劉所恩，陳錦芳，潘 葆，趙美玲，宮慧心，張國輝，任曉斌

（山西北方興安化學(xué)工業(yè)有限公司，山西太原030008）

引 言

螺壓復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑具有綜合性能優(yōu)良、產(chǎn)品質(zhì)量一致性好的優(yōu)點(diǎn)，在各種戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)武器中得到廣泛應(yīng)用。提高推進(jìn)劑的能量是科技工作者一直追求的主要目標(biāo)［1－4］。Ⅱ號(hào)中定劑（C2）在制式雙基推進(jìn)劑及復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑配方中普遍使用［5－6］，但其β值（爆熱系數(shù)）為－92．05kJ／kg，不利于提高推進(jìn)劑的能量，因此需要研究開發(fā)新型的安定劑。

N－甲基對(duì)硝基苯胺（PNMA）是一種廣泛使用的有機(jī)中間體。崔建蘭等［7］報(bào)道了PNMA 的制備方法及研究進(jìn)展；李吉禎等［8］研究了PNMA 作為穩(wěn)定劑在推進(jìn)劑中的使用情況。由于PNMA 的分子結(jié)構(gòu)與二苯胺和C2等都有相似的苯胺結(jié)構(gòu)，可以作為含硝酸酯推進(jìn)劑的化學(xué)安定劑使用，而且其分子結(jié)構(gòu)中含有硝基等含能基團(tuán)，氧平衡遠(yuǎn)大于C2，對(duì)推進(jìn)劑的能量貢獻(xiàn)優(yōu)于C2。本實(shí)驗(yàn)將PNMA 作為安定劑用于HMX／Al－CMDB中，研究了PNMA 對(duì)HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑化學(xué)安定性、燃速特性、力學(xué)性能及工藝的影響，為PNMA 作為安定劑在推進(jìn)劑中的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1．1 材 料

NC，工業(yè)純，四川北方硝化棉股份有限公司；NG，工業(yè)純，山西北方興安化學(xué)工業(yè)有限公司；HMX，Ⅰ類，甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司；Al，F(xiàn)LQT2型，鞍鋼鋁粉公司；C2，重慶長風(fēng)化工廠；PNMA，黎明化工研究院。

1．2 樣品的制備

HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的基礎(chǔ)配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為：NC（氮含量12%）20．0%～22．0%；NG 20．5%～24．0%；HMX 48．8%～51．8%；Al粉5．0%～8．0%；C20%～1．0%；PNMA 0%～1．0%；催化劑及工藝助劑2．5%。

采用傳統(tǒng)的無溶劑法吸收工藝在光輥壓延機(jī)上進(jìn)行藥團(tuán)壓延塑化造粒；采用螺壓工藝在Φ100mm 壓伸機(jī)上制備Φ5mm 藥柱，藥柱側(cè)面包覆后用于燃速測試；壓延藥柱直接用于測試化學(xué)安定性、爆熱及力學(xué)性能。

1．3 測試方法

按照GJB770B方法706．1在充氮恒壓燃速儀中測試燃速；按GJB770B 方法413．1、415．1、417．1在DSC－10T 電子拉力機(jī)上和701．1、503．3方法測試力學(xué)性能、爆熱及化學(xué)安定性。

2 結(jié)果與討論

2．1 PNMA 對(duì)推進(jìn)劑制備工藝的影響

對(duì)于雙基黏合劑推進(jìn)劑來說，吸收藥組分的加入順序、加入狀態(tài)及溫度、時(shí)間等影響推進(jìn)劑的性能。由于PNMA 不溶于水，可以單獨(dú)加入吸收器中，也可以與HMX在水中混合配成懸浮液后加入推進(jìn)劑中。加入PNMA后推進(jìn)劑的工藝試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 含PNMA 的HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的工藝試驗(yàn)結(jié)果Table 1 The process test results for HMX／Al－CMDB propellant containing PNMA

由表1可看出，加入PNMA 后吸收器中沒有發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，水介質(zhì)溫度沒有變化，沒有異味及氣泡，對(duì)吸收藥團(tuán)進(jìn)行成分分析，未發(fā)現(xiàn)各組分的含量出現(xiàn)明顯變化，說明PNMA 對(duì)吸收工藝沒有影響。另外，從光輥壓延工藝過程可以看出，含PNMA與不含PNMA 的兩個(gè)配方均沒有出現(xiàn)粘輥、鼓包等異?，F(xiàn)象，都是在薄壓7遍以后成張，薄壓20遍以后加厚，藥團(tuán)塑化質(zhì)量良好，說明可以采用傳統(tǒng)工藝將PNMA 安全引入復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑配方中。

2．2 PNMA 對(duì)HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑化學(xué)安定性的影響

表2是HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑中加入PNMA后的甲基紫化學(xué)安定性試驗(yàn)結(jié)果。

由 表2 可 看 出，加 入PNMA 后，HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的化學(xué)安定性顯著提高。8個(gè)樣品在120℃連續(xù)加熱5h 均未發(fā)生燃爆現(xiàn)象，說明采用PNMA 和C2起到很好的安定作用。用PMNA 部分替代或完全替代C2后，A2、A3、A4 樣品試紙變色時(shí)間大幅度增加，用PNMA 完全替代C2后A4樣品的試紙變色時(shí)間較A1樣品增加1倍；另外，A4～A8樣品的試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著PNMA 加入量的減少，試紙變色時(shí)間逐漸縮短。但值得注意的是，加入0．2%PNMA 的A8樣品試紙變色時(shí)間高于加入1．0%C2的A1樣品，證明PNMA 對(duì)推進(jìn)劑的化學(xué)安定作用明顯優(yōu)于C2。

表2 含PNMA 的HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的甲基紫化學(xué)安定性試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of methyl violet chemical stability test for HMX／Al－CMDB propellant containing PNMA

含PNMA 推進(jìn)劑的化學(xué)安定性優(yōu)于含C2推進(jìn)劑，這與兩種化學(xué)安定劑的結(jié)構(gòu)及與NO2作用的機(jī)理有關(guān)。C2與NO2作用后主要生成4，4－二硝基中定劑，硝基主要選擇苯環(huán)上氨基的對(duì)位結(jié)合，每個(gè)C2分子可以結(jié)合兩個(gè)－NO2基團(tuán)；PNMA 由于在苯環(huán)上氨基的對(duì)位已經(jīng)有一個(gè)硝基基團(tuán)，與NO2作用時(shí)，會(huì)在苯環(huán)上氨基的兩個(gè)鄰位結(jié)合兩個(gè)硝基基團(tuán)，這樣每個(gè)PNMA分子也能結(jié)合兩個(gè)－NO2基團(tuán)，由于PNMA的相對(duì)分子質(zhì)量比C2小很多，因此相同質(zhì)量下PNMA吸收NO2的能力就遠(yuǎn)高于C2。

2．3 PNMA對(duì)HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑燃速的影響

加入PNMA 后HMX／Al－CMDB 推 進(jìn) 劑 的 燃速測試結(jié)果見表3。

表3 含PNMA 的HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的燃速測試結(jié)果Table 3 Test results of burning rates for HMX／Al－CMDB propellants containing PNMA

由表3可看出，用PNMA 部分或全部替代C2后，推進(jìn)劑的燃速壓強(qiáng)指數(shù)呈下降趨勢。單獨(dú)加入PNMA 的5個(gè)配方（A4～A8），燃速壓強(qiáng)指數(shù)比A1配方的略低。但是5個(gè)配方的燃速及壓強(qiáng)指數(shù)與PNMA 的加入量沒有明顯的規(guī)律。這表明PNMA對(duì)推進(jìn)劑燃速?zèng)]有負(fù)面影響，但有利于降低其燃速壓強(qiáng)指數(shù)。含PNMA 推進(jìn)劑配方燃速及其壓強(qiáng)指數(shù)下降的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

2．4 PNMA 對(duì)HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響

加入PNMA 后，HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑的拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 含PNMA 的HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的拉伸試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of tensile testing for HMX／Al－CMDB propellant containing PNMA

表4結(jié)果顯示，用PNMA 替代C2后，推進(jìn)劑在高溫、常溫、低溫下的抗拉強(qiáng)度及斷裂延伸率均沒有明顯的變化，與工藝試驗(yàn)過程中觀察到的藥團(tuán)塑化質(zhì)量結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

2．5 PNMA 對(duì)HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑能量特性的影響

加入PNMA 后，HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑的能量特性測試結(jié)果見表5。

由表5可知，用PNMA 全部替代C2后，推進(jìn)劑的密度沒有變化，爆熱增加52kJ／kg，提高了0．96%。理論計(jì)算爆熱增加49kJ／kg，試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本吻合，說明用PNMA 作安定劑可以提高推進(jìn)劑的能量。分析認(rèn)為，PNMA 屬于硝基化合物，分子結(jié)構(gòu)中有含能基團(tuán)，對(duì)推進(jìn)劑配方能量有貢獻(xiàn)，其氧平衡為－10．52%，比C2的氧平衡（－246．34%）高，這是含PNMA 配方爆熱提高的主要原因。

表5 含PNMA 的HMX／Al－CMDB推進(jìn)劑的能量特性Table 5 Energy characteristics of HMX／Al－CMDB propellant containing PNMA

3 結(jié) 論

（1）PNMA 是一種新型化學(xué)安定劑，能夠明顯改善HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑的化學(xué)安定性，基本不改變推進(jìn)劑燃速，燃速壓強(qiáng)指數(shù)稍有降低。

（2）PNMA 對(duì)推進(jìn)劑的制備工藝性能及力學(xué)性能沒有不良影響。

（3）PNMA 替代C2后，HMX／Al－CMDB 推進(jìn)劑的密度沒有變化，但對(duì)其能量的貢獻(xiàn)明顯，爆熱提高52kJ／kg。

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