PEG/增塑劑共混物相容性的分子動力學模擬和介觀模擬
發(fā)布時間：2021-11-07 14:41
為解決含能鈍感增塑劑應用于硝酸酯增塑聚醚（NEPE）推進劑的問題,研究了增塑劑三羥甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）、硝化甘油（NG）、1,2,4-丁三醇三硝酸酯（BTTN）與粘合劑預聚物聚乙二醇（PEG）的相容性。采用分子動力學模擬計算了PEG、TMETN、NG、BTTN四種純物質的溶度參數及分子內和分子間徑向分布函數,得到相容性優(yōu)劣順序為:TMETN/PEG>BTTN/PEG>NG/PEG。BTTN分子中的亞甲基和TMETN的結構削弱了自身分子間作用、降低了與PEG溶度參數的差值;分析了共混物的結合能及分子間徑向分布函數,認為增塑劑與PEG相容的本質為"分子間以非鍵作用相結合,范德華作用占主要比重"。此外,增塑劑與PEG分子的極性越相近、范德華作用的占比越大;通過介觀模擬得到體系的介觀形態(tài)演變過程,發(fā)現NG/PEG及BTTN/PEG易發(fā)生相分離、TMETN/PEG僅發(fā)生輕微的同相歸并。最終得出:含能鈍感增塑劑TMETN與PEG的相容性優(yōu)于BTTN及NG,可以考慮將其代替或部分代替NG、降低NEPE推進劑的感度,為低易損戰(zhàn)術武器的發(fā)展提供依據。
【文章來源】：含能材料. 2020,28(04)北大核心EICSCD
【文章頁數】：9 頁
【部分圖文】：
PEG、NG、BTTN、TMETN的分子結構式
式中，ν-1εij為MesoDyn相互作用參數kJ·mol-1；χij為Flory?Huggins參數（無量綱）；R為氣體常數8.314 J·（mol·K)-1,T取298 K。在確定分子粗�；樽訑盗考跋嗷プ饔脜岛�，在Meso Dyn模塊中進行模擬：根據增塑劑與粘合劑預聚物的質量比（增塑比）為3∶1，設置珠子的混合比例，三維周期箱尺寸為32.0 nm×32.0 nm×32.0 nm，溫度為298 K，步長為20 ns，總時間為1000μs，其它為默認。
根據高分子溶液理論[21]，恒溫和恒壓下的溶解過程自發(fā)進行的前提是：Gibbs自由能的變化小于零。兩組分的溶度參數差值越小，越容易滿足此條件、相容性越好，這就是物質的“相似相溶”原理，也可以通過幾種物質的極性相近、分子間作用力類型和大小相近、各自的徑向分布函數曲線相近，來評價相容性的優(yōu)劣。采用分子動力學模擬計算得到PEG和增塑劑的溶度參數結果見表3，δ為本次結算結果，為了便于比較，同時將文獻[22-23]的分子動力學計算結果δ′和δ"、文獻[24]采用Hoftyzer?Krevelen(1976）方法的估算值δ′"均列于表3。由表3可見，本次模擬（δ）與文獻模擬值（δ′）、（δ"）相近，但與估算值（δ′"）有一定差距，分析原因為所采用的計算方法不同，而本模擬是在相同力場和參數設置下進行的，所以可以考察溶度參數的相對值[4]；并且不同方法得到物質溶度參數的大小順序是相同的，即通過計算Δδ判斷共混物相容性優(yōu)劣的結果是一致的，由表4可見，PEG與三種增塑劑的相容性優(yōu)劣順序為：TMETN/PEG>BTTN/PEG>NG/PEG。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]固體推進劑組分相容性的分子動力學模擬[J]. 王歡,孫治丹,張常山,居學海. 火炸藥學報. 2016(05)
[2]含能材料相容性評定方法研究進展[J]. 楊釗飛,趙鳳起,李鑫. 四川兵工學報. 2015(03)
[3]四組分高能體系結合能和力學性能的分子動力學模擬[J]. 于艷春,朱偉,肖繼軍,郭翔,唐根,鄭劍,肖鶴鳴. 化學學報. 2010(12)
[4]RDX晶體結構與固相生成焓的理論研究[J]. 劉建,李金山,趙曉平,何鐵寧,董海山. 原子與分子物理學報. 2010(03)
[5]HTPB/增塑劑玻璃化轉變溫度及力學性能的分子動力學模擬[J]. 付一政,胡雙啟,蘭艷花,劉亞青. 化學學報. 2010(08)
[6]HTPB與增塑劑相容性評價的分子動力學模擬[J]. 蘭艷花,劉亞青,付一政. 含能材料. 2010(01)
[7]端羥基聚丁二烯/增塑劑共混物相容性的分子動力學模擬和介觀模擬[J]. 趙貴哲,馮益柏,付一政,蘭艷花,劉亞青. 化學學報. 2009(19)
[8]端羥基聚丁二烯/增塑劑共混物相容性的分子動力學模擬[J]. 付一政,劉亞青,蘭艷花. 物理化學學報. 2009(07)
[9]疊氮纖維素結構和溶度參數的分子模擬[J]. 黃銳,姚維尚,譚惠民. 含能材料. 2008(04)
[10]疊氮粘合劑與硝酸酯溶度參數的分子動力學模擬[J]. 李倩,姚維尚,譚惠民. 含能材料. 2007(04)
博士論文
[1]高能固體推進劑相關組分物理相容性的分子模擬研究[D]. 虞振飛.北京理工大學 2016
[2]HTPB推進劑貯存老化特性及壽命預估研究[D]. 張興高.國防科學技術大學 2009
碩士論文
[1]含能增塑劑TMETN和DIANP的合成機理及動力學[D]. 聶戰(zhàn)斌.陜西師范大學 2018
本文編號：3482036
【文章來源】：含能材料. 2020,28(04)北大核心EICSCD
【文章頁數】：9 頁
【部分圖文】：
PEG、NG、BTTN、TMETN的分子結構式
式中，ν-1εij為MesoDyn相互作用參數kJ·mol-1；χij為Flory?Huggins參數（無量綱）；R為氣體常數8.314 J·（mol·K)-1,T取298 K。在確定分子粗�；樽訑盗考跋嗷プ饔脜岛�，在Meso Dyn模塊中進行模擬：根據增塑劑與粘合劑預聚物的質量比（增塑比）為3∶1，設置珠子的混合比例，三維周期箱尺寸為32.0 nm×32.0 nm×32.0 nm，溫度為298 K，步長為20 ns，總時間為1000μs，其它為默認。
根據高分子溶液理論[21]，恒溫和恒壓下的溶解過程自發(fā)進行的前提是：Gibbs自由能的變化小于零。兩組分的溶度參數差值越小，越容易滿足此條件、相容性越好，這就是物質的“相似相溶”原理，也可以通過幾種物質的極性相近、分子間作用力類型和大小相近、各自的徑向分布函數曲線相近，來評價相容性的優(yōu)劣。采用分子動力學模擬計算得到PEG和增塑劑的溶度參數結果見表3，δ為本次結算結果，為了便于比較，同時將文獻[22-23]的分子動力學計算結果δ′和δ"、文獻[24]采用Hoftyzer?Krevelen(1976）方法的估算值δ′"均列于表3。由表3可見，本次模擬（δ）與文獻模擬值（δ′）、（δ"）相近，但與估算值（δ′"）有一定差距，分析原因為所采用的計算方法不同，而本模擬是在相同力場和參數設置下進行的，所以可以考察溶度參數的相對值[4]；并且不同方法得到物質溶度參數的大小順序是相同的，即通過計算Δδ判斷共混物相容性優(yōu)劣的結果是一致的，由表4可見，PEG與三種增塑劑的相容性優(yōu)劣順序為：TMETN/PEG>BTTN/PEG>NG/PEG。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]固體推進劑組分相容性的分子動力學模擬[J]. 王歡,孫治丹,張常山,居學海. 火炸藥學報. 2016(05)
[2]含能材料相容性評定方法研究進展[J]. 楊釗飛,趙鳳起,李鑫. 四川兵工學報. 2015(03)
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[4]RDX晶體結構與固相生成焓的理論研究[J]. 劉建,李金山,趙曉平,何鐵寧,董海山. 原子與分子物理學報. 2010(03)
[5]HTPB/增塑劑玻璃化轉變溫度及力學性能的分子動力學模擬[J]. 付一政,胡雙啟,蘭艷花,劉亞青. 化學學報. 2010(08)
[6]HTPB與增塑劑相容性評價的分子動力學模擬[J]. 蘭艷花,劉亞青,付一政. 含能材料. 2010(01)
[7]端羥基聚丁二烯/增塑劑共混物相容性的分子動力學模擬和介觀模擬[J]. 趙貴哲,馮益柏,付一政,蘭艷花,劉亞青. 化學學報. 2009(19)
[8]端羥基聚丁二烯/增塑劑共混物相容性的分子動力學模擬[J]. 付一政,劉亞青,蘭艷花. 物理化學學報. 2009(07)
[9]疊氮纖維素結構和溶度參數的分子模擬[J]. 黃銳,姚維尚,譚惠民. 含能材料. 2008(04)
[10]疊氮粘合劑與硝酸酯溶度參數的分子動力學模擬[J]. 李倩,姚維尚,譚惠民. 含能材料. 2007(04)
博士論文
[1]高能固體推進劑相關組分物理相容性的分子模擬研究[D]. 虞振飛.北京理工大學 2016
[2]HTPB推進劑貯存老化特性及壽命預估研究[D]. 張興高.國防科學技術大學 2009
碩士論文
[1]含能增塑劑TMETN和DIANP的合成機理及動力學[D]. 聶戰(zhàn)斌.陜西師范大學 2018
本文編號：3482036
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