鉛銅催化劑在低鋁HTPE推進(jìn)劑中的應(yīng)用研究

任 蕊,劉長(zhǎng)義,高喜飛,辛燕平,張維海,嚴(yán)伍啟,何 娜,魏 嬌,李小慶,張宇軒

(西安北方惠安化學(xué)工業(yè)有限公司,西安 710302)

0 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)模式要求武器系統(tǒng)須滿(mǎn)足高能量、不敏感和低特征信號(hào)等性能[1-5]。HTPE推進(jìn)劑是以端羥基嵌段共聚醚預(yù)聚物(HTPE)為黏合劑的一種不敏感推進(jìn)劑,具有優(yōu)良的鈍感特性、力學(xué)性能和能量水平等優(yōu)點(diǎn),用于替代HTPB推進(jìn)劑,以滿(mǎn)足現(xiàn)代武器系統(tǒng)的鈍感特性。國(guó)外已經(jīng)將HTPE推進(jìn)劑成熟應(yīng)用到多個(gè)型號(hào)上[6]。我國(guó)學(xué)者對(duì)HTPE推進(jìn)劑開(kāi)展了包括配方、力學(xué)性能、鈍感性能等方面的研究,但對(duì)HTPE推進(jìn)劑燃燒性能的公開(kāi)研究報(bào)道較少[7-9]。

添加燃速催化劑是提高推進(jìn)劑燃燒性能關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者從燃燒機(jī)理出發(fā),研制出多種可高效催化AP分解的催化劑[10-12]。但可用于HTPE推進(jìn)劑體系的燃速催化劑種類(lèi)較少。一方面,由于很多燃速催化劑對(duì)推進(jìn)劑中的異氰酸酯固化反應(yīng)產(chǎn)生促進(jìn)作用,造成推進(jìn)劑料漿工藝性能惡化,無(wú)法進(jìn)行正常澆注;另一方面,HTPE推進(jìn)劑以鈍感硝酸酯為增塑劑,以AP為氧化劑,這2種組分各自有各自的燃速調(diào)節(jié)劑,且燃速調(diào)節(jié)劑之間沒(méi)有互換性,因此,造成了HTPE推進(jìn)劑燃速調(diào)節(jié)劑的選擇具有較大難度[13]。盡管公開(kāi)報(bào)道的一些燃速催化劑,如Al2O3、納米銅鉻類(lèi)催化劑、納米ZnO等被證明對(duì)HTPE推進(jìn)劑燃燒性能有一定的催化效果,但能夠得到一種既能有效調(diào)節(jié)HTPE推進(jìn)劑燃燒性能,又不影響其力學(xué)、工藝及安全性能的燃速催化劑,則少之又少。

鉛鹽、銅鹽及其與炭黑的復(fù)合物作為雙基推進(jìn)劑的有效燃速催化劑,可大幅提高推進(jìn)劑的燃速和降低壓強(qiáng)指數(shù),甚至產(chǎn)生超速-平臺(tái)-麥撒燃燒[14]。相關(guān)研究機(jī)理表明,它們?nèi)咄ㄟ^(guò)改變硝酸酯的熱分解溫度,從而降低反應(yīng)活化能,實(shí)現(xiàn)提高推進(jìn)劑燃速的目的。在不敏感推進(jìn)劑中,通常也加入鈍感硝酸酯作為增速劑,以提高推進(jìn)劑能量。結(jié)合鉛鹽、銅鹽等燃速催化劑在雙基推進(jìn)劑中的催化效果與機(jī)理,開(kāi)展了檸檬酸鉛(PbCi)、2,4-二羥基苯甲酸銅(β-Cu)及其與炭黑(CB)的復(fù)合物對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃燒性能的影響,并研究了它們對(duì)推進(jìn)劑工藝性能、力學(xué)性能的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

聚乙二醇聚四氫呋喃共聚醚(HTPE),數(shù)均分子量為3 700,羥值37.6 mg KOH/g,自制;高氯酸銨(AP)3種規(guī)格:5～10 μm、100～140、40～60,大連高佳化工有限公司;鋁粉(Al),鞍鋼實(shí)業(yè)微細(xì)鋁粉有限公司;檸檬酸鉛(PbCi),天元航材科技股份有限公司;2,4-二羥基苯甲酸銅(β-Cu),山西北方興安化學(xué)工業(yè)有限公司;炭黑(CB),日本三菱公司。

1.2 試驗(yàn)方法及儀器

1.2.1熱分析

差熱分析(DSC):DSC25型差示掃描量熱儀,美國(guó)TA儀器沃特斯公司研制。氮?dú)鈿夥?流速50 mL/min,升溫速率10 ℃/min,測(cè)試溫度范圍為20～500 ℃,氧化鋁坩堝加蓋,試樣量約為0.5～1 mg。

1.2.2靜態(tài)燃速及靜態(tài)壓強(qiáng)指數(shù)測(cè)試

按照GJB770B—2005方法706.2(水下聲發(fā)射法),將推進(jìn)劑樣品加工成4.5 mm×4.5 mm×100 mm的藥條,采用AE-2000型固體推進(jìn)劑靜態(tài)燃速測(cè)控儀測(cè)試25 ℃給定壓強(qiáng)下5根藥條的燃速,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍后統(tǒng)計(jì)平均值,依據(jù)維耶里燃速方程rp=pn方程,用最小二乘法求出壓強(qiáng)指數(shù)n。

1.2.3粘度測(cè)試

采用Brookfield 型數(shù)顯旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),在50 ℃下對(duì)推進(jìn)劑藥漿粘度進(jìn)行測(cè)試。依據(jù)粘度對(duì)數(shù)-時(shí)間曲線圖計(jì)算推進(jìn)劑藥漿工藝適用期。

1.2.4力學(xué)性能

按GJB 770B—2005方法413.1(單向拉伸法)規(guī)定,將推進(jìn)劑樣品裁制成啞鈴狀,采用RGM2030微機(jī)控制五頭電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)試推進(jìn)劑在20 ℃、50 ℃及-40 ℃下的最大抗拉強(qiáng)度和延伸率,拉伸速率為100 mm/min。

1.3 樣品制備

1.3.1HTPE推進(jìn)劑基礎(chǔ)配方

以低鋁HTPE推進(jìn)劑為基礎(chǔ)配方,其組成見(jiàn)表1。為探索PbCi、β-Cu對(duì)該推進(jìn)劑燃燒性能的影響規(guī)律,分別添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的PbCi、β-Cu及其與CB的復(fù)合物,并添加至基礎(chǔ)配方中,用以取代基礎(chǔ)配方中的AP,其他組分保持不變,添加燃速催化劑的推進(jìn)劑方案見(jiàn)表2。

表1 低鋁HTPE推進(jìn)劑基礎(chǔ)配方組成(%)

表2 添加催化劑的低鋁HTPE推進(jìn)劑配方方案

1.3.2HTPE推進(jìn)劑樣品制備

將HTPE、增塑劑、燃速催化劑等加入50 ℃恒溫的VKM-5型立式捏合機(jī)中進(jìn)行料漿預(yù)混,攪拌10 min后,依次加入鋁粉、氧化劑,攪拌70 min;加入固化劑,繼續(xù)攪拌30 min后,真空澆注到模具中,得到推進(jìn)劑試樣,于60 ℃烘箱固化7 d,程序降溫至25 ℃,脫模,得到均勻致密的推進(jìn)劑樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 PbCi、β-Cu對(duì)HTPE黏合劑熱分解特性的影響

黏合劑是復(fù)合固體推進(jìn)劑的彈性母體,它的熱分解特征對(duì)推進(jìn)劑的燃燒性能有一定的影響[15]。分別開(kāi)展了PbCi、β-Cu對(duì)HTPE黏合劑熱分解的影響,結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 PbCi對(duì)HTPE黏合劑熱分解的影響

圖2 β-Cu對(duì)HTPE黏合劑熱分解的影響

由圖1可見(jiàn),PbCi的熱分解吸熱峰出現(xiàn)在288.9、337.2 ℃,分別為PbCi中有機(jī)部分的熱分解及PbCi自身的熱分解所致,最終產(chǎn)物為鉛與氧化鉛[16]。HTPE黏合劑的DSC曲線上有2個(gè)肩峰,分別出現(xiàn)在386.8、396.4 ℃,由HTPE黏合劑自身分解熔融所致。加入PbCi后,這2個(gè)肩峰分別向高溫方向移動(dòng)至390.6、397.2 ℃,分別推后了3.8、0.8 ℃,表明PbCi對(duì)HTPE黏合劑的熱分解具有抑制作用。

由圖2中β-Cu的DSC曲線上98.7、182.7 ℃的熱分解吸熱峰,分別為結(jié)晶水的分步分解所致;323 ℃的熱分解峰溫為β-Cu自身的熱分解所致,其熱分解最終產(chǎn)物為氧化銅[17]。在HTPE黏合劑中加入β-Cu后,386.8、396.4 ℃處的2個(gè)尖峰合并成了一個(gè)寬峰,峰溫推后至413.9 ℃,升高了27.1 ℃,表明β-Cu對(duì)HTPE黏合劑的熱分解有明顯的抑制作用,且抑制作用大于PbCi對(duì)HTPE黏合劑熱分解的影響。同時(shí),HTPE黏合劑分解熔融峰形的變化表明β-Cu改變了HTPE黏合劑的熱分解歷程。

2.2 PbCi、β-Cu對(duì)AP熱分解的影響

PbCi、β-Cu對(duì)AP熱分解的影響如圖3所示。圖3中,244.2 ℃處的吸熱峰為AP從斜方晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎骄偷木娃D(zhuǎn)化引起的;296.8 ℃處的放熱峰為AP的低溫分解峰;462.4 ℃的放熱峰為AP的高溫分解峰。加入PbCi后,AP的低溫分解峰溫出現(xiàn)在296.0 ℃,與純AP的低溫分解峰溫基本上一致,表明PbCi對(duì)AP低溫分解幾乎沒(méi)有影響;高溫分解峰出現(xiàn)在369.0 ℃,峰溫比純AP提前了93.2 ℃,且峰面積遠(yuǎn)大于純AP的高溫分解峰,說(shuō)明PbCi加速了AP的高溫分解反應(yīng)。加入β-Cu后,AP的低溫分解峰溫為294.6 ℃,相比于純AP向低溫方向偏移了2.2 ℃,且峰面積變大;AP的高溫分解峰溫提前至395.9 ℃,相比于純AP提前了66.5 ℃,峰形尖銳且峰面積明顯減小;同時(shí),在309～361 ℃范圍內(nèi),出現(xiàn)了不規(guī)則的放熱峰,應(yīng)為AP的高溫分解峰提前至低溫處分解所致,由此可見(jiàn)β-Cu對(duì)AP高溫?zé)岱纸獾拇龠M(jìn)作用大于PbCi。

圖3 PbCi,β-Cu對(duì)AP熱分解的影響

2.3 PbCi、β-Cu對(duì)推進(jìn)劑燃速的影響

添加不同含量PbCi的低鋁HTPE推進(jìn)劑,其燃速隨壓強(qiáng)變化曲線如圖4所示。由圖4可知,低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速隨壓強(qiáng)增加呈上升趨勢(shì)。空白配方燃速在11 MPa處有一個(gè)拐點(diǎn),超過(guò)該點(diǎn)后,推進(jìn)劑燃速隨壓強(qiáng)增大的幅度減緩。據(jù)文獻(xiàn)[18-19]研究結(jié)果,HTPE黏合劑熔點(diǎn)較低,推進(jìn)劑中AP在低溫分解時(shí)產(chǎn)生的孔洞被HTPE液體所填充,多余的HTPE液體覆蓋在AP表面,降低了AP熱分解對(duì)壓強(qiáng)的敏感性。因此,推測(cè)空白配方中11 MPa下燃速出現(xiàn)拐點(diǎn)可能與HTPE黏合劑對(duì)AP熱分解的影響有關(guān)。加入1.0% PbCi后可將低鋁HTPE推進(jìn)劑在5～7 MPa下的燃速提高3.0%～6.2%;9～11 MPa下的燃速幾乎不受影響;11～19 MPa的燃速提高2.1%～4.5%。將PbCi含量由1.0%提高至1.6%,5～19 MPa推進(jìn)劑燃速提高0.4%～1.8%,表明PbCi對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速的催化效果有限,且催化效果隨PbCi含量的增加變化不大。

圖4 不同含量PbCi的HTPE推進(jìn)劑燃速-壓強(qiáng)曲線

添加不同含量β-Cu的低鋁HTPE推進(jìn)劑,其燃速隨壓強(qiáng)變化曲線見(jiàn)圖5。由圖5可知,β-Cu可顯著提高低鋁HTPE推進(jìn)劑在5～19 MPa下的燃速,燃速提高幅度為12.6%～26.9%。添加1.6% β-Cu的推進(jìn)劑,其燃速在添加1.0% β-Cu的推進(jìn)劑基礎(chǔ)上繼續(xù)增加4.6%～12.0%。相比于PbCi,β-Cu對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速的催化效果明顯增大。這與圖3中β-Cu和PbCi對(duì)AP熱分解分析結(jié)果一致。盡管β-Cu、PbCi對(duì)HTPE黏合劑的熱分解具有不同程度的抑制作用,但由于低鋁HTPE推進(jìn)劑中AP的含量高達(dá)70%～80%,是推進(jìn)中最主要的組分,因此它們對(duì)AP高溫分解的催化作用占主導(dǎo)地位,表現(xiàn)出β-Cu對(duì)HTPE推進(jìn)劑燃速的催化效果優(yōu)于PbCi。

圖5 不同含量β-Cu的低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速-壓強(qiáng)曲線

GDF理論(粒狀擴(kuò)散火焰理論)可解釋復(fù)合固體推進(jìn)劑的燃燒機(jī)理[20]。在一定條件下,燃速的大小近似正比于氣相火焰對(duì)于固相的熱反饋。對(duì)復(fù)合固體推進(jìn)劑來(lái)說(shuō),燃速大小由化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)和氧化劑氣體與燃料氣體擴(kuò)散混合效應(yīng)共同決定。依據(jù)GDF理論,含AP復(fù)合推進(jìn)劑的燃速與壓強(qiáng)滿(mǎn)足式(1):

p/r=a+bp2/3

(1)

式(1)中:a、b均為與壓強(qiáng)無(wú)關(guān)的2個(gè)常數(shù)。a為在擴(kuò)散火焰中與化學(xué)反應(yīng)速率有關(guān)的參數(shù),b為與擴(kuò)散混合速度有關(guān)的參數(shù);p為工作壓強(qiáng);r為推進(jìn)劑燃速。

依據(jù)式(1),以p/r為縱坐標(biāo),p2/3為橫坐標(biāo),分別繪制5～11 MPa、11～19 MPa壓力范圍內(nèi)的p/r～p2/3曲線圖,均符合直線關(guān)系。如圖6所示。

圖6 低鋁HTPE推進(jìn)劑中p/r與p2/3的關(guān)系

由圖6可知,5～11 MPa及11～19 MPa下,圖中各直線均具有不同的斜率和截距,且可相交于一點(diǎn)。5～11 MPa下各直線位于交點(diǎn)之前,a(直線截距)越小,b(直線斜率)越大,相同壓力下的p/r值越小,r越大。11～19 MPa下各直線位于交點(diǎn)之后,a越大,b越小,相同壓強(qiáng)下p/r值越小,r越大。依據(jù)式(1)對(duì)低鋁HTPE空白配方及添加PbCi、β-Cu的推進(jìn)劑中的a與b進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 式(1)中a與b的計(jì)算結(jié)果

由表3可見(jiàn),低壓強(qiáng)區(qū)5～11 MPa下空白配方中a遠(yuǎn)大于b,表明氣相擴(kuò)散速率較快,燃速主要由化學(xué)反應(yīng)控制;高壓強(qiáng)區(qū)11～19 MPa下空白配方中b值略大,氣相擴(kuò)散作用主導(dǎo)推進(jìn)劑燃速。添加PbCi、β-Cu后,低壓強(qiáng)區(qū)a值均減小,b值增大,高壓強(qiáng)區(qū)則相反,表明PbCi、β-Cu同時(shí)改變了5～19 MPa壓強(qiáng)范圍內(nèi)推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中氣相化學(xué)反應(yīng)及氧化劑與黏合劑氣體的擴(kuò)散混合速率,導(dǎo)致推進(jìn)劑燃速r增大。低壓強(qiáng)區(qū),添加PbCi和β-Cu的推進(jìn)劑b值接近,但含β-Cu的推進(jìn)劑a值較小,說(shuō)明β-Cu與PbCi對(duì)燃燒過(guò)程中氣相擴(kuò)散混合速率影響程度接近,但β-Cu對(duì)推進(jìn)劑化學(xué)反應(yīng)的影響程度大于PbCi,因此β-Cu提高燃速的程度大于PbCi。高壓強(qiáng)區(qū),添加β-Cu的推進(jìn)劑a值最大,b值最小,表明β-Cu對(duì)推進(jìn)劑化學(xué)反應(yīng)與氣相擴(kuò)散反應(yīng)的影響程度均大于PbCi,因此,添加β-Cu的推進(jìn)劑具有較高的燃速。

2.4 復(fù)合催化劑對(duì)推進(jìn)劑燃速的影響

圖7為PbCi、β-Cu分別與CB以及它們?nèi)甙凑找欢ū壤M(jìn)行復(fù)配后,不同壓強(qiáng)下復(fù)合催化劑對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速的影響。圖7中復(fù)合催化劑方案分別為:P5:1.0%PbCi+0.3% CB;P6:1.0% β-Cu+0.3% CB;P7:0.3% β-Cu+1.0% PbCi+0.3% CB;P8:1.0% β-Cu+0.3% PbCi+0.3% CB。由圖7可知,PbCi/CB復(fù)合催化劑對(duì)推進(jìn)劑在5～7 MPa的燃速影響不明顯,推進(jìn)劑9～19 MPa下的燃速較空白配方下降4.0%～16.5%。表明PbCi與CB復(fù)配后具有抑制推進(jìn)劑燃速的效果,這與鉛-碳復(fù)合催化劑在雙基推進(jìn)劑中表現(xiàn)出的超速燃燒及平臺(tái)效應(yīng)截然不同,但與文獻(xiàn)[21]中鉛鹽對(duì)含疊氮聚醚黏合劑的推進(jìn)劑燃速影響研究結(jié)果相同,說(shuō)明鉛-碳復(fù)合催化劑在以AP為氧化劑、聚醚高分子為黏合劑的復(fù)合推進(jìn)劑中,具有抑制燃速的效果。添加β-Cu/CB復(fù)合催化劑的推進(jìn)劑在5～19 MPa下的燃速均提高,不同壓強(qiáng)下的燃速與添加1.0% β-Cu的推進(jìn)劑相當(dāng)。加入PbCi/β-Cu/CB復(fù)合催化劑后,推進(jìn)劑在5～19 MPa下的燃速均顯著提高,且相同壓強(qiáng)下,復(fù)合催化劑中β-Cu含量較大的推進(jìn)劑,燃速提高幅度較大,但均小于添加1.0% β-Cu的推進(jìn)劑燃速。由此可見(jiàn),PbCi/β-Cu/CB復(fù)合催化劑中,β-Cu對(duì)推進(jìn)劑燃速起主要催化作用。

圖7 含復(fù)合催化劑的低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速-壓強(qiáng)曲線

2.5 燃速催化劑對(duì)推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)的影響

燃速催化劑對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)的影響見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn),PbCi、β-Cu、PbCi/CB、β-Cu/CB、PbCi/β-Cu/CB等燃速催化劑均可以有效降低低鋁HTPE推進(jìn)劑在5～11 MPa下的燃速壓強(qiáng)指數(shù),提高11～19 MPa下的燃速壓強(qiáng)指數(shù)。在5～19 MPa范圍內(nèi),除1.0% PbCi對(duì)壓強(qiáng)指數(shù)影響不顯著外,其余催化劑均能不同程度降低壓強(qiáng)指數(shù)。添加PbCi 的推進(jìn)劑5～19 MPa壓強(qiáng)指數(shù)降幅隨PbCi含量增大而減小,11～19 MPa下則反之。添加β-Cu的推進(jìn)劑,5～19 MPa的燃速壓強(qiáng)指數(shù)均隨β-Cu含量增大而增大。復(fù)合催化劑PbCi/CB、β-Cu/CB對(duì)5～11 MPa下的壓強(qiáng)指數(shù)降低效果最顯著,可將11～15 MPa下的壓力指數(shù)由0.63分別降低至0.36、0.37;表明CB可有效抑制低鋁HTPE推進(jìn)劑低壓壓強(qiáng)指數(shù)。含PbCi/β-Cu/CB復(fù)合催化劑,推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)介于添加單一催化劑與炭黑復(fù)配的催化劑之間,表明PbCi、β-Cu及CB三者進(jìn)行復(fù)配,對(duì)推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)無(wú)協(xié)同效應(yīng)。

表4 不同燃速催化劑下低鋁HTPE推進(jìn)劑的燃速壓強(qiáng)指數(shù)

2.6 燃速催化劑對(duì)推進(jìn)劑工藝性能的影響

燃速催化劑在調(diào)節(jié)推進(jìn)劑燃燒性能的同時(shí),可能會(huì)影響推進(jìn)劑的固化反應(yīng),從而影響推進(jìn)劑藥漿工藝性能。推進(jìn)劑藥漿進(jìn)行粘度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn),添加PbCi、β-Cu及其與CB的復(fù)合催化劑,推進(jìn)劑藥漿均具有較低的粘度和較長(zhǎng)的適用期,表明PbCi、β-Cu及其與CB的復(fù)合催化劑均不會(huì)影響推進(jìn)劑粘合體系與固化體系之間的交聯(lián)反應(yīng),對(duì)推進(jìn)劑藥漿工藝性能無(wú)顯著影響。

表5 催化劑對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑藥漿工藝性能的影響

2.7 燃速催化劑對(duì)推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響

燃速催化劑對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響見(jiàn)表6。由P1、P5推進(jìn)劑力學(xué)性能可見(jiàn),添加PbCi、PbCi/CB后,推進(jìn)劑在20 ℃、50 ℃下的力學(xué)性能與空白配方接近,-40 ℃下的最大延伸率εm由26.6%分別提高至40.7%、36.6%;提高幅度分別為53.0%、37.6%;表明PbCi有利于提高低鋁HTPE推進(jìn)劑的低溫延伸率;由P3、P6推進(jìn)劑力學(xué)性能可見(jiàn),添加β-Cu、β-Cu/CB后,推進(jìn)劑在20℃下的抗拉強(qiáng)度由0.97 MPa分別下降至0.56、0.61 MPa,下降了42.3%、37.1%;延伸率由78.2%分別下降至37.9%、36.8%;降幅分別為51.5%、52.9%;50 ℃下的抗拉強(qiáng)度和最大延伸率εm也均大幅下降,-40 ℃下最大延伸率與空白配方相當(dāng),斷裂點(diǎn)延伸率有所提高,推進(jìn)劑出現(xiàn)低溫“脫濕”現(xiàn)象。結(jié)合圖2中β-Cu自身的DSC熱分解曲線可知,β-Cu對(duì)推進(jìn)劑力學(xué)性能的降低作用,與出現(xiàn)在98.7 ℃處的結(jié)晶水分解峰有關(guān),固化過(guò)程中,β-Cu中的結(jié)晶水緩慢釋放,并與推進(jìn)劑中的固化體系發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致黏合劑所需的固化劑的量有所下降,從而造成力學(xué)性能下降。由P7可見(jiàn),添加PbCi/β-Cu/CB后,推進(jìn)劑在20 ℃及50 ℃下的抗拉強(qiáng)度與基礎(chǔ)配方相當(dāng),但延伸率大幅下降,進(jìn)一步證明當(dāng)催化劑中含有β-Cu時(shí),會(huì)造成推進(jìn)劑力學(xué)性能下降。

表6 催化劑對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響

3 結(jié)論

1) 燃速催化劑PbCi、β-Cu均能抑制HTPE黏合劑的熱分解,促進(jìn)AP的高溫?zé)岱纸狻５弯XHTPE推進(jìn)劑中,燃速催化劑主要通過(guò)加快AP的高溫分解,從而達(dá)到提高推進(jìn)劑燃速的作用。β-Cu對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速的催化作用遠(yuǎn)大于PbCi。低壓強(qiáng)區(qū)5～11 MPa,β-Cu與PbCi對(duì)推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中的氣相擴(kuò)散速率的影響程度接近,β-Cu對(duì)推進(jìn)劑化學(xué)反應(yīng)的影響程度大于PbCi;高壓強(qiáng)區(qū)11～19 MPa,β-Cu對(duì)推進(jìn)劑化學(xué)反應(yīng)與氣相擴(kuò)散反應(yīng)的影響程度均大于PbCi。

2) 復(fù)合催化劑PbCi/CB對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速具有抑制作用;復(fù)合催化劑β-Cu/CB對(duì)低鋁HTPE推進(jìn)劑燃速的催化作用與相同含量β-Cu的催化效果相當(dāng)。復(fù)合催化劑PbCi/β-Cu/CB中,β-Cu對(duì)推進(jìn)劑燃速起主要催化作用。PbCi、β-Cu、PbCi/CB、β-Cu/CB、PbCi/β-Cu/CB均可有效降低低鋁HTPE推進(jìn)劑在5～11 MPa的壓強(qiáng)指數(shù),提高11～19 MPa的壓強(qiáng)指數(shù)。

3) PbCi、β-Cu及其與CB的復(fù)合催化劑對(duì)推進(jìn)劑藥漿工藝性能的影響不大;PbCi及其與CB的復(fù)合物可有效提高低鋁HTPE推進(jìn)劑的低溫延伸率,β-Cu及其與CB的復(fù)合物會(huì)降低推進(jìn)劑的力學(xué)性能。