庞维强1, 樊学忠1, 张龙彬2
(1.西安近代化学研究所,陕西西安710065; 2.第二炮兵工程学院503教研室,陕西西安710025)
摘要:提高能量始终是固体推进剂研制发展过程中一直追求的主要目标,不断研究发展含能材料的新概念、新技术,研究合成新型含能材料并投入使用,是含能材料技术发展的重点。综述了缩水甘油叠氮聚合物GAP、氧丁环聚合物PNIMMO和硝酸酯缩水甘油醚聚合物PGLYN等三种具有发展前途的含能胶黏剂。讨论了包括聚乙烯醇硝酸酯、聚多硝基苯撑、硝胺聚醚 和N-N环氧聚合物等的其它含能胶黏剂。认为在固体推进剂中使用含能胶黏剂是提高推进剂能量的有效方法。
关键词:含能材料;含能胶黏剂;固体推进剂;进展
中图分类号:TQ 433. 439 文献标识码:A 文章编号:1001-0017(2008)05-0046-04
引 言
随着现代火箭技术的发展,对未来推进剂系统 提出了愈来愈高的要求,欲实现高能固体推进剂,必 须使用含能胶黏剂。与传统的惰性胶黏剂相比,含 能胶黏剂能够提高配方的能量。含能胶黏剂是可交 联的预聚物,它能够与增塑剂一起形成一个坚韧 的、有弹性的、三维网状结构的聚合物,将推进剂组 分的分散相粘接在一起。固化后,聚合物胶黏剂成 为一个弹性橡胶,它能够吸收或分散来自外界突然 的、计划外的刺激性能量。使用有利于提高配方能 量的聚合物和增塑剂,即在聚合物的链上和增塑剂 上引入诸如-N3, -NO2(-C-NO2, -O-NO2)、N -NO2(N-NH2)、-NF2的含能基团,可显著提高 配方的能量、改善氧平衡[1~3]。
本文讨论了缩水甘油叠氮聚合物GAP、氧丁环 聚合物PNIMMO和硝酸酯缩水甘油醚聚合物PG- LYN等三种具有发展前途的含能胶黏剂,介绍了包 括聚乙烯醇硝酸酯、聚多硝基苯撑、硝胺聚醚和N- N环氧聚合物等的其它含能胶黏剂,旨在为制备浇注复合推进剂提供基础。
1 含能聚合物胶黏剂
1. 1 缩水甘油叠氮聚合物(GAP)
GAP的化学式C3H5ON3,生成热为142. 8J/g,密度为1. 3g/cm3,它是目前含能胶黏剂中最引人注目的化合物之一。并首次由Vandenburg以DMF为 溶剂,叠氮化钠与聚环氧氯丙烷PECH反应合成而来。GAP与异氰酸酯反应形成交联聚合物,此过程可用来制备线性GAP-二醇和支化GAP-多元醇聚合物[4, 5]。
GAP也可与其它基团发生官能团反应, Frankel 等发明了制备端异氰酸酯基线性GAP的工艺,如 α,ω-二异氰酸酯封端的GAP,其通式如下:
它由端羟GAP与六次亚甲基二异氰酸酯制备 而来。
1. 2 GAP的性能
GAP的相关理化性能见表1。
GAP具有低的Tg和低的承重链百分数,这有 利于含能胶黏剂体系,然而在低温下,由于硬的-N3 基团限制了聚合物主链的柔性,使得GAP变成硬而 脆。另外,由于线性GAP的官能度接近2,所以必须 加入三元醇或三异氰酸酯进行交联来制备理想的交 联体。GAP具有相对高的碳原子浓度,因此“燃烧 能”高。在高温高压(70. 3MPa)下平稳燃烧,不会发 生爆炸。文献报道,在He气体条件下, GAP的 DTA/TGA分解曲线表明,在202~277℃之间发生 失重为40%放热分解,第二阶段失重无放热现象。GAP的初始分解温度为240℃,在260~500℃之间降解,放热685kJ/mol。有人研究,GAP的初始分解如下: