1.4.1 溶剂塑化法
硝化棉的增塑剂有惰性增塑剂及对之对应的含能增塑剂两大类。常用的惰性增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等,是塑料生产改性过程的中常用的通用增塑剂,常用的含能增塑剂主要有硝化甘油(NG)、硝化二乙二醇(DEGDN)、等硝酸酯基、硝基或叠氮基化合物[31]。惰性增塑剂的特点是不含能,却有较好的加工性能,在双基推进剂中有广泛的应用。惰性增塑剂主要作用是增加未固化推进剂药浆的流动性,流动性的提高有利于其成型加工。同时也增加粘结剂的塑性,可塑性的提升改善了推进剂的低温力学性能,增加了粘结剂的应用温宽。含能增塑剂在实际应用中充当硝化棉的溶剂,促进硝化棉的溶解塑化,从而改善推进剂的成型加工,从本质上来说也起到增塑剂的作用。虽然增塑剂的加入能够在一定程度上降低混合体系的玻璃化温度,但同时对加入的增塑剂的含量是有限制,其上限一般是增塑剂对NC的相溶性界限,超过上限,过量的增塑剂会使共混体系产生明显的相分离,从而导致增塑剂以汽液体挥发或以结晶形式迁移到产品表面,反而降低体系的力学性能。
1.4.2 化学交联法
由于小分子增塑剂增塑NC时存在相容性上限等因素,加工成型后的推进剂有时会产生汗析现象,相溶性较差时甚至会破坏推进剂的均匀性,从而使推进剂的强度降低,表面燃速增加,此等不良影响对推进剂的安全造成重大影响[32]。针对以上问题,在分子水平上,对NC分子进行化学改性,能有效避免这些现象,常用的方法有接枝改性和交联改性。通过接枝改性可得到具有一定长度侧链的支化型大分子,此类分子中侧链充当了“内增塑剂”,从本质上提高其力学性能,而化学改性方法的多样性可以满足其在各种环境中对分子的要求,在很大程度上提高制品的低温力学性能[33];制备具有一定支链的NC 衍生物,替代或部分替代原NC粘结剂,能显著改善双基推进剂的力学性能,特别是对粘合剂的低温延伸率上有优良提升,使双基推进剂有更好的低温适应性。还有一种常用的化学改性是交联改性,通过交联形成具有一定的交联网络结构,此类结构对提高NC 的高温力学性能有显著效果,但不能改善体系的低温力学性能。在NC 的交联改性方面, 丁海琴等[34]用GAP与MDI合成预聚物弹性体,再将预聚物上残存的—NCO与NC上残余的—OH进行交联反应形成网络结构,从而改善NC性能。
1.4.3 物理共混法
物理共混法的原理是采用不同的聚合物与NC共混,运用复合材料改性思想互补两者优点,起到改善性能的目的。例如加入低玻璃化温度的聚合物可降低NC系统的玻璃化温度,由于不含能的聚合物在提高其力学性能时会降低其能量性能,而ETPE共混改性NC则不存在以上问题,但是在共混物的安定性方面和工艺上尚有待解决的问题。丁海琴等探索了一种安全、简单的聚叠氮缩水甘油醚聚氨酯弹性体GAPE和NC共混改性方法,采用溶液共混法制得一组不同质量比的GAPE/NC 共混聚合物,并对共混物的力学性能和热力学性能进行了表征。结果表明,GAPE/NC共混体系具有良好的相溶性。热力学性能测试显示了改性后的共混物的玻璃化温度均低于–10 ℃,说明共混体系有较好的低温性能。力学性能结构显示了随GAPE 质量分数的增加,共混体系的抗拉强度略有下降,断裂伸长率均有所提高[35]。
1.5 课题背景和研究内容
1.5.1 课题背景
推进剂、发射药的发展历史规律表明,粘结剂技术的发展是推进剂发展的前提,在某种程度上决定了推进剂的性能。在实际应用环境下,推进剂在要考虑能量、加工、安全、性能等要素的相互影响、制约,为了满足不同武器的军事要求,对性能优良粘结剂的需求越来越高,粘结剂技术仍然是一项长期且重要的研究内容。
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