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复合球形药对改性双基推进剂力学性能和燃烧性能的影响朱林;欧江阳;杨晓瑜;王彦君
【期刊名称】《含能材料》
【年(卷),期】2012(020)005
【摘要】将RDX、铝粉、催化剂等用硝化棉包覆,制成复合球形药,然后用这种复合球形药制备出改性双基推进剂,测试了这种推进剂的力学性能和燃烧性能.结果表明,采用复合球形药制备的改性双基推进剂比用双基球形药制备的改性双基推进剂的力学性能大幅度提高,低温断裂延伸率从7.84％提高到26.86％,高温最大拉伸强度提高了0.97倍,燃速压强指数从0.38降低到0.30.
【总页数】4页(P592-595)
【作者】朱林;欧江阳;杨晓瑜;王彦君
【作者单位】泸州北方化学工业有限公司,四川泸州646605;泸州北方化学工业有限公司,四川泸州646605;泸州北方化学工业有限公司,四川泸州646605;泸州北方化学工业有限公司,四川泸州646605
【正文语种】中文
【中图分类】TJ55;V512;O64
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双基推进剂双基推进剂通常加入燃烧催化剂、制造工艺、燃烧性能和溶剂或助剂性质的不同可分为不同的类型。
按加入燃烧催化剂的不同区分，可分为不同的品号：加入石墨的称为双石推进剂（SS）；加入氧化铅的称为双铅推进剂（SQ）；加入氧化铅的称为双铅推进剂（SQ）；加入氧化钴的称为双钴推进剂（SG）；加入氧化镁的称为双芳镁推进剂（SFM）。
这些推进剂统称普通双基推进剂。
按成型工艺不同可分成两种：一种是挤压成型或压伸成型（用螺旋式压伸机或柱塞式压伸机）工艺制成的推进剂称为压伸双基推进剂；另一种浇铸成型工艺制成的推进剂称为浇铸双基推进剂。
按燃烧性能区分，在不定期下的压力范围内实现燃速压力指数小于0.2并接近于零，产生平台燃烧的推进剂称双基平台推进剂；随着发动机工作时间的延长，推进剂燃速下降，其压力在一定范围内蒙古自治区降低产生麦撒燃烧，这种推进剂称为麦撒双基推进剂。
按燃烧速度区分，在常温、压力6.68MPa 条件下，燃烧度速度为25mm/s以上的推进剂称为高燃烧速度推进剂；在常温、6.68MPa条件下，燃烧速度为5mm/s以下的推进剂称为低燃烧速度推进剂，按是否加入挥发性溶剂区分，加入丙酮等挥了性溶剂的称为柯达型双基推进剂或含挥发性溶剂双基推进剂；不加挥发性溶剂的称巴利斯太双基推进剂或无溶剂压伸双基推进剂。
双组分中加入吉纳，称吉纳双基推进剂，如我国171推进剂。
双基推进剂的主要成分是硝化纤维和硝化甘油，它们的性能决定着陆以基推进剂的性能，双基推进剂的突出优点是质地均匀，结构均匀，再现性好，能满足战术火箭和导弹的需要。
双基推进剂具有固体推进剂的一般性能，符合对固体推进剂的一般要求，即能量高，密度一般在1.54～1.65g/cm3，实际比冲一般为1666～2156N.s/kg；良好的燃烧性能、燃烧速度一般为5～40mm/s（6.86MPa），燃烧速度压力指数可接近于零；良好的力学性能；良好的内弹道性能；工艺性能好；较好的安定性；原料来源广泛，价格低廉，经济性好，其他特殊要求，如少烟或无烟，爆温低，低燃烧速度等。
复合固体推进剂燃速催化剂研究进展的探析作者：吉志强任曌芝殷传传来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第10期摘要：在我国航天固体推进剂领域中，催化剂的应用范围是非常广泛的，应用价值是非常高的。
本文对复合固体推进剂燃速催化剂的研究进展进行深入研究，具有重要意义。
关键词：复合固体推进剂;燃速催化剂;研究进展1 引言在我国航天固体推进剂领域中，催化剂的应用价值是非常高、非常广泛的，包括催化燃烧速度、推进剂固化催化等。
其中，推进剂燃烧性能主要包含燃速压强指数和燃速性能。
一般情况下，为使固体火箭发动机推进剂的性能要求得以满足，推进剂的压强指数不应过高，燃速范围应比较宽。
如果推进剂中没有加入催化剂，则其压强指数便会比较高，燃速比较低。
所以，当前专业研究人员亟待解决的一大难题就是要对新型高效的燃速催化剂不断进行深入研究，对推进剂的燃速范围不断进行拓宽，对压强指数不断进行降低。
2 复合固体推进剂燃速催化剂的研究进展2.1 第一发展阶段第一发展阶段，就是指在1990年之前。
在该段发展时期中，经常会运用到的燃速催化剂有过渡金属氟化物、过渡金属氧化物、燃速抑制剂、二茂铁及其衍生物等。
第一，在C-H粘合剂的推进剂内添加过渡金属氟化物，不但能够对压强指数进行有效降低，而且能够对燃速进行有效提高。
第二，过渡金属氧化物。
AP在过渡金属氧化物作用下，得以催化，发生热分解现象，所以CTPB推进剂、HTPB推进剂、PBAA推进剂产生不同程度的催化作用，尤其是Fe2O3能够对燃速效果进行显著提高。
第三，二茂铁及其衍生物。
卡托辛属于一种优良的燃速催化剂，能够对压强指数进行有效降低，对燃速进行有效提高。
将2%的卡托辛加入到丁羟推进剂中，能够有效提高推进剂燃速，GC和卡托辛进行有效组合后，能够对0.354的压强指数进行进一步的降低。
第四，燃速抑制剂。
一些复合固体推进剂内，如果含有AP氧化剂，凡是化合物能够对AP的分解起到一定抑制作用，则便能够对推进剂的燃速起到一定的降低作用。
双基推进剂通常加入燃烧催化剂、制造工艺、燃烧性能和溶剂或助剂性质的不同可分为不同的类型。
按加入燃烧催化剂的不同区分，可分为不同的品号：加入石墨的称为双石推进剂（SS）；加入氧化铅的称为双铅推进剂（SQ）；加入氧化钴的称为双钴推进剂（SG）；加入氧化镁的称为双芳镁推进剂（SFM）。
这些推进剂统称普通双基推进剂。
按成型工艺不同可分成两种：一种是挤压成型或压伸成型（用螺旋式压伸机或柱塞式压伸机）工艺制成的推进剂称为压伸双基推进剂；另一种浇铸成型工艺制成的推进剂称为浇铸双基推进剂。
按燃烧性能区分，在不定期下的压力范围内实现燃速压力指数小于0.2并接近于零，产生平台燃烧的推进剂称双基平台推进剂；随着发动机工作时间的延长，推进剂燃速下降，其压力在一定范围内蒙古自治区降低产生麦撒燃烧，这种推进剂称为麦撒双基推进剂。
按燃烧速度区分，在常温、压力6.68MPa条件下，燃烧度速度为25mm/s 以上的推进剂称为高燃烧速度推进剂；在常温、6.68MPa条件下，燃烧速度为5mm/s以下的推进剂称为低燃烧速度推进剂，按是否加入挥发性溶剂区分，加入丙酮等挥了性溶剂的称为柯达型双基推进剂或含挥发性溶剂双基推进剂；不加挥发性溶剂的称巴利斯太双基推进剂或无溶剂压伸双基推进剂。
双组分中加入吉纳，称吉纳双基推进剂，如我国171推进剂。
双基推进剂的主要成分是硝化纤维和硝化甘油，它们的性能决定着陆以基推进剂的性能，双基推进剂的突出优点是质地均匀，结构均匀，再现性好，能满足战术火箭和导弹的需要。
双基推进剂具有固体推进剂的一般性能，符合对固体推进剂的一般要求，即能量高，密度一般在1.54～1.65g/cm3，实际比冲一般为1666～2156N.s/kg；良好的燃烧性能、燃烧速度一般为5～40mm/s（6.86MPa），燃烧速度压力指数可接近于零；良好的力学性能；良好的内弹道性能；工艺性能好；较好的安定性；原料来源广泛，价格低廉，经济性好，其他特殊要求，如少烟或无烟，爆温低，低燃烧速度等。
纳米催化剂对双基系推进剂燃烧性能的影响赵凤起1,洪伟良2,陈 沛1,刘剑洪2,罗 阳1,高红旭1,王百成1,田德余2,李上文1(1.西安近代化学研究所,陕西西安 710065; 2.深圳大学师范学院化学生物系,广东深圳 518060)摘要:研究了10种不同纳米催化剂对双基或RD X-CM D B 推进剂燃烧性能的影响,发现经表面处理的纳米复合物(n -T P CC )是一种非常有效的纳米催化剂,它使得双基推进剂在6～10M Pa 呈现麦撒燃烧特征,8～10M Pa 的压力指数为-0.867;改进n-T P CC 加入方法后,可显著提高n-T P CC 在低压下的催化效率;在R DX-CM DB 推进剂中,n -T P CC 与碳黑复合后,其催化效率进一步提高,且使推进剂在12～22M P a 出现了一个宽压力范围的平台区,燃速压力指数小于0.3。
关键词:纳米催化剂;推进剂;燃烧性能中图分类号:V 512 文献标识码:A 文章编号:1007-7812(2004)03-0013-04Eff ect of Nano -catalysts on the Combustion Properties of DB /RDX -C MDB PropellantsZHAO F eng -qi 1,HO N G W ei -lia ng 2,CHEN Pei 1,L IU Jian -ho ng 2,L U O Y ang 1,GA O Ho ng-xu 1,WA N G Bai-cheng 1,T I AN De -yu 2,L I Shang -w en 1(1.Xi ′an M odern Chemistr y R esear ch Inst itute ,Xi ′an ,710065,China 2.D epar tment o f Chem istry and Bio lo gy ,N or mal Colleg e,Shenzhen U niv ersity,Shenzhen,518060,China)Abstract : T he effect s of t en kinds of na no -catalysts o n the com bustio n pro per ties o f D B/RDX -CM DB pro pella nt w er e inv est ig ated .T he r esults sho w that the trea ted nano -co mpo site (n -T PCC )is an effectiv e combust ion cat aly st.T he catalyst enables t he do uble base pr opellant t o em erg e the mesa effect bet ween 6and 10M Pa and its pr essure ex po nent to decr ease to -0.867.I mpr ov ing the addition met ho d of n -T P CC canobv iously incr ease the cata ly tic effectivit y at low pressure .T he n -T P CC added tog ether w ith car bon black bring s about RDX -CM DB pr opellant t o po ssess t he hig her bur ning r ates,to pro duce wider pla teau zone fr om 12M Pa to 22M P a and t o decr ease the pr essur e ex po nent t o less t han 0.3.Key words : nano-cat aly sts;pro pellant;com bustio n pr opert y引 言纳米材料技术作为高新技术得到了国内外固体推进剂研究人员的广泛关注,从纳米金属粉、纳米催化剂、碳纳米管到纳米含能复合粒子都进行了探索性研究,尤其是对纳米铝粉和复合推进剂用纳米催化剂已有多篇文章报道[1～3]。
对于双基系推进剂采用的纳米技术,也有一些研究报道[3～6],但多集中于纳米催化剂的制备和对该类推进剂中某一组分热分解性能的影响上,对纳米催化剂在双基系推进剂中的应用研究较少。
本文研究了一系列纳米催化剂对双基推进剂和RDX-CM DB 推进剂燃烧性能的作用规律,也探索了表面处理的纳米催化剂和纳米催化剂不同加入方式对推进剂燃速和压力指数的影响效果。
1 实验1.1 纳米催化剂纳米催化剂的选取依据由在双基系推进剂中能起到较好催化效果的普通催化剂来确定。
所选用的纳米材料有:纳米三氧化二铋(n -Bi 2O 3)、纳米氧化铅(n -PbO )、纳米二氧化铈(n -CeO 2)、纳米氧化镍(n -NiO)、纳米三氧化二钴(n-Co 2O 3)、纳米氧化亚铜(n-Cu 2O )、纳米复合物(n-PCC )、纳米铜锡复合氧化物13第27卷第3期2004年9月火炸药学报Chinese Journal of Explosives &Propellants收稿日期:2003-06-02作者简介:赵凤起(1963-),男,博士,研究员,从事固体推进剂燃烧性能研究。
14火炸药学报第27卷第3期 (n-CuO・SnO2)、纳米镁锡复合氧化物(n-Mg O・SnO2)和纳米铜铬复合氧化物(n-CuO・Gr2O3)。
这些纳米材料均为自制,且经透射电镜、X-射线衍射和扫描电镜进行了表征,证明其为纳米级粉体。
另外,为了便于比较,也选择了普通氧化铅(P-PbO)催化剂。
1.2 推进剂配方双基推进剂的基础配方为:硝化棉NC(12.0%N)59%,硝化甘油(NG)30%,邻苯二甲酸二乙酯(DEP)8.5%,二号中定剂(C2)2.0%,其它助剂0.5%;改性双基推进剂的基础配方为:双基黏合剂66%, RDX26%,C22.0%,其它助剂6%,样品按吸收、驱水、放熟、压延、切成药条的常规无溶剂压伸成型工艺制备。
药料按500g配料,催化剂添加量为外加量,双基推进剂外加2.5%的催化剂,改性双基推进剂如无特别说明则外加3%的催化剂。
1.3 燃速测定燃速的测定采用靶线法。
将已处理过的 5m m×150mm小药柱侧面用聚乙烯醇溶液浸渍包覆6次并晾干,然后在充氮缓动式燃速仪中进行燃速测试。
试验温度为20℃,压力2～20M Pa。
2 结果与讨论2.1 含不同纳米催化剂的双基推进剂燃烧性能选用6种纳米催化剂作为研究对象,为防止在吸收过程中流失,将纳米催化剂与增塑剂经物理混合形成混合体系,然后一起加入到吸收锅中。
制得的推进剂的燃速结果见表1。
表中LM-05为一种纳米级多孔稀土化合物。
表1 含不同纳米催化剂的双基推进剂的燃速T able1 T he bur ning r ate o f do uble-base pr opellant co nt aining differ ent nano-catalystsu/(mm・s-1)配方编号催化剂2M Pa4M P a6M Pa8M P a10M Pa12M Pa14M Pa16M Pa N M0201 2.15 3.59 5.19 6.497.818.999.7710.38 N M0202n-P CC 5.72 6.56 6.07 6.647.518.439.3910.55 N M0203n-CuO・SnO2 2.53 3.87 5.55 6.898.289.6410.6011.63 N M0204n-M g O・SnO2 2.19 3.54 4.84 6.177.508.819.8910.97 N M0205n-Bi2O3 2.53 3.99 5.48 6.868.028.919.6810.62 N M0206L M-05 2.08 4.00 6.057.728.9810.0410.9411.83 N M0207n-P bO 4.72 5.84 6.887.427.918.279.1810.09 N M0208P-PbO 4.01 5.537.057.638.128.969.8611.06 从表1可以看出,纳米复合物n-PCC使得双基推进剂在2～4MPa产生超速燃烧,在4～8M Pa出现低压力指数燃烧区,在2、4、6和8MPa该催化剂的催化效率Z(Z=r c/r0,r0为空白配方的燃速,r c为含催化剂的推进剂燃速)分别为2.69、1.83、1.17和1.02,之后含该催化剂的推进剂燃速均低于空白配方。
在4～6M Pa,推进剂的压力指数n为-0.192。
由此看出,该纳米催化剂在低压区显示了强烈的燃烧催化作用和显著的降低压力指数的能力。
与普通PbO和纳米PbO相比,n-PCC使得推进剂在低压下有更高的燃速,并且产生了麦撒燃烧效应,而普通PbO和纳米PbO尽管能增加燃速,压力指数仍较大,含普通PbO的推进剂在6～10M Pa,压力指数为0.277;含纳米PbO的推进剂在6～12M Pa,压力指数为0.268,显然所发现的纳米催化剂n-PCC在推进剂低压下的燃烧催化效果远优于普通PbO和纳米PbO。
n-M g O・SnO2对双基推进剂的燃速没有催化作用,n-CuO・SnO2的催化效果不明显,纳米级多孔稀土化合物LM-05能有效提高双基推进剂10～16M Pa的燃速,并将该区间的压力指数降至0.584,线性相关系数为0.9998。
n-Bi2O3也能改善双基推进剂10～14MPa的压力指数,此区间的压力指数为0.559,相关系数为0.9998,但与纳米多孔稀土化合物以及空白配方相比,n-Bi2O3没有提高燃速。
2.2 n-PCC表面处理和不同分散工艺对推进剂燃烧性能的影响上述研究中,纳米催化剂n-PCC初步显示了其优良的催化效果,为了消除其可能的自身团聚现象,提高在推进剂中的催化效果,对其进行了表面处理并获得了经表面处理的纳米复合物(n -TPCC ),同时通过预分散的加入方法,优化了在推进剂制备过程中的分散工艺,且对比研究了表面处理、未表面处理、不同加入工艺以及不同含量的n-TPCC 对推进剂燃烧性能的影响,试验结果见表2和图1。
表2 n-T PCC 加入量和分散方法对推进剂燃速的影响T able 2 Effects of the scatter ed metho d and added amount of n -T PCC on the burning rat e of pro pellant 配方编号u /(mm ・s -1)2M Pa 4M P a 6M P a 8M P a 10M Pa 12M Pa 14M P a 16M P a备 注NM 0209 5.918.089.419.217.598.118.649.50加入3.0%n -T PCC ,一般加入法NM 02107.228.839.7710.027.597.888.629.36加入3.0%n-T PCC,预分散加入法NM 02114.897.748.959.037.508.449.1210.02加入1.5%n-T PCC,预分散加入法图1 所研究推进剂的r -P 曲线F ig.1 Relatio n betw een bur ning r ate andpressure fo r the pro pellant 表2和图1中数据最突出的一点是,一旦对n-PCC 进行表面处理,无论采用哪种加入方法或n-TPCC 含量为多少,其对应推进剂在4～8M Pa 区间燃速均大幅度提高,在6～8M Pa 出现平台或麦撒燃烧效应,8～10M Pa 呈现显著的麦撒燃烧特征,这说明采用适当的处理方法,解决纳米催化剂的均匀分散问题,可以有效提高n -PCC 低压下的催化效率。
