TDI在現(xiàn)代武器裝備中的應(yīng)用進(jìn)展

楊彩云 王新志 趙進(jìn)進(jìn)

摘? 要：本文論述了甲苯二異氰酸酯（TDI）在軍事工業(yè)武器裝備中的應(yīng)用狀況，其不僅在高性能固體推進(jìn)劑中作為固化劑使用，而且在高能炸藥中作為粘結(jié)劑使用。

關(guān)鍵詞：TDI;推進(jìn)劑;應(yīng)用

1.引言

甲苯二異氰酸酯（TDI）是常用的多異氰酸酯的一種，而多異氰酸酯是聚氨酯（PU）材料和重要基礎(chǔ)原料。

本文主要討論TDI在武器裝備領(lǐng)域中的應(yīng)用。在軍事工業(yè)中二異氰酸酯可以作為固化劑與端羥基聚丁二烯與環(huán)氧類、有機(jī)二元酸或反應(yīng)生成的一種聚氨酯，這種聚氨酯具有良好的力學(xué)及工藝性能，廣泛用于復(fù)合推進(jìn)劑的粘合劑，固體推進(jìn)劑耐燒蝕包覆材料等^[1]。

2.TDI在高能固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用

隨著固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，對固體推進(jìn)劑的能量性能要求越來越高，大劑量硝酸酯增塑的聚醚類推進(jìn)劑（NEPE推進(jìn)劑）就是為了滿足這種發(fā)展需求而被研究開發(fā)出來的一種高能固體推進(jìn)劑，這種推進(jìn)劑既保留了雙基推進(jìn)劑的能量特性，又具有聚醚類復(fù)合固體推進(jìn)劑優(yōu)良的力學(xué)性能，具有廣闊的應(yīng)用前景^[2]。但在NEPE推進(jìn)劑工程應(yīng)用前，必須首先解決最薄弱的襯層/推進(jìn)劑界面的粘接問題。

為了提高襯層與推進(jìn)劑的界面粘接性能，國內(nèi)外開展了大量的研究工作。在襯層/推進(jìn)劑粘接體系設(shè)計(jì)中，必須考慮襯層和推進(jìn)劑中粘合劑體系的固化反應(yīng)速率，襯層和推進(jìn)劑配方通過采用相同的固化劑，將界面區(qū)域兩個(gè)主要部分的固化速率的差別減到最小，為推進(jìn)劑和襯層的粘接提供活性表面。固化劑則視情況分別選用異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI）、甲苯二異氰酸酯（TDI）、脂肪族二聚二異氰酸酯（DDI）等多異氰酸酯類化合物。這類化合物通過異氰酸酯基團(tuán)（-NCO）與活潑氫在界面區(qū)域的化學(xué)反應(yīng)，從而提高界面粘接性能。

Ingvar和Jeffery^[3]研制了一種HTPB/DDI襯層配方，與NEPE推進(jìn)劑的粘接性能優(yōu)良，90°剝離強(qiáng)度達(dá)到9.64N/cm，而一般襯層與NEPE推進(jìn)劑的90°剝離強(qiáng)度僅為1.05N/cm。

尹華麗^[4]等人采用富立葉變換紅外光譜（FTIR）和全反射紅外光譜（FTIR/ATR），研究了半固化的HTPB/TDI襯層表面的活性基團(tuán)以及不同的-NCO基團(tuán)與不同羥基的反應(yīng)速率。研究結(jié)果表明：半固化的HTPB/TDI襯層表面含有大量的-NCO基團(tuán);HTPB/TDI襯層和NEPE推進(jìn)劑粘合劑相的-NCO基與-OH的交叉反應(yīng)速度較NEPE推進(jìn)劑的固化反應(yīng)速度快得多。HTPB/TDI襯層與NEPE推進(jìn)劑界面的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理是粘合劑相中-OH基和-NCO基的交叉反應(yīng)，其中襯層中TDI分子的-NCO基與PEG分子的-OH基的反應(yīng)速度稍快于NEPE推進(jìn)劑中N100分子的-NCO基與HTPB分子的-OH基的反應(yīng);在界面區(qū)域，HTPB/TDI襯層與NEPE推進(jìn)劑通過氨基甲酸酯鍵形成化學(xué)粘接。

3.TDI在高能PBX炸藥中應(yīng)用

澆注高聚物粘結(jié)炸藥（PBX）是一種典型的多組分顆粒填充型聚合物復(fù)合材料，其組分中包括含能成分和聚合物粘結(jié)劑。含能成分在 PBX 中占的比率依據(jù)配方的不同而各不相同，一般情況下都在 80% ～90% 范圍內(nèi)以滿足 PBX 應(yīng)用時(shí)的能量需求。聚合物粘結(jié)劑組分所占的比例雖很小，但固化網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)及其固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)決定著 PBX 的工藝、力學(xué)、貯存等性能。

陳清元^[5]等人采用傅立葉變換紅外光譜（FT-IR）對端羥基聚丁二烯（THPB）/甲苯二異氰酸酯（TDI）不同配比體系的反應(yīng)速率進(jìn)行了測定，并比較了不同THPB/TDI 配比的反應(yīng)體系。結(jié)果表明不同配比體系的活化能不相同，當(dāng)THPB/TDI 的摩爾比為2：1 時(shí)反應(yīng)體系具有兩個(gè)表觀活化能。

金平^[6]等人對端羥基聚丁二烯/甲苯二異氰酸酯甲苯溶液體系進(jìn)行了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，用基團(tuán)分析方法計(jì)算了相應(yīng)體系的活化能，并對無催化劑和有催化劑的體系作了比較。結(jié)果表明二丁基二月桂酸象對上述體系有強(qiáng)的催化作用，使體系的活化能降低，反應(yīng)速度加快。對于對端差基聚丁二烯/甲苯二異氰酸酯體系，無催化劑時(shí)前后期反應(yīng)活化能分別為29.1kJ/mol、37.4 kJ/mol。

4.結(jié)論

TDI具有優(yōu)良的性能，不僅在民用工業(yè)中具有廣泛的用途，而且在軍事工業(yè)是不可缺少的重要化工原材料，隨著尖端武器裝備對高性能固體推進(jìn)劑的和高能不敏感炸藥的迫切需求，相信在將來，TDI在將來的武器裝備中的應(yīng)用越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]? Kakade S D，Navale S B，Narsimhan V L. Studies on interface properties of propellant liner for case-bonded composite propellants[J]. Energetic Materials，2003，21：73-85.

[2]? 鄭劍. 高能固體推進(jìn)劑技術(shù)回顧與展望[J]. 固體火箭技術(shù)，2001，24（3）：28-34.

[3]? Ingvar A w，Jeffery Oyler. nitrate ester plasticized energetic compositions method of making and rocket motor assemblies containing the same [P]. 6632378.2003.影響研究[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2013，11（3）：52-55.

[4]? 尹華麗，王清和. 界面粘結(jié)性能的影響因素[J].固體火箭技術(shù)，1998，21（3）：40-46.

[5]? 陳清元，陳中華，程時(shí)遠(yuǎn)，等. HTPB/TDI的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J]. 高分子材料科學(xué)與工程，1996，12（3）：45-49.

[6]? 金平，陳建定. HTPB/TDI、HDI聚合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究[J]. 功能高分子學(xué)報(bào)，1998，11（4）：493-497