二氟氨基粘合剂与硼的作用关系研究

摘要

硼具有极高的质量热值和体积热值。含硼富燃料推进剂的理论比冲可达12000N·s·kg-1。但在实际应用中，硼自身的高熔点与高沸点，导致其存在点火性能差、燃烧效率低等问题，影响了其高能量性能发挥。引入二氟氨基粘合剂有望利用二氟氨基基团中的活性氟元素促进硼的点火与燃烧。因此，本文以硼富燃料推进剂为基础，采用热分解实验、燃烧实验结合现代仪器分析技术研究了二氟氨基粘合剂:3-氟氨基甲基-3-甲基环氧丁烷均聚物(PDF)和3-二氟氨甲基-3-甲基氧杂环丁烷和3，3-双叠氮甲基氧杂环丁烷的共聚物(PDB)与硼之间的作用规律。主要工作如下: (1)采用DSC、TG、PY-GC/MS、FTIR和TG-FTIR-MS分析方法研究了PDF和PDB的热分解特性、动力学、热裂解和热分解产物;结果表明:PDF的热分解由两个热失重阶段组成。第一阶段主要是HF的两步不完全解离，获得CH=NF和C≡N共存的结构，活化能为110～120kJ·mol-1;第二阶段主要是CH=NF剩余部分的热分解或重排以及聚合物主链的热分解。PDB的主要热分解阶段为180～290℃，分解峰温分别为222.44℃和256.35℃，对应的活化能分别为Ek=119.24kJ·mol-1，Eo=121.19kJ·mol-1和Ek=162.44kJ·mol-1，Eo=162.82kJ·mol-1，lnAk分别为23.24min-1和30.14min-1;主要是含能基团的热分解，获得CH=N和C=N共存的结构。PDF和PDB的热解过程中均产生了HF气体。 (2)采用DSC、TG研究了混合体系PDF/B和PDB/B的热分解特性，并结合PY-GC/MS、SEM-EDS、TG-FTIR-MS等分析方法研究了热裂解和热分解产物变化规律;结果表明:PDF/B主要热分解阶段为140～300℃，主峰温为216.49℃;PDB/B的主分解阶段为170～300℃，峰温为222.38℃和254.08℃;PDF/B和PDB/B的主分解阶段主要发生含能基团的热分解和热分解产物与硼的氧化还原反应。由于硼的引入，混合体系的热分解起始温度比单独粘合剂降低，但不影响体系的热稳定性和含能基团的热分解方式。在混合体系的热分解过程中，硼与PDF和PDB的热分解产物发生了氧化放热反应，并有相应的气相产物生成。 (3)通过理论计算设计并优化了推进剂配方，采用TG和DSC、激光点火实验、恒压燃烧实验分别研究了设计推进剂的热分解特性、点火与燃烧特性。结果表明:在基于二氟氨基粘合剂的含硼富燃料推进剂中，热分解起始峰温为210.84℃，相较于传统推进剂有所降低;点火过程中，PDB的引入，缩短了其点火延迟时间，促进了推进剂的点火;燃烧时，PDB有利于硼的燃烧和硼产物的分散。提高了推进剂的燃烧热。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究目的和意义

1．2国内外相关研究现状和发展趋势

1．2．1硼的点火与燃烧特性

1．2．2硼的点火和燃烧特性的改善方法研究进展

1．2．3二氟氨基含能粘合剂研究进展

1．2．4二氟氨基含能粘合剂与硼的作用关系研究进展

1．3本论文的研究内容

2本文涉及的主要仪器分析方法

2．1热分解特性和动力学仪器分析方法

2．1．1差式扫描量热仪分析

2．1．2热重分析仪分析

2．1．3热分解非等温动力学

2．2热裂解-气相色谱／质谱联用仪分析方法

2．3热分解产物仪器分析方法

2．3．1傅里叶红外变换光谱仪分析

2．3．2热重-红外-质谱联用仪分析

2．3．3扫描电子显微镜-X射线能量色散谱联用仪分析

2．3．4离子色谱仪分析

2．3．5电感耦合等离子体光谱仪分析

3二氟氨基含能粘合剂热分解行为研究

3．1实验部分

3．1．1样品

3．1．2研究方法

3．2结果与讨论

3．2．1二氟氨基粘合剂PDF的热分解行为研究

3．2．2二氟氨基粘合剂PDB热分解行为研究

3．3本章小结

4二氟氨基粘合剂与硼在混合体系中的作用特性研究

4．1实验部分

4．1．1样品

4．1．2研究方法

4．2结果与讨论

4．2．1二氟氨基粘合剂PDF与硼在混合体系中的作用特性研究

4．2．2二氟氨基粘合剂PDB与硼在混合体系中的作用特性研究

4．3本章小结

5二氟氨基粘合剂与硼在推进剂中的作用特性研究

5．1基于二氟氨基粘合剂的含硼富燃料推进剂设计

5．1．1含硼富燃料推进剂配方理论预估

5．1．2含硼富燃料推进剂配方选择与优化

5．2基于二氟氨基粘合剂的含硼富燃料推进剂热分解特性研究

5．2．1实验部分

5．2．2结果与讨论

5．3基于二氟氨基粘合剂的含硼富燃料推进剂的激光点火燃烧实验研究

5．3．1实验部分

5．3．2结果与讨论

5．4基于二氟氨基粘合剂的含硼富燃料推进剂定压燃烧实验研究

5．4．1实验部分

5．4．2结果与讨论

5．5本章小结

6结论与展望

6．1主要结论

6．2对未来研究工作的展望

致谢

参考文献

附录