含能配合物型燃速催化剂的制备、表征及性能研究

李瑛（陕西能源职业技术学院 陕西咸阳 712000）

燃速催化剂是调节和改善固体推进剂弹道性能不可缺少的组分之一，是固体推进剂配方中非常关键的功能材料。 提高能量是固体推进剂研究发展过程中一直追求的主要目标， 而在推进剂中使用含能催化剂后，可提高推进剂的能量。 本文以碳酰肼含能配合物为研究的重点进行分析。

1、含碳酰肼含能配合物的制备和表征

碳酰肼是一种白色晶体， 属于肼的衍生物， 分子式为NH2 NHCONHNH2。 由于其良好的配位能力和较强的还原性，在含能材料领域中得到了较广泛的应用。

1.1、原料及实验仪器

实验所用化学试剂：金属碳酸盐为分析纯，苦味酸，碳酰肼为工业品，精制后用于配合物的合成。

1.2、结构表征测试仪器及条件

元素分析中碳、氢、氮元素含量由德国Elementar Vario Micro CUBE 型全自动微量元素分析仪测定。 红外特征光谱图（FT－IR）用Bruker Equinox 55 型傅立叶变换红外光谱仪， 采用KBr 压片法， 在4000cm－1—400cm－1 波长范围内分析得到， 分辨率为4cm－1。

1.3、典型操作

（1）苦味酸碳酰肼钴、铜含能配合物的典型操作：

在水浴加热的条件下，将9.16 g（0.04 mol）的苦味酸粉末分散在100 mL 蒸馏水中， 并把0.022 mol 相应的金属碳酸盐粉末加入上述溶液中，再加入少许碳酸盐粉末反应完全后，留取滤液（A）。 将9.68g（0.08mol）的碳酰肼溶于100 mL 的蒸馏水中，加入少量苦味酸粉末酸化该溶液，使其完全溶解，得到的溶液（B）。 把溶液A 逐滴滴加到溶液B 中，将反应物倒出后过滤、洗涤烘干。

（2）苦味酸碳酰肼铅含能配合物的制备的典型操作：

在水浴加热的条件下，将6.62g（0.02 mol） 硝酸铅溶解于80 mL 、1mol/L 的碳酰肼水溶液中， 完全溶解后留取滤液 （A）。 将9.16 g（0.04 mol）的苦味酸粉末分散于100 mL 蒸馏水中，加热至60 ℃、搅拌条件下用氢氧化钠溶液中和，至体系形成黄色透明溶液，过滤后，得到的溶液（B）。 把溶液B 逐滴滴加到溶液A 中反应，将反应物抽滤，洗涤烘干。

通过对这3 种配合物的红外特征峰进行了指配， 在这3 种目标配合物中均有明显的C＝O、C－NO2 和N－H 的特征吸收峰存在，证明这3 种配合物均含有碳酰肼和苦味酸分子，且配体与金属离子发生了键合。

2、含能配合物型催化剂的性能研究

2.1、含能配合物对AP热分解特性的影响

为了研究制备的目标配合物型催化剂对于AP 热分解特性的影响，将目标催化剂与AP 按照1∶1 的质量比混合，运用DSC测定混合物的热分析特征量。

（1） 纯AP 的DSC 曲线有一个吸热峰和两个放热峰， 其中245.9 ℃处的吸热推测是由AP 的晶型转换引起的，AP 由斜方晶系转变为立方晶系。 301.2 ℃左右的放热峰是AP 的第一个分解阶段（低温分解），经质子转移生成NH3 和HClO4。在446.3 ℃下的放热峰是AP 的第二个分解阶段 （高温分解），AP 完全分解为气体产物。

（2）催化剂Co（CHZ）（PA） 使AP 的晶型转变温度仅发生了微小的改变；AP 的低温和高温分解峰无论从峰型还是峰值都发生了明显的变化， 其中AP 初始分解温度从288.4 ℃降低到281.1℃，低温和高温分解峰出现了合并，只在314.6 ℃出现了大的放热峰。 以上说明催化剂Co（CHZ）（PA）的存在为AP 的转晶过程提供了一定的能量补给，对低温分解过程催化效果不明显。

2.2、含能配合物对HMX热分解特性的影响

为了研究制备的目标配合物型催化剂对HMX 热分解特性的影响， 将目标催化剂与HMX 按照1∶1 的质量比混合， 运用DSC 测定混合物在10℃/min 升温速率下的热分析特征量。 纯HMX 的DSC 曲线有一个吸热峰和一个放热峰，其中195.9 ℃处的吸热是由HMX 的晶型转换引起的。 紧接着在290.0 ℃左右的强烈放热峰是分解峰， 这个过程伴随着大量的热量放出。 采用DSC 法研究了制得的6 种含能配合物对氧化剂AP 和HMX 的催化热分解作用。 催化剂对两种氧化剂都表现出了一定催化效果，其中催化剂Cu（CHZ）（PA） 和Cu（DAT）（PA）对AP 的热分解影响最为显着，将AP 的初始分解温度分别提前了30.8 ℃和33.8℃。 催化剂Co （CHZ）（PA） 和对HMX 的热分解影响最显著，将HMX 的初始分解温度分别提前了81.2℃和82.3 ℃。

结 论

含能燃速催化剂不但能增加推进剂的比冲， 还可以降低推进剂烟雾特征信号和二次焰信号， 是今后燃速催化剂的一个研究方向。 以碳酰肼为配体，以钴、铜、铅为中心离子，以苦味酸为外界阴离子，制得6 种含能配合物。 用元素分析和红外光谱法测定了分子的组成和特征基团， 结果表明这些产品均为目标配合物，为今后探索新型的高能、绿色高效的含能配合物型燃速催化剂奠定了基础。

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