“固體推進(jìn)劑用功能材料及其應(yīng)用”專(zhuān)欄導(dǎo)語(yǔ)

呂 龍

固體推進(jìn)劑用功能材料是固體發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力基礎(chǔ),主要包括氧化劑、燃料、粘合劑和一系列功能助劑,如增塑劑、鍵合劑、固化劑、固化催化劑、燃速催化劑、降速劑、壓強(qiáng)指數(shù)調(diào)節(jié)劑、交聯(lián)劑、安定劑、防老劑、工藝助劑等。這些功能材料對(duì)固體推進(jìn)劑的整體性能起著極其關(guān)鍵的作用,如果把用量較多的氧化劑、燃料和粘合劑稱(chēng)為決定固體推進(jìn)劑能量高低的“主材”,那么功能助劑就是對(duì)固體推進(jìn)劑工藝性能、力學(xué)性能、燃燒性能、老化性能等具有“四兩撥千斤”作用的“小材”。固體推進(jìn)劑用功能材料的制備和應(yīng)用研究涉及多個(gè)學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域交叉,既要攻克材料研制方面的瓶頸技術(shù)問(wèn)題,又要解決應(yīng)用技術(shù)的難題。目前,材料研制需要重點(diǎn)關(guān)注燃燒效率提升、高固含量體系力學(xué)性能提升、高效降速、高壓壓強(qiáng)指數(shù)調(diào)節(jié)、界面力學(xué)增強(qiáng)等;應(yīng)用研究需要重點(diǎn)關(guān)注材料批次差異性、組分相容性、絕熱層與推進(jìn)劑的層間匹配性、微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能關(guān)系等。本專(zhuān)欄聚焦固體推進(jìn)劑用功能材料及其應(yīng)用研究,選錄了7篇文章,內(nèi)容包含增塑劑、鍵合劑、粘合劑、安定劑、燃速催化劑、降速劑等的材料合成、性能測(cè)試和應(yīng)用,希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)領(lǐng)域的科研人員在功能材料研制和工程應(yīng)用研究中提供幫助。

增塑劑的設(shè)計(jì)、合成和應(yīng)用研究一直是固體推進(jìn)劑用功能材料領(lǐng)域關(guān)注的重要方向之一。目前,固體推進(jìn)劑的增塑劑遷移、熱安定性等問(wèn)題仍需要重點(diǎn)關(guān)注。李士剛等研究了含能增塑劑Bu-NENA、BDNPF/A對(duì)PBT彈性體微相分離與力學(xué)性能的影響,發(fā)現(xiàn)增塑比為0～1.0時(shí),前者對(duì)PBT彈性體的微相分離和力學(xué)性能影響較大,后者卻無(wú)明顯影響;通過(guò)調(diào)整兩者的復(fù)配比例,可以實(shí)現(xiàn)PBT彈性體力學(xué)性能優(yōu)化(P824)。寧二龍等介紹了一種既能保證Tg不顯著升高又可以提升能量特性的含能增塑劑設(shè)計(jì)新思路,即在DNPH分子羧酸鏈端引入1～2個(gè)疊氮基團(tuán)(單疊氮基的DNPAH、雙疊氮基的DNPDAH),其熱穩(wěn)定性較好,機(jī)械感度、揮發(fā)性和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度也比較低,為高能推進(jìn)劑的研制提供了新的增塑劑選擇(P833)。

在固體推進(jìn)劑中添加少量鍵合劑,有助于改善填料與粘合劑基體間的界面性能,已成為提升固體推進(jìn)劑綜合性能的有效方法之一。李娓等針對(duì)以丙烯腈(AN)和丙烯酸羥乙酯(HEA)為單體共聚物組成漂移的問(wèn)題,提出了一種半連續(xù)共聚工藝,即采用半連續(xù)變速滴加HEA的策略,抑制組成漂移現(xiàn)象的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)了自由基無(wú)規(guī)共聚的“一鍋法”制備。該研究可為類(lèi)似AN-HEA無(wú)規(guī)共聚物的其他中性鍵合劑的制備提供參考(P809)。

HTPB推進(jìn)劑分子結(jié)構(gòu)及組成的差異往往會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)劑裝藥性能的異常波動(dòng)。陳娟等從HTPB官能度分布和平均官能度兩方面討論了其對(duì)推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響,并結(jié)合實(shí)際裝藥案例提出了通過(guò)優(yōu)化粘合劑配方來(lái)調(diào)控HTPB推進(jìn)劑裝藥工藝性能及力學(xué)性能的方法。該研究對(duì)固體推進(jìn)劑裝藥質(zhì)量控制具有一定的指導(dǎo)意義(P817)。

曹華文等總結(jié)了硝酸酯熱分解機(jī)理、熱安定機(jī)制的研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了苯胺型和苯脲型安定劑對(duì)硝酸酯熱安定性影響的機(jī)制,以及這兩種安定劑的安定作用過(guò)程。提出了將使用溫度下的硝酸酯等溫?zé)岱纸庑袨楹蜔岚捕C(jī)制作為硝酸酯基礎(chǔ)應(yīng)用研究重點(diǎn)方向的建議。該論文對(duì)于理解硝酸酯分解、熱安定性控制,及其在固體推進(jìn)劑中調(diào)控應(yīng)用和作用機(jī)理等具有很好的參考價(jià)值(P854)。

賈方娜等詳細(xì)研究了低成本燃速催化劑二茂鐵型碳硼烷衍生物TPT-01及其對(duì)高燃速HTPB固體推進(jìn)劑工藝性能、燃燒性能、安全性能的的影響,并研究了其在推進(jìn)劑種的遷移特性,認(rèn)為這是一種具有很好應(yīng)用前景的高燃速、低遷移特性的燃速催化劑。該研究有助于推動(dòng)新型燃速催化劑技術(shù)的發(fā)展和高燃速固體推進(jìn)劑技術(shù)水平的提升(P848)。

本刊還刊發(fā)了1篇有關(guān)新型高效降速劑的文章。該文針對(duì)HTPB推進(jìn)劑用傳統(tǒng)降速劑的降速效率不高且易造成推進(jìn)劑能量損失等問(wèn)題,設(shè)計(jì)合成了一系列新型季銨鹽降速劑,開(kāi)展了材料表征、性能測(cè)試、作用機(jī)理等研究。該研究工作對(duì)于推動(dòng)我國(guó)固體推進(jìn)劑用燃燒性能調(diào)控材料的研制具有參考意義(P842)。

固體推進(jìn)劑用功能材料涉及的種類(lèi)較多,其應(yīng)用研究也因推進(jìn)劑體系的不同而表現(xiàn)出各異的作用規(guī)律,本專(zhuān)欄只介紹了一小部分的研究進(jìn)展,編者真誠(chéng)期望這些論文能夠在固體推進(jìn)劑用關(guān)鍵功能材料領(lǐng)域起到拋磚引玉的作用。后續(xù)將持續(xù)關(guān)注和選刊更多的高水平研究成果,敬請(qǐng)期待。