含能热塑性弹性体的合成及其在发射药中应用研究

摘要

为研究和应用新型发射药用含能热塑性弹性体(ETPE)粘合剂，通过对ETPE的结构分析和分子设计，进行了GAP基ETPE的合成制备工艺试验研究，采用四种不同扩链剂合成制备了GAP基ETPE样品，并对其结构、形貌及性能进行表征分析;采用综合性能较好的GAP-BDO基ETPE为粘合剂进行了在发射药中的应用研究，探索了高固含量ETPE基发射药的制备工艺条件，测试分析了试验样品的能量、力学性能和燃烧性能。主要研究结果如下:
　　设计确定的GAP基ETPE由聚醚型多元醇GAP为软段、结构对称且含有刚性苯环的二异氰酸酯MDI为基本硬段、分子链中-CH2-数目为偶数的二元醇为扩链剂。采用熔融预聚体法合成制备ETPE的基本工艺条件为:异氰酸酯指数R值为0.98，硬段质量分数Y值为35％，催化剂用量为原料总量的0.6‰;预聚反应温度为85℃，预聚反应时间为2h;采用恒速缓慢滴加方式加入扩链剂，扩链反应温度为60℃，扩链反应时间为10～15min，熟化时间为30℃熟化1d、90℃熟化3d。
　　采用EDO、BDO、HDO和DEG四种扩链剂合成制备的GAP基ETPE样品，均具有聚氨酯结构且样品中均存在微晶区，数均相对分子质量在2万到6.5万之间，热分解温度均在250℃左右，热稳定性较GAP预聚物有明显提高。其中BDO扩链合成的ETPE样品综合性能较好，其断面形貌更加均一、综合力学性能较好、软化点适中、溶解性最好，且玻璃化转变温度(Tg)也较低。
　　以GAP-BDO基ETPE为粘合剂，黑索金(RDX)为高能氧化剂，研究得到高固含量ETPE发射药的制备工艺条件为:溶剂比为0.3，捏合温度为50℃，捏合时间为2.5h，挤出成型温度为60℃。制备得到的发射药样品工艺质量良好，燃烧曲线光滑，高低温燃速变化规律正常，燃速系数较小，但燃速压力指数较大。与现有GAP-THF基ETPE粘合剂相比，合成制备的GAP-BDO基ETPE粘合剂对发射药的能量贡献较大，燃烧性能稳定，两者力学性能基本相当。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 发射药用粘合剂的发展

1．2．2 含能热塑性弹性体的研究进展

1．2．3 ETPE基发射药工艺及性能研究进展

1．3 本文主要研究内容

2 GAP基ETPE合成制备工艺研究

2．1 弹性体的结构与性能

2．1．1 弹性体的微相分离

2．1．2 弹性体微相分离的影响因素

2．1．3 微相分离对弹性体力学性能的影响

2．2 ETPE的分子结构设计

2．2．1 软段分子结构的选择

2．2．2 硬段分子结构的选择

2．3 ETPE合成工艺方法与合成反应

2．3．1 合成工艺方法的选择

2．3．2 ETPE的合成反应

2．4 ETPE的合成与表征方法

2．4．1 实验原料

2．4．2 ETPE的合成制备方法

2．4．3 ETPE的结构与力学性能表征方法

2．5 合成工艺条件试验研究

2．5．1 反应温度和时间的确定

2．5．2 扩链剂加料方式的确定

2．5．3 熟化条件的确定

2．5．4 催化剂用量的确定

2．5．5 异氰酸酯指数的确定

2．5．6 硬段质量分数的确定

2．5．7 结构验证

2．6 本章小结

3 GAP基ETPE的合成与表征

3．1 引言

3．2 GAP基ETPE的合成制备

3．2．1 实验原料

3．2．2 合成制备

3．3 GAP基ETPE的结构与性能表征

3．3．1 结构与性能表征方法

3．3．2 结果与讨论

3．3 本章小结

4 GAP基ETPE在发射药中的应用研究

4．1 发射药配方设计与样品制备

4．1．1 应用试验方案

4．1．2 制备工艺试验原料及设备

4．1．3 发射药制备工艺

4．2 发射药性能测试分析

4．2．1 试验测试方法

4．2．2 试验结果与分析

4．3 本章小结

5 结论

致谢

参考文献