PBA含能热塑性弹性体的合成，表征及在固体推进剂中的应用研究.pdf

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1、PBA含能热塑性弹性体的合成,表征及在固体推进剂中的应用研究王刚2015年12月中图分类号：TB34,O633.1UDC分类号：620PBA含能热塑性弹性体的合成,表征及在固体推进剂中的应用研究作者姓名王刚学院名称材料学院指导教师罗运军教授答辩委员会主席范星河教授申请学位工学博士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月31日Synthesis,CharacterizationandApplicationinPropellantofPBAEnergeticThermoplasticElas

2、tomersCandidateName：GangWangSchoolorDepartment:MaterialScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.YunjunLuoChair,ThesisCommittee：Prof.XingheFanDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：MaterialScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：De

3、cember31,2015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：北京理工大学博士学位论文摘要随着现代武器的发展，对固体推进剂提出更高的要求，高能、钝感、低特征信号已经成为固体推进剂的发展趋势。基于

4、含能热塑性弹性体在固体推进剂中的广阔应用前景，本论文设计合成了聚(3,3'-二叠氮甲基环氧丁烷/3-叠氮甲基-3'-甲基环氧丁烷)含能热塑性弹性体(PBA)，并研究其与固体推进剂常用组分RDX、HMX、AP、Al以及含能增塑剂Bu-NENA、GAPA的相互作用，探索PBA作为粘合剂在热塑性复合固体推进剂中的应用。(1)本文首先以甲基磺酰氯(MsCl)、3-羟甲基-3-甲基氧杂环丁烷(HMMO)为起始原料，采用间接合成法合成端羟基聚3-叠氮甲基-3'-甲基环氧丁烷(PAMMO)，研究了叠氮取代反应动力学，并进行结构和性能表

5、征。FT-IR、1HNMR、13CNMR、15NNMR测试结果表明成功制备得到PAMMO。所合成的PAMMO分子量可控，分子量分布窄，玻璃化转变温度为-44.5℃，失重峰温为266.1℃，撞击感度H50高于120cm，摩擦感度为0%；(2)以端羟基聚3,3'-二叠氮甲基环氧丁烷(PBAMO)和PAMMO为预聚物，采用熔融两步法聚氨酯弹性体合成工艺制备了PBA，研究了温度、时间等因素对合成反应的影响以及异氰酸酯种类、硬段含量、预聚物分子量等对PBA性能的影响。结果表明采用甲苯二异氰酸酯(TDI)制备的PBA综合性能较好，最

6、大拉伸强度为5.24MPa，断裂延伸率为390%，90℃时零切黏度为94.41Pa·s；分别采用基团加和法与摩尔燃烧热法计算PBA的生成热，计算结果表明PBA的生成热可达3.75kJ·kg-1；TG-IR分析表明PBA的热分解经历两个阶段，对其热分解的第一个阶段(热分解主阶段)的动力学研究表明，主分解阶段的反应活化能为169.37kJ·mol-1，热分解机理函数为G(α)=−ln(1−α)，并采用动力学补偿效应对机理函数进行验证，发现当α<0.7时，该机理函数能够很好的模拟PBA的热分解；(3)采用平辊压延法制备了PBA

7、/固体填料复合样品，对其性能进行研究。真空安定性测试结果表明，PBA与推进剂常用组分RDX、HMX、AP、Al均相容；PBA/固体填料复合样品的力学测试表明，添加大量固体填料破坏了PBA基体结构，力学性能下降，破坏程度的由弱到强的顺序为Al>HMX>RDX>APⅢ>APⅠ；动态力学性能研究表明固体填料与PBA之间存在相互作用，导致PBA的链段运动能力变差，链段运动活化能增加；流变学测试结果表明固体填料的加入导致复合样品的黏度增加，而这与填料的种类和粒径有关；复合样品热分解研究表明PBA与I北京理工大学博士学位论文RDX、

8、HMX能够相互促进热分解，使分解放热更为集中，而AP能够促进PBA的热分解；增塑剂Bu-NENEA、GAPA均可以降低PBA的玻璃化转变温度，从而改善其低温力学和加工性能；(4)采用怀特最小自由能法计算PBA/Bu-NENA基推进剂配方的能量特性，采用压延工艺制备PBA/Bu-NENA/RDX/AP/Al基推进剂，配