TDI在現代武器裝備中的應用進展

楊彩云 王新志 趙進進

摘? 要：本文論述了甲苯二異氰酸酯（TDI）在軍事工業武器裝備中的應用狀況，其不僅在高性能固體推進劑中作為固化劑使用，而且在高能炸藥中作為粘結劑使用。

關鍵詞：TDI;推進劑;應用

1.引言

甲苯二異氰酸酯（TDI）是常用的多異氰酸酯的一種，而多異氰酸酯是聚氨酯（PU）材料和重要基礎原料。

本文主要討論TDI在武器裝備領域中的應用。在軍事工業中二異氰酸酯可以作為固化劑與端羥基聚丁二烯與環氧類、有機二元酸或反應生成的一種聚氨酯，這種聚氨酯具有良好的力學及工藝性能，廣泛用于復合推進劑的粘合劑，固體推進劑耐燒蝕包覆材料等^[1]。

2.TDI在高能固體推進劑中的應用

隨著固體火箭發動機技術的不斷發展，對固體推進劑的能量性能要求越來越高，大劑量硝酸酯增塑的聚醚類推進劑（NEPE推進劑）就是為了滿足這種發展需求而被研究開發出來的一種高能固體推進劑，這種推進劑既保留了雙基推進劑的能量特性，又具有聚醚類復合固體推進劑優良的力學性能，具有廣闊的應用前景^[2]。但在NEPE推進劑工程應用前，必須首先解決最薄弱的襯層/推進劑界面的粘接問題。

為了提高襯層與推進劑的界面粘接性能，國內外開展了大量的研究工作。在襯層/推進劑粘接體系設計中，必須考慮襯層和推進劑中粘合劑體系的固化反應速率，襯層和推進劑配方通過采用相同的固化劑，將界面區域兩個主要部分的固化速率的差別減到最小，為推進劑和襯層的粘接提供活性表面。固化劑則視情況分別選用異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、脂肪族二聚二異氰酸酯（DDI）等多異氰酸酯類化合物。這類化合物通過異氰酸酯基團（-NCO）與活潑氫在界面區域的化學反應，從而提高界面粘接性能。

Ingvar和Jeffery^[3]研制了一種HTPB/DDI襯層配方，與NEPE推進劑的粘接性能優良，90°剝離強度達到9.64N/cm，而一般襯層與NEPE推進劑的90°剝離強度僅為1.05N/cm。

尹華麗^[4]等人采用富立葉變換紅外光譜（FTIR）和全反射紅外光譜（FTIR/ATR），研究了半固化的HTPB/TDI襯層表面的活性基團以及不同的-NCO基團與不同羥基的反應速率。研究結果表明：半固化的HTPB/TDI襯層表面含有大量的-NCO基團;HTPB/TDI襯層和NEPE推進劑粘合劑相的-NCO基與-OH的交叉反應速度較NEPE推進劑的固化反應速度快得多。HTPB/TDI襯層與NEPE推進劑界面的化學反應機理是粘合劑相中-OH基和-NCO基的交叉反應，其中襯層中TDI分子的-NCO基與PEG分子的-OH基的反應速度稍快于NEPE推進劑中N100分子的-NCO基與HTPB分子的-OH基的反應;在界面區域，HTPB/TDI襯層與NEPE推進劑通過氨基甲酸酯鍵形成化學粘接。

3.TDI在高能PBX炸藥中應用

澆注高聚物粘結炸藥（PBX）是一種典型的多組分顆粒填充型聚合物復合材料，其組分中包括含能成分和聚合物粘結劑。含能成分在 PBX 中占的比率依據配方的不同而各不相同，一般情況下都在 80% ～90% 范圍內以滿足 PBX 應用時的能量需求。聚合物粘結劑組分所占的比例雖很小，但固化網絡的性質及其固化反應動力學決定著 PBX 的工藝、力學、貯存等性能。

陳清元^[5]等人采用傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）對端羥基聚丁二烯（THPB）/甲苯二異氰酸酯（TDI）不同配比體系的反應速率進行了測定，并比較了不同THPB/TDI 配比的反應體系。結果表明不同配比體系的活化能不相同，當THPB/TDI 的摩爾比為2：1 時反應體系具有兩個表觀活化能。

金平^[6]等人對端羥基聚丁二烯/甲苯二異氰酸酯甲苯溶液體系進行了反應動力學研究，用基團分析方法計算了相應體系的活化能，并對無催化劑和有催化劑的體系作了比較。結果表明二丁基二月桂酸象對上述體系有強的催化作用，使體系的活化能降低，反應速度加快。對于對端差基聚丁二烯/甲苯二異氰酸酯體系，無催化劑時前后期反應活化能分別為29.1kJ/mol、37.4 kJ/mol。

4.結論

TDI具有優良的性能，不僅在民用工業中具有廣泛的用途，而且在軍事工業是不可缺少的重要化工原材料，隨著尖端武器裝備對高性能固體推進劑的和高能不敏感炸藥的迫切需求，相信在將來，TDI在將來的武器裝備中的應用越來越廣泛。

參考文獻

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[3]? Ingvar A w，Jeffery Oyler. nitrate ester plasticized energetic compositions method of making and rocket motor assemblies containing the same [P]. 6632378.2003.影響研究[J].化學推進劑與高分子材料，2013，11（3）：52-55.

[4]? 尹華麗，王清和. 界面粘結性能的影響因素[J].固體火箭技術，1998，21（3）：40-46.

[5]? 陳清元，陳中華，程時遠，等. HTPB/TDI的反應動力學研究[J]. 高分子材料科學與工程，1996，12（3）：45-49.

[6]? 金平，陳建定. HTPB/TDI、HDI聚合反應動力學研究[J]. 功能高分子學報，1998，11（4）：493-497