CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2022年第30卷第8期文章目次
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    • >含能快递
    • 含能快递--2022年第8期

      2022, 30(8):763-763.

      摘要 (218) HTML (200) PDF 536.42 K (5605) 评论 (0) 收藏

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    • >制备与性能
    • 4H-[1,2,3]氧化三唑并[4,5-c]呋咱羟胺盐/胺盐及共晶的制备与表征

      2022, 30(8):764-770. DOI: 10.11943/CJEM2022121

      摘要 (334) HTML (214) PDF 1.16 M (5824) 评论 (0) 收藏

      摘要:以3,4-二氨基呋咱为起始原料,通过硝化、环化、成盐反应合成了4H-[1,2,3]氧化三唑并[4,5-c]呋咱(TODO)的羟胺盐及铵盐。采用蒸发溶剂法制备出TODO羟胺盐(HATODO)与TODO铵盐(ATODO)共晶化合物,通过单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和核磁分析对该化合物的结构进行了表征。采用热重-差示扫描量热仪研究了其热稳定性,依据GJB772A-97方法测试了感度。采用Explo5V6.0对其爆轰性能进行了预测。结果表明:HATODO/ATODO共晶晶体为单斜晶系,P21/c空间群,晶体学参数为:a=8.5202(3)Å, b=10.3870(4)Å,c=13.4481(4) Å,α=90°,β=102.0510(10)°,γ=90°,V=1163.92(7)Å3Z=4。该共晶主要依靠N+─O-…H型氢键作用和N─H氢键作用形成。TODO羟胺盐的分解温度为147.9 ℃,TODO胺盐的分解温度为167.4 ℃,HATODO/ATODO共晶的起始分解温度为151.2 ℃,撞击感度为3.9 J,摩擦感度为78%,静电感度为129.7 mJ,计算爆速为8462 m·s-1,计算爆压为32.07 GPa。

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    • Mg(BH42对典型硝胺炸药热分解性能的影响

      2022, 30(8):771-778. DOI: 10.11943/CJEM2022148

      摘要 (201) HTML (210) PDF 1.39 M (3932) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索硼氢化镁(Mg(BH42)对硝胺炸药热稳定性的影响,采用差示扫描量热法(DSC)研究了Mg(BH42/黑索今(RDX)、Mg(BH42/奥克托金(HMX)和Mg(BH42/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)3种混合硝胺炸药的热分解性能,并采用同步热分析-红外连用技术(TG-FTIR)分析了3种混合物的热分解气相产物。结果表明:Mg(BH42对3种硝铵炸药的热分解和表观活化能产生了不同的影响,RDX和CL-20分解放热量分别增加了14.7%和32.1%,HMX的分解放热量减少了45.8%;RDX的表观活化能降低了15.8 kJ·mol-1,HMX和CL-20的表观活化能分别提高了19.7 kJ·mol-1和11.5 kJ·mol-1。Mg(BH42没有改变3种硝胺炸药的热分解气相产物,其主要产物均为NO2和N2O;Mg(BH42使HMX、RDX热分解产物和含量变化不大,使CL-20出现了明显的水峰,NO2与N2O的浓度比值降低了89.2%;表明Mg(BH42对RDX和CL-20的热分解有促进作用,对HMX热分解有抑制作用。

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    • 酸性和有机溶液对α-AlH3稳定改性的研究

      2022, 30(8):779-786. DOI: 10.11943/CJEM2021142

      摘要 (199) HTML (176) PDF 1.80 M (5874) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高α-AlH3的稳定性,采用酸性和有机溶液对其进行了处理,通过结构表征、稳定性测试和机械感度测试对比研究了处理前后的样品,探讨了改性对α-AlH3释氢性能的影响及改性机理。结果表明,改性方法有效且对样品释氢性能影响微弱,改性后的α-AlH3的释氢损失量不超过1%,起始释氢温度和释氢峰值温度变化不超过±3 ℃,最大释氢速率变化不超过20%,其中,氢溴酸处理增强α-AlH3贮存稳定性的效果最好,样品贮存期间释氢量由0.87%降至0.02%。酸性和有机溶液处理能够使样品表面的杂质和缺陷减少,酸性溶液处理的α-AlH3表面形成了无定形氧化铝或氢氧化铝,增强了α-AlH3的稳定性。相较于有机溶液,酸性溶液在实际应用中更适于作为改性剂。

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    • 交联催化剂对聚三唑聚醚弹性体性能的影响

      2022, 30(8):787-792. DOI: 10.11943/CJEM2021212

      摘要 (125) HTML (145) PDF 942.28 K (3110) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究交联催化剂2,4-戊二酸铜-环辛二烯复合物对弹性体性能的影响,以端炔基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PTPET)为黏结剂,叠氮化合物为固化剂,添加质量分数为0.01%、0.02%、0.05%、0.10%交联催化剂,制备了一系列聚三唑交联弹性体S1~S4,并采用红外光谱、热重分析法、平衡溶胀法、动态热机械分析法等对S1~S4进行化学结构、热稳定性、力学性能和网络结构进行表征。结果表明,PTPET弹性体较PET弹性体稳定,交联催化剂含量对S1~S4的热稳定性无影响,分解温度均在405 ℃附近;聚三唑交联弹性体S2网状结构最完善,力学性能最优,玻璃化转变温度Tg为-67.4 ℃。

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    • 丁羟四组元推进剂的宽温围压单向拉伸力学行为

      2022, 30(8):793-803. DOI: 10.11943/CJEM2022032

      摘要 (184) HTML (229) PDF 3.97 M (6565) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究丁羟四组元推进剂在宽温围压条件下的单向拉伸力学性能,采用宽温-围压气体试验系统研究了不同温度(-50 ℃、20 ℃和70 ℃)、不同围压(0.1 MPa、2 MPa与8 MPa)与不同拉伸速率(100 mm·min-1、1000 mm·min-1和4200 mm·min-1)下推进剂力学性能的变化规律。采用SEM扫描电镜与微米CT相结合的手段从细观层面分析宏观力学性能发展的内在细观原因,以此揭示外载荷对高固含量推进剂力学性能的影响机制。研究表明,常温与高温条件下,推进剂的损伤以“脱湿”为主;低温常压下则主要为“脱湿”和颗粒的韧断,当围压增大时会向颗粒的脆断转变,但延伸率随围压的增大仍然增大,分析认为主要是围压抑制了孔洞的产生和损伤的演化;在高围压不同拉伸速率下,常温和高温下推进剂表现出来的力学性能较为接近,这是因为高温会使粘合剂基体与固体填料之间的相互作用减弱,推进剂出现更严重的脱湿,而高围压则会抑制“脱湿”而减弱温度的影响;采用时压等效叠加原理(TPSP)进行最大抗拉强度主曲线拟合分析时,在低温-50 ℃条件下,时间-压强压位移因子与对应围压之间的关系并不符合标准形式,对于高固含量的推进剂而言TPSP叠加原理具有一定的使用局限性。

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    • 基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂燃烧性能

      2022, 30(8):804-810. DOI: 10.11943/CJEM2022113

      摘要 (400) HTML (306) PDF 1.33 M (7281) 评论 (0) 收藏

      摘要:推进剂在燃烧过程中产生的凝聚相团聚是造成能量损失及喷管烧蚀的主要原因之一,推进剂中引入氟被认为是解决团聚的有效途径。为此,研究将氟醇化合物(PFD)引入到端羟基聚醚(HTPE)推进剂,使其通过固化反应接入黏合剂交联网络中,形成基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂。采用热重(TG)、激光点火表征加入PFD前后推进剂热分解以及相同点火时间下推进剂燃烧强度的变化,并通过扫描电镜(SEM)、EDS能谱表征推进剂燃面火焰形貌以及燃烧凝聚相产物粒径分布。结果表明,加入PFD后推进剂的失重仍然包含3个主要阶段,但PFD会导致推进剂中RDX分解延后15~20 ℃,且在250 ℃前含氟链段完全分解失重;对比空白推进剂样品,含有PFD的推进剂在相同点火时间下具有更高的燃烧亮度;随着PFD的增加,推进剂样品燃烧火焰的密集程度显著增加,且火焰喷射更为剧烈,推进剂的凝聚相产物平均粒径由添加1%PFD时的5.13 μm逐渐减小至添加5%PFD时的1.04 μm。

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    • NEPE推进剂在氮气及空气中的点火燃烧特性

      2022, 30(8):811-818. DOI: 10.11943/CJEM2021326

      摘要 (289) HTML (284) PDF 1.07 M (6252) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究NEPE推进剂的点火燃烧特性,搭建了CO2激光点火试验平台,使用高速摄影仪拍摄在不同气体环境下NEPE推进剂的燃烧过程,通过信号采集系统测量NEPE推进剂的点火延迟时间,对NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa氮气及空气中的点火燃烧特性进行了研究。结果表明,环境压强和环境气体会影响NEPE推进剂的点火燃烧过程,环境压强越大,NEPE推进剂燃烧越激烈,且NEPE推进剂在空气中燃烧时比氮气中更加剧烈。NEPE推进剂的点火延迟时间随着环境压强的增大而减小,当环境压强从0.1 MPa增大到3.0 MPa时,氮气中的点火延迟时间由0.51 s减小到0.29 s,而空气中的点火延迟时间由0.32 s减小到0.18 s,但是当环境压强大于0.5 MPa时,环境压强对点火延迟时间的影响显著降低。同时环境压强会影响NEPE推进剂的燃烧速率,当环境压强从0.1 MPa增加到3.0 MPa时,氮气中的燃速从1.71 mm·s-1提高到4.54 mm·s-1,空气中的燃速从2.51 mm·s-1提高到11.4 mm·s-1,NEPE推进剂在空气中的燃烧速率增长幅度更大。最后通过燃速经验公式进行拟合,表明Vielle燃速公式更适用于表征NEPE推进剂在0.1~3.0 MPa下的燃速特性。

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    • 铝基微单元复合燃料在NEPE固体推进剂中的应用

      2022, 30(8):819-825. DOI: 10.11943/CJEM2022147

      摘要 (270) HTML (200) PDF 2.71 M (4984) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究铝基微单元燃料在硝酸酯增塑聚醚(NEPE)固体推进剂中的应用性能,以自制的铝基微单元复合燃料(Al@AP)代替铝粉加入NEPE固体推进剂,以真空定容爆热试验、发动机试验、残渣活性铝测试、高速摄影、单向拉伸试验、工艺性能测试等手段研究了Al@AP对NEPE固体推进剂燃烧、力学、工艺等性能的影响;并对Al@AP在NEPE固体推进剂中的燃烧作用机理进行了分析。结果表明,以19.5%的Al@AP代替FLQT-3 Al后,NEPE固体推进剂的爆热由6039.4 J·g-1提升至6924.8 J·g-1,残渣量由28.91 g降至7.64 g,残渣活性铝含量由14.64%降至0.37%,残渣粒径d50由94.12 μm降至24.21 μm,NEPE固体推进剂喷射效率提升,铝粉在燃面停留时间由55 ms缩短至40 ms,且无明显融联团聚现象,且Al@AP对推进剂的燃速、力学、工艺等性能基本无影响。

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    • 一种改性HTPB固体推进剂的流变特性及其3D打印成型

      2022, 30(8):826-832. DOI: 10.11943/CJEM2022043

      摘要 (294) HTML (203) PDF 1.58 M (8268) 评论 (0) 收藏

      摘要:快速发展的增材制造技术为固体推进剂传统浇注成型的柔性化、适应性差等问的解决题提供了有效途径。传统热固性固体推进剂的流平性好,无法逐层沉积成型。因而,为实现热固性固体推进剂的3D打印成型,本研究对其液相组分进行了改性,通过添加少量定型助剂共混改性端羟基聚丁二烯(HTPB),制备得到改性HTPB固体推进剂,并对其的流变特性进行了研究。结果表明,共混改性使黏合剂黏度、表观黏流活化能升高;改性HTPB固体推进剂流变特性符合Herschel-Bulkley方程,且流动性随温度升高而提高;同时,改性HTPB固体推进剂在室温下具有较高储能模量(>104 Pa)以及较小的损耗角正切(ω<10 rad·s-1G″/G′<0.5),整体不呈现流动性,且少量定型助剂对推进剂的热分解行为没有产生显著影响,实现了改性HTPB固体推进剂的3D打印成型。

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    • >综述
    • 固体推进剂有机含能燃速催化剂的研究进展

      2022, 30(8):833-852. DOI: 10.11943/CJEM2022033

      摘要 (667) HTML (288) PDF 1.83 M (8616) 评论 (0) 收藏

      摘要:含能燃速催化剂是近年来固体推进剂领域的热点研究方向。本文从单金属有机框架型、双金属基多功能型、分子负载型和其他新型催化剂等4个方面分类综述了含能燃速催化剂在固体推进剂领域的应用研究进展及发展趋势,指出单金属有机框架型燃速催化剂催化效果较为单一,与其他金属盐复配使用的催化效果更好;双金属基多功能型燃速催化剂催化性能优良,具有潜在的应用前景;分子负载型燃速催化剂尚处于初步探索阶段,其制备和应用成为燃速催化剂的发展方向之一;其他新型含能燃速催化剂还需加强应用研究。提出绿色环保化、高能低感化、纳米化和多功能复合化等是今后研究的重点方向:含重金属的燃速催化剂会对环境造成不利影响,发展绿色环保的燃速催化剂已成为必然趋势;赋予燃速催化剂一定的能量特性可减少对推进剂的能量损失,高能低感化已成为燃速催化剂发展的重要方向;含能燃速催化剂纳米化一直是有效提升催化剂催化活性的有效途径;具备多重功效的燃速催化剂是未来的发展趋势。

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    • 复合固体推进剂高温加速试验理论与方法(1)——Arrhenius方程的适用性

      2022, 30(8):853-860. DOI: 10.11943/CJEM2022115

      摘要 (380) HTML (174) PDF 828.49 K (7408) 评论 (0) 收藏

      摘要:国内外普遍采用高温加速试验方法,以Arrhenius方程作为动力学模型评估聚合物材料包括复合固体推进剂的老化性能和贮存寿命。近年来,Arrhenius方程在复合固体推进剂老化和寿命评估的适用性受到一些质疑。为探讨Arrhenius方程的适用性问题,本文综述了Arrhenius方程在国内外固体推进剂贮存老化评估中的应用情况,从理论源头梳理了Arrhenius方程的形成过程和相关参数物理意义,指出了目前在Arrhenius方程理论认识和应用上的误区。理论分析表明,在Arrhenius方程形式下,频率因子和活化能两个参数之一是温度的函数;对于固体推进剂,现行标准允许的加速试验温度范围内活化能可视为定值。应用Arrhenius方程应符合下述条件:1)研究所涉及的温度范围内老化机理可视为一致;2)各加速试验温度下,老化程度相当;3)参数k应符合速率常数的物理意义。性能随时间变化的数学模型中参数k不符合速率常数定义,使用应慎重,推荐使用性能对数模型替代。

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    • 固体火箭发动机粘接界面蠕变损伤研究进展

      2022, 30(8):861-871. DOI: 10.11943/CJEM2022125

      摘要 (284) HTML (260) PDF 1.27 M (6286) 评论 (0) 收藏

      摘要:固体火箭发动机粘接界面在长期立式贮存下因蠕变效应产生损伤。本文从蠕变条件下界面损伤影响因素、界面损伤测试试验和界面损伤数值模拟3个方面综述了相关研究进展,指出了蠕变条件下粘接界面累积损伤不容忽视,总结了试验和数值模拟研究中的不足,并进行了展望。分析认为,试验研究的难点是设计合理的试验和选取有效表征损伤时效性的变量,数值模拟研究的重点是构建含损伤的蠕变型界面内聚力本构模型,以期为开展贮存条件下粘接界面的性能评估研究提供一定参考。

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《含能材料》编辑部

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