几种含能粘结剂的热分解动力学.pdf

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1、几种含能粘结剂的热分解动力学张建2014年12月15日分类号UDC几种含能粘结剂的热分解动力学作者姓名张建学院名称化工与环境学院指导教师张公正教授答辩委员会主席周智明教授申请学位工学硕士学科专业化学工程与技术学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月20日KineticsforthermaldecompositionofseveralenergeticbindersCandidateName：JianZhangSchoolorDepartment:ChemicalEngineeringa

2、ndEnvironmentFacultyMentor:Prof.GongzhengZhangChair,ThesisCommittee：Prof.ZhimingZhouDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：ChemicalEngineeringandtechnologyDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January20th,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人

3、在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要含能粘结剂在PBX炸药和固体火箭推进剂中已被广泛应用，其中具有代表性的是偕二硝基类粘结剂和聚叠氮基干油醚（GAP）型聚氨酯类粘结剂。因此，研究偕二硝基类含能粘结剂和GAP型聚氨酯

4、类含能粘结剂的热分解动力学具有一定的理论指导和现实意义。本文通过DSC非等温测定，采用动力学微分法（ASTME698法、Ozawa法、Kissinger法、Starink法）和积分法（FWO法、KAS法）对偕二硝基类含能粘结剂及中间体2,2-二硝基-1,3-丙二醇和GAP型聚氨酯类含能粘结剂的动力学进行研究，获取相应的动力学因子（Ea、A、f()）、≠≠≠反应速率常数k和热力学参数（G、H、S），研究结果有助于获得基础数据和理论指导，对含能粘结剂的贮存和运输等具有重要的现实意义。本文得到

5、的研究结果如下：（1）以硝化氧化法制备了2,2-二硝基-1,3-丙二醇（DNPDOH），利用变温XRD、FT-IR、元素分析等对其结构进行表征。通过DSC非等温测定，用Ozawa法和Kissinger法研究DNPDOH晶型转变过程和热分解过程的动力学，获得相应的动力学参数，并采用原位XRD研究了DNPDOH的晶型转变过程。研究结果表明DNPDOH在69.8°C时晶型发生转变，由体心四方晶型转变为面心立方晶型；DNPDOH在受热过程中先发生晶型转变，然后熔融，再进一步发生分解；晶型–1–1转变过程

6、和热分解过程的活化能分别为520.8kJ·mol、170.7kJ·mol，指前因子–1log(A/s)分别为66.1、16.7。（2）通过DSC非等温测定，用ASTME698法、Starink法和KAS法研究聚(2,2-二硝基丙基丙烯酸酯)（PDNPA）、聚(2,2-二硝基丁基丙烯酸酯)(PDNBA)和2,2-二硝基丙基丙烯酸酯-2,2-二硝基丁基丙烯酸酯共聚物（DNPA-DNBA）的热分解动力学。结果表明三种含能粘结剂的热分解活化能Ea分别为142.48–1–1–1kJ·mol、147.10k

7、J·mol和151.81kJ·mol，热稳定性顺序为：DNPA-DNBA＞PDNBA＞PDNPA；PDNPA、PDNBA和DNPA-DNBA的热分解机理均为随机成1/2核和随后生长，其最概然机理函数的积分形式都为G()=[-ln(1-)]和微分形式1/2都为f()=2(1-)[-ln(1-)]。则PDNPA、PDNBA和DNPA-DNBA的热分解反1441/2应的动力学方程分别为：d/dt=1.02×10×exp(-1.71×10/T)(1-)[-ln(1-)]、1441/214

8、d/dt=2.44×10×exp(-1.77×10/T)(1-)[-ln(1-)]和d/dt=8.40×10×41/2exp(-1.82×10/T)(1-)[-ln(1-)]。I（3）通过DSC非等温测定，用ASTME698法、Starink法和KAS法研究了取代度为11%的偕二硝基戊酰基聚苯乙烯（GDN-PS）的热分解动力学。TG结果显示GDN-PS的热分解过程有三个阶段，其中以第二阶段为主，为偕二硝基戊酰基的分解，温度范围在200-300°C，失重26.5%，且在218-278°