Page 40 - 《含能材料》优秀论文（2019年）

三 氢 化 铝 合 成 及 应 用 评 价 技 术 进 展 321

起始于表面，然后向内部不断地深入，使用一些具有电 （NG⁃BTTN）、二 缩 三 乙 二 醇 二 硝 酸 酯（TEGDN）、
3+
子给体或配体的物质，可以起到稳定 Al 的作用，他们 N⁃丁基硝氧乙基硝胺（Bu⁃NENA）、2，2⁃二硝基丙基缩
将 AlH 晶体用质量百分含量为 0.1%～10% 的稳定剂 乙醛（A3））的相容性较差。王艳群等 ［41］ 为弄清 AlH 3
3
进行包覆，稳定剂是能吸收自由基以防止 AlH 表面分 与 增 塑 剂 相 容 性 差 的 微 观 机 理 ，以 NG 分 子 中 的
3
解的物质，如：金精三羧酸三铵、8⁃羧基奎宁和邻苯二酚 ─O─NO 基团为代表，采用反应性力场 ReaxFF，通
2
和一些氰基化合物等。经过在相同温度的热分解实验 过 MD 模拟计算，研究了─O─NO 基团与 AlH 表面
2
3
的考察，包覆后的样品热稳定性大大优于未包覆样品。 Al O 膜层的相互作用。研究结果表明，NG 分子中的
2
3
─ O ─ NO 基 团 易 与 AlH 表 面 的 Al O 膜 层 发 生 反
2
2
3
3
4 三氢化铝的应用评价技术研究 应，在 5ps 时即生成活泼的 NO 自由基，并随着反应的
2
进行不断侵蚀 Al O 膜层并暴露出 AlH 本体（如图 5
3
2
3
4.1 三氢化铝在固体推进剂相容性研究
所示）。生成的 NO 自由基吸附在暴露的 AlH 本体表
2
3
AlH 的化学活性大，易于水解，加之固体推进剂 面，引发 AlH 分解释氢，且 NO 自由基浓度越高，反应
3
组分多带有不同的有机官能团，在推进剂的探索中，研 3 2
向 AlH 本体纵深发展越快，导致 AlH 快速分解释氢
3
3
究 AlH 与推进剂主要组分的相容性是 AlH 的一项重 （如图 6 所示），进而导致 AlH 与增塑剂 NG 之间的相
3
3
要工作。刘明星 ［38］ 通过 DSC 法研究了 AlH 与推进剂 容性差。 3
3
主要组分的相容性，并根据火炸药相容性判据得出二
硝 酰 胺 铵（ADN）、3，3'⁃二 硝 基⁃4，4'⁃氧 化 偶 氮 呋 咱
（DNOAF）、铝 粉（Al）、硼 粉（B）、聚 叠 氮 缩 水 甘 油 醚
（GAP）和 奥 克 托 金（HMX）与 AlH 完 全 相 容 。 由 于
3
DSC 法研究相容性有只能反映高温下相容性，样品量
比较小，实验温度远远偏离实际温度，故得出的实验结
果仅用于配方选择的参考。
AlH 在提高固体推进剂能量的同时也增加了其
3
a. initial optimization b. structure after 5 ps MD
危险性，尤其是与含能粘合剂 GAP 和硝酸酯增塑剂
adsorbed state
NG/BTTN 同时使用时，会致混合体系的机械感度升
高，影响了 AlH 在固体推进剂中的应用。李磊 ［39］ 采用
3
MP2 方法结合 6⁃311++G**基组对硝酸酯和 GAP 的热
分解特性进行了计算，结果表明硝酸酯的键离解能远
小于 GAP。采用从头算分子动力学方法模拟了硝酸
酯模型物硝酸甲酯在 AlH 表面的可能反应历程，认为
3
AlH 促进了硝酸酯 O─N 键裂解形成·NO 自由基和
3
2
RO·自由基的过程，且自由基可以与 AlH 形成中间过
3
c. system state after 50 ps MD
渡态加速硝酸酯的分解，同时破坏了 AlH 的结构并促
3
进其释氢分解，加入胺类自由基吸收剂可抑制其分解， 图 5 NG 与 AlH 3 表面 Al 2 O 3 膜层的相互作用 ［41］
Fig.5 Interaction between NG molecules and Al 2 O 3 shell of
并降低机械感度。
［41］
张伟等 ［40］ 通过热分析法（DSC）研究了 AlH 与固 AlH 3
3
体 推 进 剂 组 分 的 相 容 性 ，结 果 表 明 ，AlH 与 粘 合 剂 明白 AlH 与增塑剂相容性差的微观机理后，可以
3
3
（GAP、3，3⁃双叠氮甲氧基氧杂环丁烷四氢呋喃共聚醚 通过 AlH 包覆等手段在其表面形成一层惰性包覆层，
3
（PBT）、聚 乙 二 醇（PEG）、环 氧 乙 烷 四 氢 呋 喃 共 聚 醚 阻断 AlH 与增塑剂之间的相互作用，有效改善 AlH 与
3
3
（PET））、固化剂（异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、N⁃100、 固体推进剂组分的相容性。
甲苯二异氰酸酯（TDI））和固体填料（Al、HMX、高氯酸 4.2 含 AlH 3 推进剂配方能量性能研究
铵（AP）、ADN）的相容性均较好，但与增塑剂（丙三醇 以金属氢化物取代部分铝粉，可以降低推进剂燃
三 硝 酸 酯（NG）、丙 三 醇 三 硝 酸 酯⁃丁 三 醇 三 硝 酸 酯 气平均分子量，从而提高推进剂比冲。刘晶如等 ［42］ 利
CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS 含能材料 2019 年 第 27 卷 第 4 期 （317-325）