新闻硼系含能材料的合成及其对推进剂性能的影响研究

xubin · 发表于 2023-10-24 18:42:12

　　摘要：

　　如今,人们对含硼推进剂的研究不断深入,这得益于非金属离子型含能材料研究的兴起,原本只出现在起爆药和混合含能材料中的F,B,Mg,Al和Gu等金属元素也被引入单质含能材料骨架中.将硼元素与富氮杂环通过化学键相结合是一种可以显著提高含能化合物的燃烧性能的方法,在确保推进剂具有高热值的同时,可以有效地解决硼在燃烧过程中产生的氧化物覆盖在硼颗粒表面而影响反应进行的问题,这也是含硼推进剂可能的发展方向,更对含能有机硼化合物的深入研究具备重要意义.本文以双氰胺和盐酸肼为原料,经缩合环化,重排,氧化反应得到5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑.以二乙二醇二甲醚作为高温反应溶剂,在145℃下与硼氢化钾反应48h,得到目标产物四(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑基)硼酸钾盐.通过红外光谱仪(FT-IR),熔点分析仪,元素分析,X射线光电子能谱分析(XPS)和能量色散X射线光谱仪(EDS)等手段对中间体和目标产物进行表征,并对合成工艺条件进行优化.此外,采用差示扫描量热仪探究了目标产物与推进剂主要组分的相容性.结果显示,四(5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑基)硼酸钾盐与白炭黑,TPB之间没有明显的相互作用;与CL-20,AI混合,使得混合体系分解温度提高,有利于推进剂的安定性;与AP,RDX之间的相互作用明显,要避免混合使用.采用新的合成方法,以3,5-二氨基-1,2,4三唑(DAT)为原料,经过重氮化,复分解反应合成高纯度中间体3,5-二硝基-1,2,4三唑(DNT).以二乙二醇二甲醚作为高温反应溶剂,与硼氢化钾反应27h,反应温度为110℃,通过配位取代反应合成目标产物四(3,5-二硝基-1,2,4三唑基)硼酸钾盐.从反应时间,温度和投料比确定了中间体最优反应条件为反应时间8h,反应温度60℃和投料比n(AgDNT):n(HCI)为1:1.5.通过红外光谱仪(FT-IR),熔点分析仪,元素分析等手段对中间体进行表征.但是目标产物呈油状液体,无法进行测试表征并且针对这一无法提纯的问题,给予了可能性的解决方案.按照化学计量比与高氯酸钡继续在甲醇或水的混合溶液中反应,形成相应的硼酸钡盐,钡盐和富氮硫酸盐在甲醇和水的混合溶液中反应,形成不同阳离子形式的硼酸盐.富氮硫酸盐包括但不限于硫酸肼,硫酸铵,硫酸胍.通过置换阳离子来改变物质的溶解性,从而对目标产物的提纯提供了可能性.采用最小自由能法,在标准状态下(P_c

_0=70:1)研究了四(3,5-二硝基-1,2,4三唑基)硼酸肼盐单元推进剂和复合推进剂的能量性能.结果表明,硼酸肼单元推进剂的理论比冲值(I_(sp))达到2639.9N·s/kg,与RDX,CL-20,HMX单元推进剂几乎相当,远高于常用的高能氧化剂AP,HMX.用硼酸肼盐取代HTPB推进剂配方中的高氯酸胺时,推进剂的理论比冲值增大幅度逐渐放缓,最大值为2598.8N·s/kg.可见,用硼酸肼盐取代HTPB推进剂的中的AP,可以提高推进剂的整体能量水平.继续使用ADN与硼酸肼进行复配,I_(sp)最大值为2638 N·s/kg;用硼酸肼取代CMDB推进剂中AP,当硼酸肼质量分数为20%时,获得最大比冲值2451.5 N·s/kg,较基础配方提高了0.6%,继续加入Al粉可显著增加配方体系的能量水平.福兴的最新消息欢迎进入网站了解，网站有专业的客服人员进行详细的解答！

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