTGcurvesofNC0,NC1andNC2systemsNC0中AP的热分解过程与单质AP相同,从局部化学的观点来看_6],在NC0中AP晶体表面上存在缺陷,裂纹等力场不饱和点,随着反应的进行,这些潜在活化中心沿着缺陷和裂纹不断发展,大晶体本身存在的内应力增大促使大晶体破裂生成较小晶体,反应在新形成的更大比表面积晶体上进行.另一方面,AP经质子转移生成NH.和HC1O,由于低温下吸附着NH.不能全部由HC10的分解产物所氧化,晶体表面逐渐被覆盖,分解过程受阻.当温度继续升高时,NH.的解吸使潜在的反应中心重新活化,分解反应因而重新变得较为剧烈.黏合剂体系/ CL一20/AP(NC2)体系中,CL一20的分解产物使得AP低温下生成的NH.被氧化,减弱了NH.抑制活化中心的作用,使AP的分解反应持续进行,所以AP 的DTG峰温也由单质的两个峰合并为一个峰,即只在307.6C出现一个DTG峰.2.5NC3的热分解图8给出了NC2(黏合剂体系/eL一20/AP)和NC3(黏合剂体系/eL一20/AP/A1)的TG—DTG曲线.对比NC2和NC3的TG—DTG曲线可知,这两个体系的热分解基本特征相同.NC3中由于A1粉取代了NC2中18(质量分数)的CL一20,试验温度下A1 粉极少量被氧化,在体系中起惰性填充作用,使得NC3中各组分间的相互作用有所减弱,DTG峰温略有后移.这一点不同于高A1粉含量体系(黏合剂体系/A1)中A1粉所起的作用.lOO8O60望4o2OO图8体系NC2和NC3的TGDTG曲线Fig.8TG—DTGcurvesofNC2andNC3system3结论(1)CL一20的存在促进了黏合剂体系中的NG与PEG的分解,由于CL一20分解温度接近于NG和PEG分解温度,因此这种促进作用强于AP;NG和PEG不会影响CL一20的分解.(2)在TG的试样条件下NG的分解产物对AP的分解影响小,而PEG的分解产物主要为碳氢碎片,对AP的分解也没有影响;AP的存在促进了黏合剂体系中NG的分解.(3)CL一20使AP的分解峰由两个变为一个,即两个阶段的分解合二为一且分解温度提前;未看42火炸药第31卷第2期到AP对CL一20的促进作用.(4)在高Al粉含量黏合剂体系/Al体系中,黏合剂体系中的NG与PEG的分解提前结束,AI粉的这种作用没有AP和CL一20对这两者的分解影响明L4 显.低Al粉含量体系NC3中Al粉起惰性填充作用,使得NC3中各组分问的相互作用有所减弱,DTG峰温略有后移.参考文献:Eli谭惠民.高能推进剂的发展方向一NEPE推进剂F-一][J].北京理工大学,1992,12(s1):1-7.L0JE2]1-3]欧育湘,徐永江,刘利华.高能量密度化合物——六硝基六氮杂异伍兹烷合成研究最新进展I-J].现代化工, 1998(9):9-12.OUYu—xiang,XuY ong—jiangLIULi—test developmentsonsynthesisofhexanitrohexaaza—isowurtzitane[J].ModernChemicalIndustry,1998 (9):9—12.吴文辉,王传印,欧育湘.笼形含能化合物HNIW的结构与性能研究EJ].火炸药,2000,23(1):28—31. 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RDX-CMDB推进剂低压燃烧性能研究
RDX-CMDB推进剂低压燃烧性能研究田长华;王琳;齐晓飞;刘鹏【摘要】用燃速测试研究了燃烧催化剂(铅盐、铅盐/铜盐、铅盐/铜盐/炭黑)、燃烧稳定剂(CaCO3、TiO2、MgO及A12O3)以及RDX粒径(7μm、21 μm和45 μm)对RDX-CMDB推进剂在低压下[(1~5)MPa]燃烧性能的影响.结果表明,复配体系的燃烧催化剂可有效提高RDX-CMDB推进剂的燃速并降低其压强指数,推进剂燃速随RDX粒径增大而提高,CaCO3可提高推进剂燃速,TiO2、MgO和Al2 O3会导致推进剂燃速降低.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)013【总页数】4页(P218-220,231)【关键词】黑索今(RDX);CMDB推进剂;低压;燃烧性能【作者】田长华;王琳;齐晓飞;刘鹏【作者单位】西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】V512作为低特征信号推进剂的首选品种,RDX-CMDB推进剂技术得到了研究者的广泛关注,从能量特性[1]、特征信号[2]、热分解[3]、催化机理[4,5]、力学性能[6]、表界面性能[7]、机械感度[8]、塑化特性[9]和易损性[10]等多个方面开展研究,尤其是燃烧性能[2—5,11]已有多篇文章报道。
但目前对于RDX-CMDB推进剂燃烧性能的研究报道,多集中于某一因素变化对该类推进剂燃烧性能的影响上,研究内容过于零散,并未形成有机整合,缺少RDX-CMDB推进剂燃烧性能综合调节技术的研究工作。
根据长工作时间固体火箭发动机对低压燃烧推进剂技术的现实需要,综合研究燃烧催化剂、弹道稳定剂种类以及氧化剂粒径对RDX-CMDB推进剂在低压下燃烧性能的影响,为研究者开发更高性能的RDX-CMDB推进剂提供一定的技术参考。
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粘合剂热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响
摘要:
本文旨在探讨粘合剂的热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响。
为此,本文搜集了有关粘合剂热分解机理和反应热力学参数的最新进展,以及推进剂燃烧性能如何受粘合剂热分解参数影响的实验和理论研究。
研究结果表明,粘合剂的热分解会影响推进剂的燃烧性能。
鉴于本文的重要性,本文将有助于提高推进剂的燃烧性能,以实现火箭发动机的最大性能。
关键词:粘合剂;热分解;推进剂;燃烧性能在航空、航天和军事发射应用中,粘合剂的热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响是十分重要的。
由于粘合剂热分解可以产生一定强度和维持足够长的火焰传导时间,因此可以有效地提高推进剂的燃料尾气动力学性能。
因此,了解粘合剂热分解机理及其对推进剂燃烧性能的影响,可以帮助我们改善推进剂的燃料尾气动力学性能,得到更好的推进性能,提高发射系统的效能。
研究表明,粘合剂的热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响主要依赖于粘合剂的化学成分和组成、温度、焓值和环境因素等。
在实际应用中,选择合适的粘合剂热分解参数并保持稳定是至关重要的,例如确定粘合剂反应特性、焓值和环境条件,以及控制粘合剂分子结构等。
同时,可以通过监测和控制粘合剂的热分解的参数,来改善推进剂的燃烧性能,以实现火箭发动机的最大性能。
因此,未来有必要进一步研究不同粘合剂的热分解机理及其对推进剂燃烧性能的影响,以更准确地掌握粘合剂的热分解参数
变化规律,并改善推进剂燃烧性能,以实现火箭发动机更高性能。
为了更好地掌握粘合剂热分解机理,提高推进剂燃烧性能,采用可模拟计算机技术和数值模拟,可以有效地准确预测粘合剂热分解机理及其对推进剂燃烧性能的影响。
通过定量的参数描述,可以根据粘合剂热分解的参数,如温度、焓值和其他因素,利用数据计算方法精确估算粘合剂分子结构和反应热力学参数等指标,从而改善推进剂燃烧性能。
此外,未来还可以开展粘合剂对推进剂燃烧性能影响的实验研究,以深入了解不同粘合剂热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响。
例如,可以采用微发射实验测量推进剂燃烧性能,以评估不同粘合剂的热分解参数的影响。
同时,利用实验技术和计算技术相结合,可以更好地分析推进剂燃烧性能随着粘合剂热分解参数变化规律的变化,以获得更准确的评估结果。
总之,粘合剂的热分解特性及其对推进剂燃烧性能的影响对改善推进剂燃烧性能十分重要,有必要开展更多的研究工作,以精确估算粘合剂热分解机理及其对推进剂燃烧性能的影响,从而更有效地改善推进剂的燃烧性能,获得更高的推进性能。
此外,粘合剂在航天发动机中的应用有待进一步提升。
传统使用热固性材料作为绝热层,但其对环境的耐受性较差,容易出现破裂、氧化和腐蚀等缺陷,从而影响发动机的稳定性和使用寿命。
而粘合剂可以提供一种灵活、可靠、高效的绝热层,为发动机提供长期有效的绝热保护。
此外,人们也可以通过采用多层粘合剂层构织有序空间,实现空间分割、热负载均衡等控制作用。
例如,可以将推进剂和火
药成层装在特殊结构的复合复合容器内,以实现对燃烧压力、温度分布、温度梯度等关键参数的良好控制,从而提高火箭发动机的性能。
另外,粘合剂的光学性质也可以用来改善火箭发动机的性能。
通过改变粘合剂的透明度,可以调节发动机燃烧波的扩散效率,有效提高发动机的推力效率。
同时,透明度调节可以调节发动机的紊流程度和激光加热效果,减少发动机壁面的搅拌损耗,从而提高发动机的燃烧效率。
综上所述,粘合剂可以为火箭发动机提供有效的绝热保护,并可以通过调节粘合剂的光学参数,实现对火箭发动机燃烧特性的优化。
未来,可以将粘合剂与传统技术相结合,运用粘合剂的特性为火箭发动机提升性能,使发动机更加安全、可靠且性能更加优异。
此外,粘合剂也可以用于航空航天和舰艇技术领域,有助于提高航行器的性能。
传统的航行器外壳是采用焊接技术制造的,但是焊接技术产生的焊接热影响会导致外壳材料出现开裂、变形和缺陷的现象,因而降低航行器的使用寿命和性能。
而采用粘合剂技术,可以对航行器外壳进行贴合,实现外壳超强的韧性和抗弯性,有效的提升航行器的稳定性和承载能力。
此外,粘合剂可用于船舶甲板以及舰船舱内的复杂部件固定和贴合,例如气泡屏障、控制箱、电子箱和通信箱等。
粘合剂不仅能更大程度上地提高船舶的密封性,防止水汽通过贴合处的渗透而损坏设备,而且能够减少船体的静电放电,减少船上电器设备的老化,提高船舶的安全性和可靠性。
综上所述,粘合剂可以广泛应用于航空航天和舰艇技术领域,具有良好的改善性能和使用寿命的效果。
它既可以改善航行器外壳的性能,又可以改善船舶的安全性和可靠性,有效延长航行器和船舶的使用寿命。
未来,将继续开发具有更佳特性的粘合剂,为航空航天和舰艇技术领域的发展做出更大的贡献。
另外,粘合剂可以用于医学技术领域,以确保人体器官良好的连接。
例如,在移植手术中,植入物(如心脏、肝脏等)会在人体内受到微小的晃动或受力,这些晃动或受力可能会造成植入物与器官的不连续现象,从而影响植入物所带来的功效,甚至可能引发炎症等并发症。
使用粘合剂可以针对此类问题,有效地将移植物与器官贴合,避免植入物受不连续的影响,从而提高移植的成功率。
此外,粘合剂还可以用于修复受损的骨骼组织,减少骨折的恢复时间。
骨折是一个很普遍的疾病,通常需要采取特殊的固定方法来恢复骨折部分,以促进骨骼组织的修复。
使用粘合剂可以在骨骼损伤的部位上贴合碎片,有效的促进骨头的愈合,有助于缩短恢复的受伤的时间。
综上所述,粘合剂是一种十分强大和有效的技术,可用于许多不同的技术领域。
它可用于火箭发动机和航空航天、舰艇技术的改善,也可用于各种医学技术,减少移植物的失败率,缩短骨折的恢复时间,从而提高各种技术领域的性能和安全性。
未来,将结合先进技术,开发出更先进、更安全和性能更优异的粘合剂,为各种技术领域的发展做出贡献。
另外,粘合剂也可以应用于家居装饰和家具制造领域,以解决室内装饰和家具制
作中出现的一些工艺性问题。
在装饰领域,相对简单的粘合剂可以用于将装饰纸粘贴在墙上,实现房间的装饰。
在家具制作领域,使用高粘合力的粘合剂可以将家具的不同部件固定在一起,使家具的结构更加稳定,从而节省大量的家具制作时间,提高家具的使用寿命。
最后,粘合剂还可以应用于服装缝制行业。
在服装的制作过程中,需要进行各种制版、缝纫和整理,粘合剂可以用于将款式设计相对稳定,并将衣料安全粘在一起,从而保证服装制作的精度和稳定性,减少服装制作环节中衣料脱线和缝纫失误等问题的发生,提高服装质量和美观度。
总之,粘合剂是一种十分强大和可靠的技术,它可以用于各种技术领域,从而改善专业技术的性能和可靠性,延长使用寿命。
同时,粘合剂也可以应用于日常生活的制作,如室内装饰、家具制作和服装缝制等,以解决工艺性问题,大大减少制作时间,改善制作质量,提高产品的美观度和使用寿命。