燃烧调节剂ZnO对PET推进剂流变性能的影响.pdf
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1、第 卷第 期 固 体 火 箭 技 术 燃烧调节剂 对 推进剂流变性能的影响占明明,王道林,党 力,孙兰兰,李 冰,邢瑞英,鲁国林,(航天化学动力技术重点实验室,襄阳;湖北航天化学技术研究所,襄阳;火箭军装备部驻襄阳地区军事代表室,襄阳)摘要:综合使用高级扩展流变仪、旋转粘度计研究了燃烧调节剂 对端羟基环氧乙烷四氢呋喃共聚醚()推进剂药浆流变性能的影响,并确定了 推进剂中 含量及制备温度的控制条件。研究表明,加入 后,推进剂药浆的流变性能(粘度、屈服值)均明显增大,且其增值与 含量呈正相关性。会催化推进剂药浆中 与固化剂(、)的化学反应,导致推进剂流变性能对温度的敏感性升高,易引起药浆在混合过程
2、中温度急剧升高。当保持药浆温度低于 时,推进剂固化反应速率较为稳定,当温度高于超过该临界温度时,固化反应速率快速升高,并造成 推进剂流变性能快速恶化。为保证推进剂药浆流变性能满足工艺要求,推进剂配方中燃烧调节剂 含量不宜超过,推进剂制备过程中温度应低于 。关键词:推进剂;燃烧调节剂;流变性能;温度敏感性中图分类号:文献标识码:文章编号:():,(,;,;,):()()(,),(),:;收稿日期:;修回日期:。基金项目:中国博士后科学基金资助项目();年度湖北省博士后创新岗位项目。作者简介:占明明,男,高级工程师,研究方向为复合固体推进剂。通讯作者:鲁国林,男,研究员,研究方向为复合固体推进剂。
3、引言导弹用固体发动机主要使用复合固体推进剂装药,其燃烧时通常伴随着浓烟,并辐射出强烈的电磁信号。随着卫星和雷达等预警技术的不断发展,传统导弹武器使用过程中的隐蔽性和突防能力受到了严重的削弱,亟须解决固体发动机尾烟大、特征信号强等问题。近年来,国内外发展的端羟基环氧乙烷四氢呋喃共聚醚()推进剂,由于粘合剂氧平衡的改善,推进剂的燃烧效率得到了显著提高,使得该类型推进剂具有燃温低、燃气洁净、安全性好等优点,逐渐成为洁净、低特征信号固体推进剂研究的主要方向之一。在非硝酸酯增塑的推进剂体系中,推进剂的基础燃速低于 型推进剂。因此,推进剂中通常加入一种或多种燃烧调节剂,以优化 洁净推进剂在宽工况下的燃烧性
4、能,进一步拓宽聚醚推进剂的应用范围。复合固体推进剂的燃烧调节剂种类繁多,主要包括过渡金属氧化物、铵盐及有机胺、二茂铁及其衍生物、铜盐及其螯合物等。具有成本低、化学稳定性和热稳定性好等优点,是常用推进剂的燃烧调节剂。李海涛等合成了立方体结构纳米氧化锌,推进剂燃速提高了。王景文等将碳负载到 上,可将推进剂燃速提高 。等合成了、负载,纳米粒子能够使 的分解温度降低 。王景风等研究表明,能够显著降低氧化剂的分解峰温,从而有效调节推进剂的燃烧性能。然而,的加入也会对推进剂固化反应产生一定影响,并对推进剂流变性能造成较大的影响。本文采用流变动力学方法,研究燃烧调节剂 对 推进剂工艺性能的影响,分析含 的推
5、进剂流变性能的温度敏感性,确定该类型推进剂中 含量和制备温度的控制条件,为 推进剂的应用研究提供理论基础和实验依据。实验 实验材料(端羟基环氧乙烷四氢呋喃共聚醚),三官能度,黎明化工研究院;(甲苯二异氰酸酯),德国拜耳公司;(改性六次甲基多异氰酸酯),黎明化工研究院;、,自制。样品制备 制备采用气流粉碎法将商品化 经过高压气流粉碎为微米级球形粒子,粒径为 。制备用水热法制备 纳米粒子,具体步骤如下:()称取 二水合醋酸锌溶解于 去离子水,搅拌下将 ()逐滴加入到醋酸锌溶液中,滴加完成后继续搅拌 ;()将溶液转移到 高压反应釜中,反应 ,冷却到室温后,对样品进行过滤、洗涤、干燥处理。制备得到纳米
6、 为六边纤锌矿结构,平均粒径为 。推进剂制备 推进剂配方主要组成如表 所示。推进剂制备过程:根据配方设计要求称量推进剂各个组分;将称量好的材料按照工艺要求在 型混合机混合均匀;混合结束后,称取一定量的药浆测试其流变性能。表 推进剂主要组分 测试与表征 粘度与屈服值采用德国 型旋转粘度计,测试推进剂药浆在、下的粘度和屈服值。每次测量时,称取约 药浆置于内筒转子与外测量筒之间,记录转子在设定转速下测试设备的扭矩变化,并计算得到药浆粘度和屈服值。药浆温度使用 型数字温度计测试推进剂药浆在加入(工步)后、加入固化剂(工步)后和出料(工步)时的温度值。每次测量时,温度传感器插入药浆约,随机测试 个温度值
7、,取平均温度为该工步下药浆温度。稳态流变曲线测试使用美国 公司高级扩展流变仪测试推进剂药浆在、下的流体稳态流变曲线(,)。每次测量时,将药浆填充于上下平行板之间,下平板以周期性策动,测试剪切速率为 。实验结果与分析 含量对 推进剂药浆流变性能的影响为分析燃烧调节剂 对 型推进剂工艺性能影响,配方中分别加入了 (空白样)、的,各个配方出料药浆的粘度和屈服值见表。年 月占明明,等:燃烧调节剂 对 推进剂流变性能的影响第 期测试结果显示:含量对 推进剂的工艺性能影响较大,随着 含量的增加,推进剂药浆的粘度和屈服值显著增大。含量为 时,相较于空白样,药浆粘度增加了,屈服值增加了。当 含量增加至 时,推
8、进剂药浆在 时已发转变为弹性体,表明燃烧调节剂能够显著提高推进剂的固化反应速率。实验中使用高级扩展流变仪,测试了不同 含量(,)推进剂配方药浆的应力剪切速率曲线,如图 所示。表 含量对 推进剂流变性能影响 ()()()120010008006004002000012345/s-1/Pa0%0.15%0.30%0.45%图 不同 含量下 推进剂药浆应力与剪切速率关系 由测试结果可知,在同一剪切速率下,推进剂药浆所受应力均随着推进剂中 含量的升高而增大,进一步证明了 的加入对该 推进剂配方的流变性能产生了负面影响。推进剂药浆应力剪切速率()曲线均表现出假塑性流体特征,根据 幂律公式:()式中 为稠
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