本文關(guān)鍵詞：高能固體推進(jìn)劑相關(guān)組分物理相容性的分子模擬研究

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【摘要】：高能固體推進(jìn)劑中各種組分之間的物理相容性是評(píng)價(jià)固體推進(jìn)劑使用可靠性與貯存安定性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文運(yùn)用分子模擬軟件Materials Studio(版本5.5)進(jìn)行高能固體推進(jìn)劑中關(guān)鍵組分的物理相容性研究,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果、理論規(guī)律相對(duì)照分析,并驗(yàn)證了模擬方法的準(zhǔn)確性,可為新型高能固體推進(jìn)劑的研制提供理論支撐與技術(shù)指導(dǎo)。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)含能增塑劑和中性高分子鍵合劑(NPBA)對(duì)粘合劑-固體填料相互作用的影響。分子模擬計(jì)算得到的結(jié)合能數(shù)據(jù)、徑向分布函數(shù)曲線、溶度參數(shù)值表明,不同的粘合劑/增塑劑體系獲得的數(shù)據(jù)具有相同規(guī)律,含能增塑劑削弱了粘合劑-固體填料之間的相互作用,而NBPA能增強(qiáng)這種相互作用,且其效果優(yōu)于(硝化纖維素)NC。與實(shí)測(cè)的力學(xué)性能數(shù)據(jù)有較好的一致性,說(shuō)明搭建的分子模型和計(jì)算方法可以用于考察NPBA在高能固體推進(jìn)劑中應(yīng)用的效果。(2)不同種類襯層中硝酸酯遷移的分子動(dòng)力學(xué)模擬。分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算所獲得的襯層和硝酸酯等組分的內(nèi)聚能密度、溶度參數(shù)、表面張力等模擬計(jì)算值均為聚二甲基硅氧烷(PDMS)端羥基聚丁二烯(HTPB)聚乙二醇(PEG),與這些組分的極性大小順序一致,而接觸角模擬值的邏輯順序也相一致;硝酸酯增塑劑硝化甘油(NG)和1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)在各種襯層中擴(kuò)散系數(shù)的順序?yàn)镻EG/N-100HTPB/IPDIPDMS/TEOS,與理論趨勢(shì)和實(shí)驗(yàn)測(cè)定值有較好的一致性,說(shuō)明襯層阻擋硝酸酯增塑劑遷移的效果按照這一順序依次增強(qiáng)。另外,在同種襯層中,NG的擴(kuò)散系數(shù)大于BTTN,說(shuō)明NG比BTTN易于遷移。同時(shí)證明了所采用的模擬計(jì)算方法和步驟可信,能夠較為準(zhǔn)確地研究硝酸酯增塑劑在襯層中的遷移情況。(3)硝酸酯增塑劑在聚氨酯彈性體中遷移的介觀模擬。耗散粒子動(dòng)力學(xué)(DPD)模擬計(jì)算的NG和BTTN擴(kuò)散系數(shù)結(jié)果分別為1.80×10-12 m2/s和0.21×10-12 m2/s,與微觀模擬數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)報(bào)道值、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)較為符合,且隨預(yù)聚物相對(duì)分子質(zhì)量、溫度的提高而增大,與理論趨勢(shì)相一致。同樣條件下,NG的擴(kuò)散系數(shù)大于BTTN,說(shuō)明NG在高能固體推進(jìn)劑中的遷移量要比BTTN大。同時(shí)證明了搭建的粗�；Ｐ涂梢栽诟蟮臅r(shí)間和空間尺度上考察聚氨酯中硝酸酯增塑劑的擴(kuò)散情況。(4)中性高分子鍵合劑在含能增塑劑"粘合劑預(yù)聚物中相分離的介觀模擬。介觀模擬計(jì)算得到333K和303K時(shí)NPBA在TMETN/BDNPF_A/BAMO/NMMO、TMETN/BDNPF_A/PEG、NG/BTTN/PEG這三種含能增塑劑/預(yù)聚物混合體系中的有序度分別為3.63、4.14、0.61和7.93、9.23、2.74,說(shuō)明低溫時(shí)相分離程度更大。另外,NPBA的效果比NC好,說(shuō)明NPBA改善力學(xué)性能的原因是NPBA在粘合劑與固體填料之間發(fā)揮了“分子橋”的作用,增強(qiáng)了二者之間的作用,而不是像NC那樣僅僅使粘合劑網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加緊密。與宏觀力學(xué)性能數(shù)據(jù)之間存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,證實(shí)本文的介觀模擬計(jì)算方法和結(jié)果可信,從而能夠在合成NPBA之前就對(duì)其使用效果有較為清晰的認(rèn)識(shí),為其分子設(shè)計(jì)、合成及應(yīng)用提供及時(shí)、準(zhǔn)確的參考。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V512

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本文編號(hào)：1192006