硝化棉基微孔球形药孔结构控制及热分解性能研究

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硝化棉基微孔球形药广泛应用于发射药与推进剂配方中,孔结构是影响其燃烧性能与力学性能的重要因素。本文以双乳液工艺方法为基础,借鉴普通高分子材料多孔化研究中孔结构调控方法,研究了辅助溶剂和氧化剂对球形药孔结构的影响,并研究了含氧化剂的球形药的热分解特性。具体的研究内容及结果包括以下几个部分:以硝化棉(NC)为原料,经过物料溶解、乳化发泡、分散成球、溶剂驱除等步骤制备硝化棉基微孔球形药,研究总结了溶剂特性对孔隙结构的影响规律及作用机制。扫描电镜(SEM)表征和孔隙数据分析的结果表明:辅助溶剂的加入使得球形药表面出现不均匀的孔隙结构,内部孔隙的平均孔径有所增大,样品孔隙率总体呈增大趋势。水溶性较大的溶剂在表面的致孔作用比内部更加明显;样品内部孔隙孔径在1μm以下的部分占61%~88%,平均孔径为0.166μm,添加水溶性较小的辅助溶剂所制备的样品平均孔径总体呈现减小的趋势。在乳化发泡阶段使用不同浓度的氧化剂高氯酸铵(AP)溶液替代纯水进行实验,制备出AP含量不同的硝化棉基微孔球形药。扫描电镜和孔隙数据分析数据表明:随着引入AP浓度提高,样品孔隙率总体呈减小趋势,样品内部孔隙孔径在1μm以下的部分占70%以上,样品的平均孔径为0.165μm。随着AP浓度提高,平均孔径有所减小,孔隙分布密度有较大提高,孔径的分散度也相应的降低,即孔径分布更均匀。氧化剂浓度的提高对球形药内部形貌的影响作用比外部更加明显。利用非等温DSC法获得含AP球形药样品在不同升温速率下的放热峰值变化规律。样品的热分解峰温在相同升温速率下随着氧化剂浓度的提高总体呈现增加趋势。利用Kissinger法计算了各样品的部分热分解动力学参数,总结了活化能(Ea)和指前因子对数ln A的变化规律,随着氧化剂浓度从0提高到30%,样品的活化能由153.63kJ/mol降低到了94.92kJ/mol。
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