“固體推進劑用功能材料及其應用”專欄導語

呂 龍

固體推進劑用功能材料是固體發動機的動力基礎,主要包括氧化劑、燃料、粘合劑和一系列功能助劑,如增塑劑、鍵合劑、固化劑、固化催化劑、燃速催化劑、降速劑、壓強指數調節劑、交聯劑、安定劑、防老劑、工藝助劑等。這些功能材料對固體推進劑的整體性能起著極其關鍵的作用,如果把用量較多的氧化劑、燃料和粘合劑稱為決定固體推進劑能量高低的“主材”,那么功能助劑就是對固體推進劑工藝性能、力學性能、燃燒性能、老化性能等具有“四兩撥千斤”作用的“小材”。固體推進劑用功能材料的制備和應用研究涉及多個學科和技術領域交叉,既要攻克材料研制方面的瓶頸技術問題,又要解決應用技術的難題。目前,材料研制需要重點關注燃燒效率提升、高固含量體系力學性能提升、高效降速、高壓壓強指數調節、界面力學增強等;應用研究需要重點關注材料批次差異性、組分相容性、絕熱層與推進劑的層間匹配性、微結構與力學性能關系等。本專欄聚焦固體推進劑用功能材料及其應用研究,選錄了7篇文章,內容包含增塑劑、鍵合劑、粘合劑、安定劑、燃速催化劑、降速劑等的材料合成、性能測試和應用,希望能夠為相關領域的科研人員在功能材料研制和工程應用研究中提供幫助。

增塑劑的設計、合成和應用研究一直是固體推進劑用功能材料領域關注的重要方向之一。目前,固體推進劑的增塑劑遷移、熱安定性等問題仍需要重點關注。李士剛等研究了含能增塑劑Bu-NENA、BDNPF/A對PBT彈性體微相分離與力學性能的影響,發現增塑比為0～1.0時,前者對PBT彈性體的微相分離和力學性能影響較大,后者卻無明顯影響;通過調整兩者的復配比例,可以實現PBT彈性體力學性能優化(P824)。寧二龍等介紹了一種既能保證Tg不顯著升高又可以提升能量特性的含能增塑劑設計新思路,即在DNPH分子羧酸鏈端引入1～2個疊氮基團(單疊氮基的DNPAH、雙疊氮基的DNPDAH),其熱穩定性較好,機械感度、揮發性和玻璃化轉變溫度也比較低,為高能推進劑的研制提供了新的增塑劑選擇(P833)。

在固體推進劑中添加少量鍵合劑,有助于改善填料與粘合劑基體間的界面性能,已成為提升固體推進劑綜合性能的有效方法之一。李娓等針對以丙烯腈(AN)和丙烯酸羥乙酯(HEA)為單體共聚物組成漂移的問題,提出了一種半連續共聚工藝,即采用半連續變速滴加HEA的策略,抑制組成漂移現象的發生,實現了自由基無規共聚的“一鍋法”制備。該研究可為類似AN-HEA無規共聚物的其他中性鍵合劑的制備提供參考(P809)。

HTPB推進劑分子結構及組成的差異往往會導致推進劑裝藥性能的異常波動。陳娟等從HTPB官能度分布和平均官能度兩方面討論了其對推進劑力學性能的影響,并結合實際裝藥案例提出了通過優化粘合劑配方來調控HTPB推進劑裝藥工藝性能及力學性能的方法。該研究對固體推進劑裝藥質量控制具有一定的指導意義(P817)。

曹華文等總結了硝酸酯熱分解機理、熱安定機制的研究進展,重點介紹了苯胺型和苯脲型安定劑對硝酸酯熱安定性影響的機制,以及這兩種安定劑的安定作用過程。提出了將使用溫度下的硝酸酯等溫熱分解行為和熱安定機制作為硝酸酯基礎應用研究重點方向的建議。該論文對于理解硝酸酯分解、熱安定性控制,及其在固體推進劑中調控應用和作用機理等具有很好的參考價值(P854)。

賈方娜等詳細研究了低成本燃速催化劑二茂鐵型碳硼烷衍生物TPT-01及其對高燃速HTPB固體推進劑工藝性能、燃燒性能、安全性能的的影響,并研究了其在推進劑種的遷移特性,認為這是一種具有很好應用前景的高燃速、低遷移特性的燃速催化劑。該研究有助于推動新型燃速催化劑技術的發展和高燃速固體推進劑技術水平的提升(P848)。

本刊還刊發了1篇有關新型高效降速劑的文章。該文針對HTPB推進劑用傳統降速劑的降速效率不高且易造成推進劑能量損失等問題,設計合成了一系列新型季銨鹽降速劑,開展了材料表征、性能測試、作用機理等研究。該研究工作對于推動我國固體推進劑用燃燒性能調控材料的研制具有參考意義(P842)。

固體推進劑用功能材料涉及的種類較多,其應用研究也因推進劑體系的不同而表現出各異的作用規律,本專欄只介紹了一小部分的研究進展,編者真誠期望這些論文能夠在固體推進劑用關鍵功能材料領域起到拋磚引玉的作用。后續將持續關注和選刊更多的高水平研究成果,敬請期待。