本文關鍵詞：高能固體推進劑相關組分物理相容性的分子模擬研究

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【摘要】：高能固體推進劑中各種組分之間的物理相容性是評價固體推進劑使用可靠性與貯存安定性的一項重要指標。本文運用分子模擬軟件Materials Studio(版本5.5)進行高能固體推進劑中關鍵組分的物理相容性研究,與實驗結果、理論規(guī)律相對照分析,并驗證了模擬方法的準確性,可為新型高能固體推進劑的研制提供理論支撐與技術指導。主要研究內容和結果如下:(1)含能增塑劑和中性高分子鍵合劑(NPBA)對粘合劑-固體填料相互作用的影響。分子模擬計算得到的結合能數據、徑向分布函數曲線、溶度參數值表明,不同的粘合劑/增塑劑體系獲得的數據具有相同規(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能增強這種相互作用,且其效果優(yōu)于(硝化纖維素)NC。與實測的力學性能數據有較好的一致性,說明搭建的分子模型和計算方法可以用于考察NPBA在高能固體推進劑中應用的效果。(2)不同種類襯層中硝酸酯遷移的分子動力學模擬。分子動力學計算所獲得的襯層和硝酸酯等組分的內聚能密度、溶度參數、表面張力等模擬計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)在各種襯層中擴散系數的順序為PEG/N-100HTPB/IPDIPDMS/TEOS,與理論趨勢和實驗測定值有較好的一致性,說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。另外,在同種襯層中,NG的擴散系數大于BTTN,說明NG比BTTN易于遷移。同時證明了所采用的模擬計算方法和步驟可信,能夠較為準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。耗散粒子動力學(DPD)模擬計算的NG和BTTN擴散系數結果分別為1.80×10-12 m2/s和0.21×10-12 m2/s,與微觀模擬數據、文獻報道值、實測數據較為符合,且隨預聚物相對分子質量、溫度的提高而增大,與理論趨勢相一致。同樣條件下,NG的擴散系數大于BTTN,說明NG在高能固體推進劑中的遷移量要比BTTN大。同時證明了搭建的粗�；Ｐ涂梢栽诟蟮臅r間和空間尺度上考察聚氨酯中硝酸酯增塑劑的擴散情況。(4)中性高分子鍵合劑在含能增塑劑"粘合劑預聚物中相分離的介觀模擬。介觀模擬計算得到333K和303K時NPBA在TMETN/BDNPF_A/BAMO/NMMO、TMETN/BDNPF_A/PEG、NG/BTTN/PEG這三種含能增塑劑/預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,說明低溫時相分離程度更大。另外,NPBA的效果比NC好,說明NPBA改善力學性能的原因是NPBA在粘合劑與固體填料之間發(fā)揮了“分子橋”的作用,增強了二者之間的作用,而不是像NC那樣僅僅使粘合劑網絡結構更加緊密。與宏觀力學性能數據之間存在較好的對應關系,證實本文的介觀模擬計算方法和結果可信,從而能夠在合成NPBA之前就對其使用效果有較為清晰的認識,為其分子設計、合成及應用提供及時、準確的參考。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V512

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本文編號：1192006