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。

为实现40～100mm/s(7 MPa)以上的高燃速，该推进剂中添加了大量的超细AP和卡托辛，二者虽能大幅提高燃速，但极大恶化了推进剂的安全性能，使摩擦感度接近100%(爆炸百分数)，撞击感度增加2倍以上，危险性增加［1］。

这不仅不符合推进剂钝感的发展目标，而且在制造、运输、贮存和使用过程中，易受到热、振动、静电、冲击波等外界刺激而引发燃烧、爆炸等事故。

鉴于高燃速HTPB推进剂危险性大、发生安全事故概率高，其制造过程的安全性已得到广泛关注［2-3］。

为降低推进剂的感度，主要的技术途径是采用低感度、高能量的原材料，如新型低感度含能原材料，或对现有含能原材料改性，使之降低感度［4］。

在所研究的低感度含能原材料中，N-脒基脲二硝酰胺盐(GUDN，亦称 FOX-12)引起各国广泛的研究兴趣。

FOX-12制备简便、价格低廉，能量高于TATB，爆速可达8 210 m/s，感度和热稳定性优于RDX，不溶于冷水，含氮量46.9%，含氧量38.3%，可广泛用于推进剂、气体发生剂和钝感炸药等方面。

田军、徐司雨等［5-6］研究表明，FOX-12能降低CMDB推进剂的摩擦感度。

陈中娥等［7］研究了FOX-12的同系物FOX-7在HTPB推进剂中的应用安全性。

结果表明，与含RDX的HTPB推进剂相比，含FOX-7的HTPB推进剂的机械感度(摩擦、撞击)和静电火花感度显著降低。

FOX-12与FOX-7的摩擦感度相当，撞击感度更低，更加钝感。

因此，为了降低高燃速HTPB推进剂的感度，本文在该推进剂中添加了少量的FOX-12，探讨其对推进剂综合性能的影响，希望能对降低该推进剂的感度提供借鉴作用。

1 实验1.1 原材料及推进剂样品制备FOX-12由西安近代化学研究所自制，取80目筛下物用于推进剂样品制备和性能分析;Al粉，d50=13 μm，西北铝业股份有限公司;AP，d50=1 μm 和 d50=105 μm，工业品;HTPB端羟基聚丁二烯，无色粘稠液体，羟值为0.76 mmol/g，黎明化工研究院;卡托辛，工业品，西安宏达新型化工材料有限责任公司;其余原材料国内采购。

推进剂配方基本组成:HTPB体系为12%，卡托辛为4%，Al为 17%，超细 AP为30%，HH-0、HH-1和HH-2配方中，大颗粒AP含量分别为37%、32%和27%，FOX-12含量分别为0、5%和10%。

样品按照复合推进剂制备方法，在5L 捏合机上50℃捏合，然后浇注烤燃试样弹和性能测试方坯，最后70℃固化5 d得到测试样品。

1.2 推进剂性能测试试验按照GJB 770B—2005方法706.1靶线法测试推进剂燃速。

按照GJB 772A—97.501.2方法进行FOX-12的真空安定性测试，测量推进剂样品(5 g)在100℃、48 h的放气量，放气量小于2 ml/g，判定样品的安定性合格。

按照GB/T 14372—2005《危险货物运输爆炸品认可、分项试验方法和判据》进行75℃热安定性试验，测量推进剂样品在(75±2)℃、48 h条件下的稳定性，并测量试验前后的质量损失。

采用GJB 770B—2005方法602.1测试样品的摩擦感度，测试温度20 ℃，摆角66°，表压 2.45 MPa，药量20 mg，结果以摩擦爆炸概率表示;采用GJB 770B—2005方法601.2测试样品的撞击感度，测试温度20℃，落锤2 kg，药量30 mg，结果以50%撞击爆炸的特性落高(H50)表示。

热重分析(TG):采用美国TA公司2950型热重分析仪，测试气氛为流动N2，流量为60 ml/min，升温速率为10℃/min，测试范围:室温～500℃，样品量约为2.000 0 mg。

差示扫描量热分析(DSC):采用TA公司 DSC Q200热分析仪，升温速率:10℃/min，测试范围:室温～500 ℃，样品量约为1.500 0 mg。

静电火花感度:用HT-201B型静电火花感度仪，试验方法参照航天42所企业标准QJ 1469—88，样品规格为10.0 mm ×10.0 mm ×1.00 mm，试验温度15 ～35℃，相对湿度40% ～70%。

慢烤试验:参照《联合国危险货物运输分级试验方法》和美国DOD危险品分级试验(TB700-2)的规定，试样尺寸为φ60 mm×200 mm，装入壁厚为4 mm、长度为200 mm的无缝钢管，两端用相同材质的端盖螺纹密封。

升温速率:100℃以前，2℃/min;100℃以后，1℃/min。

烤燃试验弹的装配如图1所示。

图1 烤燃试验弹装配示意图Fig.1 Schematic diagram of slow cook-off test2 实验结果与讨论2.1 FOX-12对推进剂能量特性的影响利用火炸药燃烧重点实验室能星3.0能量计算软件，计算了FOX-12对高燃速HTPB推进剂理论比冲的影响，结果见表1。

其中，计算过程FOX-12的生成焓采用实测值(-355 kJ/mol)［8］。

由表1结果可见，随FOX-12含量的增加，推进剂的 Tc、Qv和 M-逐渐降低，但比冲的降幅较小，仅1%(HH-2)。

分析认为，由于FOX-12的生成焓小于AP(-296.2 kJ/mol)，导致燃温和爆热降低;FOX-12分解、燃烧后最终产物以N2、NO、H2O形式存在，减少了推进剂燃烧产物中HCl的量，使燃气的降低;推进剂比冲与成正比，Tc和同时降低，其对推进剂比冲的影响较小，而Qv与Tc几乎成正比，Tc的降低使Qv也显著降低。

表1 含FOX-12推进剂的能量特性Table 1 Energetic properties of propellants containing FOX-12配方HH-0 HH-1 HH-2 Tc/K 3 328.4 3 244.3 3 152.2Qv/(kJ/kg)6 351.7 6 203.6 6 039.1 ΔQv/% 0 -2.33 -4.92 M— /(g/mol)25.63 25.16 24.69 Isp/s(7 MPa)261.8 260.6 259.0 ΔIsp/%0 -0.458 -1.07依文献［9］所述，分析了FOX-12对推进剂燃烧效率及比冲效率影响。