“固体推进剂用功能材料及其应用”专栏导语

吕 龙

固体推进剂用功能材料是固体发动机的动力基础,主要包括氧化剂、燃料、粘合剂和一系列功能助剂,如增塑剂、键合剂、固化剂、固化催化剂、燃速催化剂、降速剂、压强指数调节剂、交联剂、安定剂、防老剂、工艺助剂等。这些功能材料对固体推进剂的整体性能起着极其关键的作用,如果把用量较多的氧化剂、燃料和粘合剂称为决定固体推进剂能量高低的“主材”,那么功能助剂就是对固体推进剂工艺性能、力学性能、燃烧性能、老化性能等具有“四两拨千斤”作用的“小材”。固体推进剂用功能材料的制备和应用研究涉及多个学科和技术领域交叉,既要攻克材料研制方面的瓶颈技术问题,又要解决应用技术的难题。目前,材料研制需要重点关注燃烧效率提升、高固含量体系力学性能提升、高效降速、高压压强指数调节、界面力学增强等;应用研究需要重点关注材料批次差异性、组分相容性、绝热层与推进剂的层间匹配性、微结构与力学性能关系等。本专栏聚焦固体推进剂用功能材料及其应用研究,选录了7篇文章,内容包含增塑剂、键合剂、粘合剂、安定剂、燃速催化剂、降速剂等的材料合成、性能测试和应用,希望能够为相关领域的科研人员在功能材料研制和工程应用研究中提供帮助。

增塑剂的设计、合成和应用研究一直是固体推进剂用功能材料领域关注的重要方向之一。目前,固体推进剂的增塑剂迁移、热安定性等问题仍需要重点关注。李士刚等研究了含能增塑剂Bu-NENA、BDNPF/A对PBT弹性体微相分离与力学性能的影响,发现增塑比为0～1.0时,前者对PBT弹性体的微相分离和力学性能影响较大,后者却无明显影响;通过调整两者的复配比例,可以实现PBT弹性体力学性能优化(P824)。宁二龙等介绍了一种既能保证Tg不显著升高又可以提升能量特性的含能增塑剂设计新思路,即在DNPH分子羧酸链端引入1～2个叠氮基团(单叠氮基的DNPAH、双叠氮基的DNPDAH),其热稳定性较好,机械感度、挥发性和玻璃化转变温度也比较低,为高能推进剂的研制提供了新的增塑剂选择(P833)。

在固体推进剂中添加少量键合剂,有助于改善填料与粘合剂基体间的界面性能,已成为提升固体推进剂综合性能的有效方法之一。李娓等针对以丙烯腈(AN)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为单体共聚物组成漂移的问题,提出了一种半连续共聚工艺,即采用半连续变速滴加HEA的策略,抑制组成漂移现象的发生,实现了自由基无规共聚的“一锅法”制备。该研究可为类似AN-HEA无规共聚物的其他中性键合剂的制备提供参考(P809)。

HTPB推进剂分子结构及组成的差异往往会导致推进剂装药性能的异常波动。陈娟等从HTPB官能度分布和平均官能度两方面讨论了其对推进剂力学性能的影响,并结合实际装药案例提出了通过优化粘合剂配方来调控HTPB推进剂装药工艺性能及力学性能的方法。该研究对固体推进剂装药质量控制具有一定的指导意义(P817)。

曹华文等总结了硝酸酯热分解机理、热安定机制的研究进展,重点介绍了苯胺型和苯脲型安定剂对硝酸酯热安定性影响的机制,以及这两种安定剂的安定作用过程。提出了将使用温度下的硝酸酯等温热分解行为和热安定机制作为硝酸酯基础应用研究重点方向的建议。该论文对于理解硝酸酯分解、热安定性控制,及其在固体推进剂中调控应用和作用机理等具有很好的参考价值(P854)。

贾方娜等详细研究了低成本燃速催化剂二茂铁型碳硼烷衍生物TPT-01及其对高燃速HTPB固体推进剂工艺性能、燃烧性能、安全性能的的影响,并研究了其在推进剂种的迁移特性,认为这是一种具有很好应用前景的高燃速、低迁移特性的燃速催化剂。该研究有助于推动新型燃速催化剂技术的发展和高燃速固体推进剂技术水平的提升(P848)。

本刊还刊发了1篇有关新型高效降速剂的文章。该文针对HTPB推进剂用传统降速剂的降速效率不高且易造成推进剂能量损失等问题,设计合成了一系列新型季铵盐降速剂,开展了材料表征、性能测试、作用机理等研究。该研究工作对于推动我国固体推进剂用燃烧性能调控材料的研制具有参考意义(P842)。

固体推进剂用功能材料涉及的种类较多,其应用研究也因推进剂体系的不同而表现出各异的作用规律,本专栏只介绍了一小部分的研究进展,编者真诚期望这些论文能够在固体推进剂用关键功能材料领域起到抛砖引玉的作用。后续将持续关注和选刊更多的高水平研究成果,敬请期待。