【摘 要】
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硝酸铵(AN)和高氯酸铵(AP)是两种重要的氧化剂,它们广泛应用于推进剂、工业炸药和火工烟火药剂中。随着推进技术的发展,对其提出了高燃速的要求。研究表明,降低固体氧化剂的粒径能明显改善固体推进剂的燃烧性能。为了降低AN和AP的粒径,使其颗粒尺寸达到纳米级,从而进一步提高AN和AP性能。本文采用低温喷射冻干法成功制备了纳米AN和纳米AP,并对制备出的纳米AN和纳米AP的化学纯度、晶型结构、热分解性能
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硝酸铵(AN)和高氯酸铵(AP)是两种重要的氧化剂,它们广泛应用于推进剂、工业炸药和火工烟火药剂中。随着推进技术的发展,对其提出了高燃速的要求。研究表明,降低固体氧化剂的粒径能明显改善固体推进剂的燃烧性能。为了降低AN和AP的粒径,使其颗粒尺寸达到纳米级,从而进一步提高AN和AP性能。本文采用低温喷射冻干法成功制备了纳米AN和纳米AP,并对制备出的纳米AN和纳米AP的化学纯度、晶型结构、热分解性能、感度特性以及吸湿性性能等方面进行了研究,同时考察了纳米AN和纳米AP在推进剂中的应用。主要研究内容如下:首先通过低温喷射冻干法制备出粒径小于100nm的AN和AP。利用SEM、EDS、XRD、IR和XPS对纳米AN和纳米AP样品进行了表征,并对制备得到的纳米AN和纳米AP进行了热分解和感度特性研究。结果表明:纳米AN微观形貌呈类球形,纳米AP微观形貌呈长条形。纳米AN和纳米AP的分子结构、表面元素和晶相分别与原料AN和原料AP一致。纳米AN的热分解活化能为92.11k J?mol-1,较原料AN仅下降了5.43k J?mol-1,说明纳米化后其热稳定性基本不变。纳米AP的热分解活化能为128.14k J?mol-1,较原料AP降低18.68k J?mol-1,说明纳米化后热稳定性下降。纳米AN对机械作用非常钝感,10kg落球下特性落高(H50)大于110cm,摩擦感度爆炸百分比(P)为16%。纳米AP的机械感度升高,5kg落球下特性落高(H50)为71cm,摩擦感度爆炸百分比(P)为96%,与原料AP相比分别提高了14.5%和56%。其次对纳米AN和纳米AP样品进行吸湿性测试,采用2%十八胺、0.5%和1%油酸、0.5%和1%KH-550以及3%PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)分别对纳米AN和纳米AP进行表面包覆改性。结果表明:原料AN吸湿率为8.87%,纳米AN吸湿率为15.44%,改性纳米AN的吸湿率比纳米AN的吸湿率分别下降了9.52%、30.51%、35.75%、35.10%、38.73%以及19.17%。原料AP吸湿率为1.15%,纳米AP吸湿率为4.36%,改性纳米AP的吸湿率比纳米AP的吸湿率分别下降了19.27%、29.36%、59.63%、41.29%、67.66%以及52.29%。最后,探索了纳米AN和纳米AP在推进剂中的应用,研究了含纳米AN和纳米AP推进剂的热分解性能、感度和能量特性。结果表明:CMDB-4推进剂样品的DSC曲线呈现出两个放热分解峰。在190℃左右出现一较大的放热峰对应NC和DGTN的热分解,在275℃左右出现一微小的放热峰对应HMX和AN的热分解。HTPB-6推进剂样品DSC每条曲线都只有一个放热峰,且该放热峰峰形尖锐。CMDB-4推进剂主要分解产物为H2O、N2、CO、NO、CO2、N2O。HTPB-6推进剂主要分解产物为H2、H2O、N2、CO、CO2、N2O,同时推测有HCl的生成。随着纳米AN百分含量的增加,CMDB推进剂H50的值变大,摩擦感度降低。而随着纳米AP百分含量的增加,HTPB推进剂H50的值变小,摩擦感度升高。在能量性能方面,CMDB和HTPB推进剂的标准比冲Isp分别为2439.5N·s·kg-1、2449.3N·s·kg-1。CMDB推进剂燃烧产物中H2O含量最多,而HTPB推进剂燃烧产物中CO和H2含量最多。
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