DNTF－CMDB推進劑性能的實驗研究

田 軍，王寶成，桑軍鋒，張富平，鄭 偉，王江寧

（1.西安近代化學研究所，陜西 西安 710065；2.海軍駐西安導彈設備軍事代表室，陜西 西安 710065）

引 言

3，4－二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）是呋咱類高能量密度化合物，其綜合性能優于HMX，與CL－20相當，由于其具有能量高、無氯等優點，可作為低特征信號推進劑的高能添加劑［1－2］。近年來，關于DNTF改性雙基推進劑的基礎性能研究較多。趙鳳起［3］、龐軍［4］、鄭偉［5］研究了含DNTF改性雙基推進劑的燃燒性能，結果表明用鉛銅鹽復合催化劑可以調節其燃燒性能，但DNTF含量對燃燒性能的影響顯著；鄭偉等［6］研究了含DNTF改性雙基推進劑的化學安定性，探索了提高其化學安定性的途徑；王江寧［7－8］研究了含DNTF改性雙基推進劑的熱分解特性，發現NC／NG黏合劑體系的熱分解產物對DNTF的熱分解影響明顯，同時，還研究了含DNTF改性雙基推進劑的力學性能，指出DNTF對雙基黏合劑體系具有增塑作用［9］；李亮亮［10］采用動態熱機械（DMA）研究了含DNTF改性雙基推進劑的動態力學性能，探討了DNTF改善改性雙基推進劑力學性能的機理。

本研究利用無溶劑螺旋壓伸工藝獲得DNTFCMDB推進劑藥柱，并對推進劑的能量特性、燃燒性能、安全性能、力學性能及內彈道性能進行了實驗研究，以期為DNTF在改性雙基推進劑中的應用提供參考。

1 實 驗

1.1 樣品制備

DNTF，西安近代化學研究所，純度大于99%。

采用傳統的雙基推進劑無溶劑螺旋壓伸工藝制備推進劑藥柱。藥柱外徑46mm、內徑8mm。為了便于比較，同時制備了 HMX－CMDB推進劑藥柱。推進劑配方如表1所示。

表1 推進劑配方Table 1 Formulations of propellants

1.2 實驗方法

依據GJB770B－2005方法測試推進劑的能量性能、燃燒性能、安全性能、力學性能及內彈道性能。撞擊感度用特性落高H50表示，摩擦感度用爆炸概率P表示。內彈道性能測試條件：溫度20℃，發動機內徑50mm，點火藥為2號黑火藥，藥量5g。

2 結果和討論

2.1 能量性能

推進劑的能量采用GJB／Z84－96方法進行計算。DNTF－CMDB推進劑配方的能量示性參數的計算結果見表2。

表2 DNTF－CMDB推進劑能量示性參數計算結果（10MPa）Table 2 Calculated results of energetic parameters of DNTF－CMDB propellant（10MPa）

由表2可知，DNTF－CMDB推進劑的比沖和特征速度與 HMX－CMDB推進劑相當，但由于DNTF的密 度（1.937g／cm3）比 HMX（1.900g／cm3）大，因此其理論計算密度比 HMX－CMDB推進劑大。

DNTF－CMDB推進劑的爆熱、比容和密度的測試結果見表3。由表3可知，與HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑的爆熱低、比容高，所以兩者的理論比沖相差不大。由表2與表3可知，DNTF－CMDB推進劑比 HMX－CMDB推進劑的理論密度大，而實測密度較小。測試結果表明，DNTF－CMDB和HMX－CMDB的線膨脹系數分別為2.21×10－4、1.78×10－4℃－1，采用螺旋壓伸工藝成型的DNTF－CMDB推進劑具有更大的線膨脹系數和更明顯的出口脹大效應，導致推進劑實測密度值較小。

表3 DNTF－CMDB和HMX－CMDB推進劑的爆熱、比容和密度Table 3 Explosion heat，specific volume and density of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

2.2 燃燒性能

DNTF－CMDB推進劑的燃燒性能見表4。

表4 不同壓強下推進劑的燃速及壓強指數Table 4 Burning rate and pressure exponent of propellants at different pressures

由表4可知，燃速為20～23mm／s（6～18MPa）時，DNTF－CMDB推進劑的壓強指數為0.06（6～18MPa），8～14MPa出現麥撒燃燒，壓強指數為－0.02。與 HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑的燃速較高，且壓強指數較小（6～18MPa）。

為了考察溫度對推進劑燃燒性能的影響，研究了不同溫度下推進劑的燃速，結果見圖1。

由圖1可知，推進劑高溫與常溫燃速的差值比低溫與常溫的燃速差值大。高溫時，推進劑的平臺燃燒區間為6～16MPa，壓強指數為0.05，且16～18MPa下的壓強指數明顯增加。低溫時的平臺燃燒區間與常溫時的平臺燃燒區間保持一致，均為6～18MPa，壓強指數均為0.06。

圖1 不同溫度下DNTF－CMDB推進劑的燃速－壓強曲線ig.1 The burning rate－pressure curves of DNTF－CMDB propellant at different temperatures

以上結果表明，20～50℃的燃速溫度敏感系數較大。今后應對DNTF－CMDB推進劑在發動機中工作的環境適應性做進一步研究。

2.3 安全性能

DNTF－CMDB推進劑的化學安定性和機械感度測試結果見表5。

表5 DNTF－CMDB和 HMX－CMDB推進劑的化學安定性和機械感度Table 5 Chemical stability and mechnical sensitivities of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

由表5可知，在相同的熱環境條件下，DNTFCMDB推進劑對熱刺激的響應比HMX－CMDB推進劑敏感。由含DNTF－CMDB推進劑的熱分解曲線［8］和化學安定性研究的結果［6］可知，NC／NG 的熱分解產物對DNTF的分解有很強的促進作用，所以DNTF－CMDB推進劑對熱刺激更敏感。機械感度的測試結果表明，與HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑對機械刺激的敏感性有所降低。DNTF能溶解于NG中（100g NG大約能溶解18g DNTF），從而使DNTF－CMDB推進劑的溶棉比（溶劑含量與NC質量比）大于HMX－CMDB推進劑。溶棉比增大時，基體藥料變軟會使推進劑對機械刺激的敏感程度降低。

2.4 力學性能

DNTF－CMDB推進劑抗壓力學性能的測試結果見表6。

表6 DNTF－CMDB和HMX－CMDB推進劑的力學性能Table 6 Mechanical properties of DNTF－CMDB and HMX－CMDB propellants

由表6可知，常溫時DNTF－CMDB推進劑與HMX－CMDB推進劑的抗壓強度相當，壓縮率大。高溫時DNTF－CMDB推進劑的抗壓強度小于HMX－CMDB推進劑，壓縮率大于 HMX－CMDB推進劑。低溫時DNTF－CMDB推進劑的抗壓強度大于HMX－CMDB推進劑，壓縮率小于HMX－CMDB推進劑。DNTF對 NC／NG 體系的增塑作用［9－10］在抗壓力學性能數據上體現為推進劑在常溫和高溫時壓縮率增大（彈性增加），強度降低（物料變軟）；低溫時抗壓力學性能可能與脆化參數相關［10］。

2.5 內彈道性能

DNTF－CMDB推進劑的Φ50mm標準發動機內彈道性能試驗結果見表7，p－t曲線如圖2所示。

圖2 DNTF－CMDB推進劑的p－t曲線Fig.2 p－t curve of DNTF－CMDB propellant

表7 Φ50mm標準發動機內彈道性能的測試結果Table 7 Experimental results of inner ballistic properties inΦ50mm motor for DNTF－CMDB propellant

由表7可知，4發試驗數據的重復性較好，推進劑在10MPa下的平均比沖約為2 162.7N·s／kg（220.7s），燃速約為19mm／s，動態燃速比靜態燃速低約2.5mm／s。由圖2可知，推進劑點火性能良好，發動機工作穩定。

3 結 論

（1）與 HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑的比容較大、爆熱和密度較小。

（2）DNTF－CMDB推進劑具有較好的燃燒性能，20～50℃的燃速溫度敏感系數較大。

（3）與 HMX－CMDB推進劑相比，DNTF－CMDB推進劑對熱刺激較為敏感，但機械感度較低。20℃和50℃時壓縮率較高，－40℃時抗壓強度較大。

（4）Φ50mm 標準發動機實測 DNTF－CMDB推進劑的比沖約為2 162.7N·s／kg（10MPa），點火性能良好，發動機工作穩定。

［1］ 胡煥性，張志忠，趙鳳起，等.高能量密度材料3，4－二硝基呋咱基氧化呋咱性能及應用研究［J］.兵工學報，2004，25（2）：155－158.HU Huan－xing，ZHANG Zhi－zhong，ZHAO Feng－qi，et al.A study on the properties and application of high energy density material DNTF［J］.ACTA Armamentarii，2004，25（2）：155－158.

［2］ 鄭偉，王江寧，寧秀鐸，等DNTF－CMDB推進劑的燃燒機理［J］.火炸藥學報，2014，37（1）：70－73.ZHENG Wei，WANG Jiang－ning，SONG Xiu－duo，et al.Combustion mechanism of composite modified double－base propellant containing 3，4－dinitrofurazanfuroxan（DNTF）［J］.Chinese Journal of Explosives and Propellants，2014，37（1）：70－73.

［3］ 趙鳳起，陳沛，羅陽，等.3，4－二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）的改性雙基推進劑［J］.推進技術，2004，25（6）：570－572.ZHAO Feng－qi，CHEN Pei，LUO Yang，et al.Study on the composite modified double base propellant containing 3，4－dinirofurazanfuroxan（DNTF）［J］.Journal of Propulsion Technology，2004，25（6）：570－572.

［4］ 龐軍，王江寧，張蕊娥，等.CL－20、DNTF 和 FOX－12在CMDB推進劑中的應用［J］.火炸藥學報，2005，28（1）：19－21.PANG Jun，WANG Jiang－ning，ZHANG Rui－e，et al.Application of CL－20，DNTF and FOX－12in CMDB propellant［J］.Chinese Journal of Explosives and Propellants，2005，28（1）：19－21.

［5］ 鄭偉，王江寧，周彥水.含DNTF的改性雙基推進劑燃燒性能研究［J］.推進技術，2006，27（5）：469－472.ZHENT Wei，WANG Jiang－ning，ZHOU Yan－shui.Combustion performance of DNTF－CMDB propellant［J］.Journal of Propulsion Technology，2006，27（5）：469－472.

［6］ 鄭偉，王江寧，韓芳，等.DNTF－CMDB推進劑的化學安定性［J］.火炸藥學報，2010，33（4）：10－13.ZHENG Wei，WANG Jiang－ning，HAN Fang，et al.Chemical stability of CMDB propellants containing DNTF［J］.Chinese Journal of Explosives and Propellants，2010，33（4）：10－13.

［7］ 王江寧，馮長根，田長華.含 CL－20、DNTF和 FOX－12的CMDB推進劑的熱分解［J］.火炸藥學報，2005，28（3）：17－19.WANG Jiang－ning，FENG Chang－gen，TIAN Zhanghua.Thermal decomposition of CL－20／DNTF／FOX－12－CMDB propellant［J］.Chinese Journal of Explosives and Propellants，2005，28（3）：17－19.

［8］ ZHENG Wei，WANG Jiang－ning，REN Xiao－ning，et al.An investigation on thermal decomposition of DNTF－CMDB propellants［J］.Propellants，Explosives，Pyrotechnics，2007，32（6）：520－524.

［9］ 王江寧，李亮亮，劉子如.DNTF－CMDB推進劑的力學性能［J］.火炸藥學報，2010，33（4）：23－27.WANG Jiang－ning，LI Liang－liang，LIU Zi－ru.Mechanical performance of composite modified doublebase propellant with DNTF［J］.Chinese Journal of Explosives and Propellants，2010，33（4）：23－27.

［10］李亮亮，王江寧，孔軍利.DNTF／RDX－CMDB推進劑動態力學性能［J］.含能材料，2011，19（3）：282－286.LI Liang－liang，WANG Jiang－ning，KONG Jun－li.Dynamic mechanical properties of DNTF／RDX－CMDB propellant［J］.Chinese Journal of Energetic Materials，2011，19（3）：282－286.