HTPB類推進劑熱安定性的共性規(guī)律研究

楊萬均 ，魏小琴，黃文明 ，余淑華

（1.中國兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；2.重慶市環(huán)境腐蝕與防護工程技術(shù)研究中心，重慶 400039）

要滿足導彈發(fā)動機長期自然貯存的要求，推進劑必須具有良好的長期自然貯存熱安定性。影響HTPB 推進劑安定性的因素很多,推進劑的各種組分均可能成為影響安定性的內(nèi)因，如氧化劑、功能助劑、稀釋劑、增塑劑、固化劑與粘結(jié)劑等。在眾多影響因素中，針對HTPB 粘結(jié)劑對熱安定性的影響是否占主導地位，使得不同配方的HTPB 推進劑的特征分解規(guī)律具有相似性，HTPB 推進劑是否有熱安定性的共性規(guī)律，用加速試驗得到的熱安定性共性規(guī)律對長期自然貯存是否具有指導性等問題進行了以下研究。

1 試驗樣品

為了使試驗樣品具有代表性，選擇了不同配方、不同固化劑、不同燃速的HTPB推進劑方坯藥為試驗樣品，樣品的主要信息見表1。

表1 樣品的主要信息Table 1 Main information of HTPB propellant sample

2 試驗方法

2.1 加速試驗方法

參照GJB 770B—2005《火藥試驗方法 方法505.1 安定性、相容性和預估安全貯存壽命熱減量法》[1]，開展HTPB 推進劑在50，70，80 ℃等不同溫度下的熱減量老化試驗。

分別將4 種推進劑方坯藥切成厚薄、大小一致的小塊，用感量為0.000 1 g 的電子天平稱量,每塊質(zhì)量為10 g 左右，精確到0.000 1 g。每種推進劑每個試驗溫度各準備3塊樣品，將樣品放入干燥器（內(nèi)裝氯化鋰飽和溶液）內(nèi)待用。

相同試驗溫度的同種推進劑分別裝入鋁塑復合薄膜袋內(nèi)，將裝有不同試驗溫度的4 種待用樣品的鋁塑薄膜袋進行熱焊密封，并用記號筆在鋁塑薄膜袋上標明試驗溫度、樣品名稱、試驗項目等。

取樣：開始試驗的第1周，每天用電子天平稱量1次，以后每周稱量1次。

稱量：將取出的樣品袋放入有控溫控濕的實驗室內(nèi)，放置冷卻30 min后剪開袋口分別稱量，精確至0.000 1 g，記錄稱量的時間、試驗周期、樣品名稱及稱量數(shù)據(jù)，樣品放回袋子內(nèi)然后熱焊密封袋口。

稱過的樣品返回安全烘箱繼續(xù)進行試驗，樣品從烘箱取出到再放回烘箱的時間間隔為1 h。

重復取樣、稱量，稱過的樣品返回安全烘箱繼續(xù)進行試驗，待樣品開始加速分解后再繼續(xù)試驗2～3 d后停止試驗。

2.2 長期自然貯存試驗方法

具有典型氣候特征的庫房貯存試驗是長期自然貯存試驗的方法之一。將HTPB 推進劑方坯分別放入鋁塑復合薄膜袋內(nèi)，排出袋內(nèi)的空氣后熱焊密封袋口，然后再分別放入另外一個鋁塑復合薄膜袋內(nèi)焊封袋口，將裝有樣品的袋子放入密封的鐵桶內(nèi)，鐵桶放置于庫房內(nèi)進行長期自然貯存。定期檢測長期自然貯存推進劑的力學性能，檢測溫度為20 ℃。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 不同推進劑的熱安定性的共性規(guī)律分析

4種HTPB推進劑的試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 試驗減量曲線Fig.1 Decrease curve of 80 ℃experimentation

由圖1的累積減量-加熱時間曲線可以看出，無論是三組元的H-1，H-2，H-6 推進劑，還是四組元的H45 推進劑，盡管其配方不同、燃速各異以及因固化劑的不同導致粘接劑分子構(gòu)架上的某些特性基團存在區(qū)別，由于不同推進劑所用HTPB 粘接劑的分子主鏈上的結(jié)構(gòu)基本相同，主鏈的結(jié)構(gòu)對HTPB 推進劑的熱分解有主導控制作用。因此從宏觀上表現(xiàn)出試驗條件相同時，有4 種推進劑的加速分解起始時間和勻速分解的起始時間相同、4 條曲線的累積減量分數(shù)變化趨勢基本相同、特征分解規(guī)律相似的共性規(guī)律。

3.2 不同推進劑的熱安定性的特性分析

用勻速分解速率（Rc1）、加速分解速率（Rc2）作為表征推進劑的熱安定性的特征參數(shù)，4種HTPB推進劑的特征參數(shù)見表2。

表2 HTPB推進劑的特征參數(shù)Table 2 Character parameter of HTPB propellant

由表2的數(shù)據(jù)可以看出：由于4種推進劑配方不同，使用的氧化劑、固化劑、增塑劑、功能助劑、性能調(diào)節(jié)劑及粘接劑交聯(lián)固化的程度等存在差異，致使推進劑在貯存或受熱時，內(nèi)部存在的小分子及某些助劑向外遷移或擴散的能力不同、受熱分解的能力各異，導致4種推進劑的特征參數(shù)Rc1，Rc2大小各異，表現(xiàn)出不同推進劑的熱安定性具有不同的個性特征。

3.3 推進劑長期自然貯存的試驗結(jié)果

推進劑長期自然貯存的試驗結(jié)果見表3，為了便于比較，試驗數(shù)據(jù)用伸長率相對于初始值的變化百分率表示，表3中的數(shù)據(jù)為庫房貯存2 a的檢測數(shù)據(jù)，檢測試驗條件為20 ℃。

3.4 加速試驗與庫房貯存試驗結(jié)果的對比分析

表2的試驗結(jié)果說明推進劑的熱安定性優(yōu)劣排序為H-6＞H-2＞H-1。表3 的試驗結(jié)果說明，推進劑庫房貯存2 a 的εm相對變化率由小到大的排序為H-6＜H-2＜H-1。表2、表3 的結(jié)果說明庫房貯存2 a 的推進劑的εm相對變化率與加速試驗得到的熱安定性的結(jié)論是一致的。因此，運用HTPB 推進劑的累積減量分數(shù)變化趨勢基本相同、特征分解規(guī)律相似的共性規(guī)律，采用相似產(chǎn)品預測法，用已知貯存性能的推進劑與待定型的推進劑開展對比試驗，預估推進劑的貯存性能具有重要的參考價值。

表3 推進劑庫房貯存2 a的εm相對變化率Table 3 Relative variational rate of εm for stockpiling 2 years of HTPB propellant

4 結(jié)論

不同配方的HTPB 推進劑的加速分解起始時間和勻速分解的起始時間相同，具有相似的熱分解、熱安定性的共性規(guī)律。該結(jié)論對預估HTPB 推進劑的庫房貯存性能具有重要的參考價值。

不同配方的HTPB推進劑，其熱安定性特征參數(shù)Rc1，Rc2大小各異，表現(xiàn)為不同推進劑的熱安定性的個性特征不同。

[1]GJB 770B—2005，火藥試驗方法方法505.1安定性、相容性和預估安全貯存壽命熱減量法[S].