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        離子液體催化醇醛樹脂的固化動力學(xué)及力學(xué)性能

        2017-05-07 01:29:13蔡賈林史遠(yuǎn)通
        含能材料 2017年11期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能催化劑

        蔡賈林, 羅 觀, 史遠(yuǎn)通

        (中國工程物理研究院化工材料研究所, 四川 綿陽 621999)

        1 引 言

        以季戊四醇丙烯醛樹脂為粘結(jié)劑制備的醇醛樹脂基高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)是一種重要的熱固性PBX,具有力學(xué)強度高、環(huán)境適應(yīng)性好、易機械加工等優(yōu)點,在武器系統(tǒng)中應(yīng)用[1-3]。目前醇醛樹脂基PBX的固化一般采用硫酸二乙酯(DES)為催化劑,但是DES具有一定的致癌性并且其催化反應(yīng)溫度較高(70~80 ℃),在高溫冷卻過程中容易產(chǎn)生熱應(yīng)力降低裝藥件性能[4]。

        如何降低熱固性PBX的固化溫度,并提高催化劑的安全性是研究者長期關(guān)注的熱點。郭嘉昒[6]、劉磊等[6]研究了液態(tài)聚醚(N220)對端羥基聚丁二烯(HTPB)基粘結(jié)劑的室溫固化和力學(xué)性能,表明室溫固化后粘結(jié)劑力學(xué)性能與高溫固化相當(dāng)。Lee等[7]開展了HTPB中異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)固化劑替代高毒甲苯二異氰酸酯(TDI)的研究,并獲得了HTPB/IPDI體系的固化反應(yīng)動力學(xué)。目前國內(nèi)外關(guān)于PBX室溫催化和催化劑綠色替代的研究頗多,然而對于能夠同時實現(xiàn)綠色替代和室溫催化的催化劑報道較為少見。

        離子液體具有綠色環(huán)保無毒性的特點,采用離子液體作催化劑受到越來越多學(xué)者的關(guān)注[8-11],醇醛樹脂的固化是在酸性催化劑作用下發(fā)生的[12],前期研究表明離子液體1-磺酸丁基-3-甲基咪唑硫酸氫鹽([HSO3-pHim]HSO4)具有較好的酸性催化效果[13],本研究使用[HSO3-pHim]HSO4為醇醛樹脂的催化劑,采用差示掃描量熱法(DSC法)獲得了催化反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)[14],進(jìn)一步研究了[HSO3-pHim]HSO4為催化劑時PBX的力學(xué)性能,研究結(jié)果可為醇醛樹脂PBX的設(shè)計提供一定理論基礎(chǔ)。

        2 實驗部分

        2.1 原材料

        季戊四醇丙烯醛樹脂, 黎明化工研究院,預(yù)聚體; [HSO3-pHim]HSO4,上海成捷離子液體,純度>99.9%; 硫酸二乙酯(DES),國藥試劑,分析純; 奧克托今(HMX),中國工程物理研究院化工材料研究所自制。

        2.2 樣品制備

        醇醛樹脂基PBX由質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%HMX和15%醇醛樹脂組成,同時添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%~1.0%的催化劑。將HMX、醇醛樹脂和催化劑機械攪拌混合均勻,真空脫氣,然后將物料澆注于模具中,待物料在25~45 ℃下固化后退模即得到試驗樣品。

        2.3 分析表征

        采用德國NETZSCH Co.Ltd 生產(chǎn)的200PC型DSC對醇醛樹脂體系的反應(yīng)放熱情況進(jìn)行測試,樣品質(zhì)量10 mg 左右, 氮氣氣氛, 氣流速度為30 mL·min-1; 測定醇醛樹脂體系在不同升溫速率狀態(tài)下的固化行為, 升溫速率為5, 10, 15, 20 ℃·min-1, 參比樣為α-Al2O3, 鋁坩堝。

        采用INSTRON-5582電子萬能試驗機,對規(guī)格為Φ25 mm×65 mm的啞鈴型PBX樣品進(jìn)行拉伸力學(xué)性能測試; 對規(guī)格為Φ20 mm×20 mm的PBX樣品進(jìn)行壓縮力學(xué)性能測試。

        3 實驗結(jié)果與分析

        3.1 [HSO3-pHim]HSO4催化醇醛樹脂的DSC熱分析

        圖1為固化體系分別在升溫速率為5, 10, 15, 20 ℃·min-1時的動態(tài)DSC曲線。由圖1可知,醇醛樹脂體系在不同的升溫速率下均得到單一的放熱峰。隨著升溫速率的增大,放熱峰向高溫方向移動,體系的起始反應(yīng)溫度Ti、峰頂溫度Tp和反應(yīng)終止溫度Tf都逐漸升高,為消除升溫速率的影響,參考文獻(xiàn)[15]的外推法,分別將不同升溫速率時的Ti、Tp和Tf進(jìn)行線性擬合(圖2),得到升溫速率為0時醇醛樹脂固化反應(yīng)的近似凝膠溫度、固化溫度和固化終止溫度分別是31.8, 42.2, 47.8 ℃,根據(jù)特征溫度可以推斷醇醛樹脂的合理等溫固化溫度為:31.8~42.2 ℃。前期研究表明DES催化醇醛樹脂的近似凝膠溫度、固化溫度和固化終止溫度分別是63.2,151 ℃和169 ℃[16],說明[HSO3-pHim]HSO4的催化效率要高于DES,[HSO3-pHim]HSO4能在較低溫度下催化醇醛樹脂固化。

        圖1 醇醛樹脂固化體系在不同升溫速度下的DCS曲線

        Fig.1 DSC curves of aldol resin at different heating rates

        圖2Ti、Tp和Tf和升溫速率關(guān)系

        Fig.2 Relationship ofTi,TpandTfvs. heating rates

        3.2 固化動力學(xué)參數(shù)的擬合

        醇醛樹脂固化反應(yīng)的表觀活化能、指前因子由Kissinger 方法算得[17,18],該方法遵循以下方程:

        (1)

        式中,β為升溫速率,K·min-1;Tp為峰頂溫度,K;A為指前因子,s-1;Ea為反應(yīng)活化能,kJ·mol-1。

        將活化能數(shù)據(jù)用于Crane方程[19],可以計算出醛樹脂固化反應(yīng)的級數(shù):

        lnβ= -Ea/nRTp+C

        (2)

        式中,n是反應(yīng)級數(shù)。以-lnβ對1/Tp作圖,并對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合,如圖4所示,得到得固化反應(yīng)級數(shù)n=0.93, DES 催化醇醛樹脂的反應(yīng)級數(shù)為0.95[15],二者相近,可能原因是在[HSO3-pHim]HSO4或DES 催化下醇醛樹脂的固化反應(yīng)機理都相同。

        3.3 [HSO3-pHim]HSO4固化PBX的力學(xué)性能

        3.3.1 [HSO3-pHim]HSO4含量的影響

        為了研究[HSO3-pHim]HSO4含量對醇醛樹脂基PBX力學(xué)性能的影響,采用不同 [HSO3-pHim]HSO4含量催化醇醛樹脂基PBX并得到固化物,圖5和圖6分別為30℃時[HSO3-pHim]HSO4含量與醇醛樹脂基PBX的壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線和拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。由圖5和圖6所示,隨著[HSO3-pHim]HSO4催化劑含量的增加,PBX的壓縮和拉伸強度先增加后略有降低,壓縮和拉伸破壞應(yīng)變呈先遞減后穩(wěn)定的趨勢。在30 ℃,[HSO3-pHim]HSO4催化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%時,壓縮和拉伸強度最大達(dá)到41 MPa和16 MPa,此時斷裂伸長率為0.81%??赡艿脑蚴牵捍呋瘎┖枯^低時,固化反應(yīng)很緩慢,固化物的交聯(lián)密度不大,隨著催化劑含量的增加交聯(lián)密度逐漸增加固化物強度變大,當(dāng)催化劑含量超過最佳時,殘留的催化劑稀釋了交聯(lián)密度。因此拉伸強度和壓縮強度略有降低。

        圖4 lnβ與1/Tp關(guān)系圖

        Fig.4 Linear fit of lnβand 1/Tp

        圖5 [HSO3-pHim]HSO4含量對PBX壓縮性能的影響

        Fig.5 Compression properties of PBX with different [HSO3-pHim]HSO4concentration

        圖6 [HSO3-pHim]HSO4含量對PBX拉伸性能的影響

        Fig.6 Tension properties of PBX with different [HSO3-pHim]HSO4concentration

        3.3.2 固化溫度的影響

        圖7與圖8分別為25~45 ℃溫度范圍內(nèi),固化溫度對固化產(chǎn)物的拉伸強度和延伸率和壓縮強度和延伸率的影響,試驗中催化劑[HSO3-pHim]HSO4含量為0.8%。從圖7和圖8可看出,隨固化溫度由25 ℃逐漸升高到45 ℃,醇醛樹脂基PBX的壓縮和拉伸強度先增加后降低,壓縮和拉伸破壞應(yīng)變先降低后增加,在溫度為35 ℃時拉伸和壓縮強度同時達(dá)到最大值。這是因為在固化溫度較低時,體系分子鏈段的活動能力不高,交聯(lián)密度不高,當(dāng)溫度提高是固化物的交聯(lián)密度增加固化物強度變大[19],但是當(dāng)溫度繼續(xù)提高時,反應(yīng)過程中先形成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)會限制未反應(yīng)官能團(tuán)的自由運動, 減小其有效碰撞的幾率, 故交聯(lián)密度降低強度降低,交聯(lián)密度降低后,體系柔韌性增加,故破換應(yīng)變增加。

        圖7 固化溫度對PBX壓縮性能的影響

        Fig.7 Compression properties of PBX with different cure temperatures

        圖8 固化溫度對PBX拉伸性能的影響曲線

        Fig.8 Tension properties of PBX with different cure temperatures

        分別采用[HSO3-pHim]HSO4和DES對PBX進(jìn)行室溫固化和高溫固化,含[HSO3-pHim]HSO4配方的固化溫度為35 ℃,含DES配方的固化溫度為75 ℃。待固化完全后分別對兩組樣品進(jìn)行壓縮力學(xué)性能測試,結(jié)果表明對于醇醛樹脂基PBX采用[HSO3-pHim]HSO4室溫固化與采用DES高溫固化的強度分別為41 MPa和40 MPa,模量分別為5.00 GPa和7.69 GPa,可見采用室溫固化與采用高溫固化的強度相當(dāng),但是壓縮模量降低了35%說明室溫固化的PBX韌性更好。醇醛樹脂的固化是放熱交聯(lián)反應(yīng),在高溫環(huán)境下整個固化體系受熱不均勻,從而造成交聯(lián)密度分布不均,采用室溫固化后能夠提高交聯(lián)密度的均勻性,從而是應(yīng)力均勻分散,避免應(yīng)力集中,從而提高材料的韌性與強度。

        4 結(jié) 論

        探索使用了[HSO3-pHim]HSO4室溫催化醇醛樹脂,獲得了催化反應(yīng)動力學(xué)參數(shù),研究了室溫固化的醇醛樹脂基PBX的力學(xué)性能,得出以下結(jié)論:

        (1) [HSO3-pHim]HSO4催化醇醛樹脂的固化反應(yīng)近似凝膠溫度為31.8 ℃、反應(yīng)活化能Ea=2.59 kJ·mol-1,指前因子A=994.61 s-1,反應(yīng)級數(shù)n=0.93。

        (2)對于醇醛樹脂基PBX,隨著[HSO3-pHim]HSO4含量的增加,PBX的拉伸和壓縮強度呈現(xiàn)先增加后略有降低,拉伸和斷裂應(yīng)變呈先遞減后穩(wěn)定的趨勢; 隨著固化溫度的提高,醇醛樹脂基PBX的拉伸和壓縮強度先增加后降低,拉伸和斷裂應(yīng)變先降低后增加。

        (3)對于醇醛樹脂基PBX,采用[HSO3-pHim]HSO4室溫固化與采用DES高溫固化的強度相當(dāng),但是模量降低,說明采用[HSO3-pHim]HSO4室溫固化能提高醇醛樹脂基PBX的韌性。

        參考文獻(xiàn):

        [1]湯業(yè)朋, 董海山, 陳淼鴻. RM-123型擠注炸藥 [J]. 爆炸與沖擊, 1981(2): 110-112.

        TANG Ye-peng, DONG Hai-shan, CHEN Miao-hong. RM-123 extrusion explosives [J].ExplosionandShockWaves, 1981(2): 110-112.

        [2]于劍昆. 123樹脂的合成、改性及在推進(jìn)劑和炸藥中的應(yīng)用 [J]. 化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料, 2011, 9(1): 31-39.

        YU Jian-kun. The synthesis, modifying and application in explosives and propellants of 123-resin [J].PropellantsandMacromoleculeMaterials, 2011, 9(1): 31-39.

        [3]任務(wù)正, 王澤山, 楊紅梅. 火炸藥理論和實踐 [M]. 北京: 中國北方化學(xué)工業(yè)總公司, 2001: 594-595.

        REN Wu-zheng, WANG Ze-shan, YANG Hong-mei. Theory and Practice of Explosive [M]. Beijing: China North Chemical Industries Corp., 2001: 594-595.

        [4]羅雪梅, 左玉芬, 黃黎明, 等. 硫酸二乙酯酸值對123樹脂固化的影響研究 [J]. 含能材料, 2001, 9(1): 34-36.

        LUO Xue-mei, ZUO Yu-feng, HUANG Li-ming, et al. Influence of acid value in diethyl sulfate on the curing process of 123 resin [J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2001, 9(1): 34-36.

        [5]郭嘉昒, 劉玉存, 柴濤, 等. HTPB-異氰酸酯黏結(jié)劑體系的室溫固化及性能研究 [J]. 爆破器材, 2015, 44(3): 7-8.

        GUO Jia-hu, LIU Yu-cun, CHAI Tao, et al. A Sutdy on the HTPB-isocyanate binder system curing at room temperature and related properties explosive materials [J].ExplosiveMaterials, 2015, 44(3): 7-8.

        [6]劉磊, 陳京, 鄭元鎖, 等. 環(huán)氧化端羥基聚丁二烯室溫固化及性能研究 [J]. 固體火箭技術(shù), 2012, 35(6): 807-811.

        LIU Lei, CHEN Jing, ZHENG Yuan-suo, et al. Study on properties of epoxidized hydroxyl terminated polybutadiene cured at room temperature [J].JournalofSolidRocketTechnology, 2012, 35(6): 807-811.

        [7]Lee S, Choi C H, Hong I K, Lee J W. Polyurethane curing kinetics for polymer bonded explosives: HTPB/IPDI binder.KoreanJournalofChemicalEngineering, 2015, 32(8) 1701-1706.

        [8]蔡賈林, 史遠(yuǎn)通, 羅觀, 等. 離子液體[BMIM][PF6]對季戊四醇丙烯醛樹脂的增塑性能研究 [J]. 含能材料, 2016, 24(11): 1084-1088.

        CAI Jia-lin, SHI Yuan-tong, LUO Guan, et al. Study on the plasticizing properties of ionic liquid [BMIM][PF6] for acrolein-pentaerythritol resin [J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2016, 24(11): 1084-1088.

        [9]Rogers R D, Voth G A. Ionic Liquids [J].AccountsofChemicalResearch. 2007, 40: 1077-1078.

        [10]Plechkova N V, Seddon K R. Application of ionic liquids in the chemical industry [J].ChemicalSocietyReviews, 2008,37(1) : 123-150.

        [11]Dyson P J, Geldbach T J. Application of ionic liquids in synthesis and catalysis [J].ElectrochemistySocietyInterface, 2007, 16(1): 50-53.

        [12]徐慶蘭. 高聚物粘結(jié)炸藥包覆過程及粘結(jié)機理的初步探討 [J]. 含能材料, 1993,1(2): 1-5.

        XU Qing-lan. Preliminary study on the coating process and bonding mechanism of polymer bonded explosive [J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao) , 1993, 1(2): 1-5.

        [13]CUI Xian-bao, CAI Jia-lin, ZHANG Yin, et al. Kinetics of transesterification of methyl acetate andn-butanol catalyzed by ionic liquid [J].Industrial&EngineeringChemistryResearch, 2011, 50(20): 11521-11527.

        [14]劉晶如, 羅運軍. 非等溫DSC研究Al /HTPB / TDI體系的固化反應(yīng)動力學(xué) [J]. 含能材料, 2009, 17(1): 83-86.

        LIU Jing-ru, LUO Yun-jun. Curing kinetics of HTPB/TDI/Al system by non-isothermal DSC [J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2009, 17(1): 83-86.

        [15]胡榮祖, 趙鳳起, 高紅旭, 等. 關(guān)于從不同恒速降溫條件下的DSC曲線峰溫計算結(jié)晶/凝固反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的一點注釋 [J]. 含能材料, 2008, 16(4): 362-363.

        HU Rong-zu, ZHAO Feng-qi, GAO Hong-xu, et al. On a note of calculating the kinetic parameters of crystallization/solidification reaction from peak temperatures of DSC curves under different constant cooling rate conditions [J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2008, 16(4): 362-363.

        [16]蔡賈林, 高登攀, 鄭申聲, 等. 季戊四醇丙烯醛樹脂體系固化動力學(xué)及流變特性 [J]. 含能材料, 2015, 23(6): 558-562.

        CAI Jia-lin, GAO Deng-pan, ZHEN Shen-sheng, et al. Curing kinetics and rheological properties of pentaerythritol acrylic resin system [J].ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2015, 23(6): 558-562.

        [17]Kissinger H E. Reaction kinetics in different thermo analysis [J].AnalyticalChemistry, 1957, 29: 1702-1706.

        [18]Ozawa T. A new method of analyzing thermo-gravimetric data [J].BulletinoftheChemicalSocietyofJapan, 1965, 3 (11): 1881-1886.

        [19]Crane L W. Analys is of curing kinetics in polymer composites [J].PolymerScience,PolymerLetterEdition, 1973, 11: 533-543.

        [20]陳春燕, 王曉峰, 李巍, 等. 熱固性澆注PBX 力學(xué)行為的影響因素探討 [J]. 爆破器材, 2014, 43(5): 6-10.

        CHEN Chun-yan, WANG Xiao-feng, LI Wei, et al. Influence factors of the mechanical behavior of thermoset casting plastic bonded explosive [J].ExplosiveMaterials, 2014, 43(5): 6-10.

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