A3增塑GAP弹性体性能研究(2)
为了改善复合推进剂的工艺性能和力学性能，往往在推进剂中加入液体增塑剂。对于增塑剂，一般要求其具有沸点高、蒸汽压低、挥发性小并对高分子粘结剂有良好增塑作用等特点。在这样的背景下，本文主要对使用A3对GAP进行增塑后，其相容性、力学性能、动态力学性能以及工艺性能之间的变化进行研究。
1.1 课题背景
复合固体推进剂作为固体火箭推进系统的能量源，是一种含能的非均质聚氨酯弹性体基复合材料，主要由高分子黏合剂、固化剂、氧化剂、增塑剂和燃料添加剂组成[1]。随着贴壁式大型浇注工艺、分段装药和对接密封等取得关键性技术突破，美国先后研制并试验成功了直径分别为3m、4m和6.6m的大型固体推进器，展示了复合固体推进器在航天航空领域中有着广阔的美好前景，同时伴随着高分子合成工业技术的发展，由于原材料易得，力学性能优良，安全性能好，复合固体推进剂在火箭导弹和航天技术中的应用也更加广泛。
1.1.1 黏合剂
固体推进剂的粘结剂多为一种含有活性官能团的高分子液态预聚物。黏合剂作为复合固体推进剂的重要组成部分，是对推进剂进行分类的依据，因为它决定了推进剂的各种主要性能，如能量性能和力学性能等，以及相应推进剂的加工工艺。惰性的端羧基聚丁二烯(CTPB)和端羟基聚丁二烯(HTPB)是早期较为常用的黏合剂，其中HTPB因其良好的相容性和力学性能，目前仍在被广泛使用，但HTPB有其天生的不足，它的生成焓为负值，能量不高，对于合成高能的复合固体推进剂是不利的，所以，各国都在研究合成各种新型含能黏合剂。与广泛使用的端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂和情性增塑剂如苯二甲酸二乙酯(DEP)系统相比较，GAP的主要优点是高密度和正的生成热。所以尽管GAP的氧含量较低，但由于含有-N3。裂解时可以大量放热，因而仍有高能潜力。为获得拥有高能量、良好的结构完整性和低易损性先迸推进剂和塑性粘结炸药(PBX)， GAP提供了一种难得的含能粘合剂和增塑剂系统。
GAP黏合剂是研究最早也最为成熟的叠氮黏合剂，其合成、改性及性能特征等也为各国推进剂工作者研究较多。GAP有多种的合成方法，按反应物划分共用4种[2]，其中最为常见的是由适当相对分子质量的过量叠氮化钠(NaN3)和PECH(聚环氧氯丙烷)在二甲亚砜(DMSO)等溶剂中，与100℃下搅拌反应8 ~10 h，把PECH定量转变为GAP[3]。该方法优点是安全性高，叠氮转化率高(质量分数>99.8%)等，但在实际生产过程中难以控制相对分子质量，且由于黏度较大，其力学、工艺性能尤其是低温力学性能有所不足。目前所用的GAP大多是一种高黏度和低黏度的混合物，所以需对GAP进行改性处理。
1.1.2增塑剂
增塑剂作为复合固体推进剂的关键组分之一， 能够改善聚合物的连接点，使凝胶溶胀，促使分子移动，从而改善复合固体推进剂的工艺性能和低温力学性能，拓展复合固体推进剂的温度适应性[4]。在复合固体推进剂中，增塑剂的选取不但要求具备沸点高、蒸汽压低、挥发性小，对高分子黏合剂的增塑作用强，还需要良好的相容性以及在复合固体推进剂药柱和绝热层、衬层中平衡迁移率小。
增塑剂分为含能增塑剂与非含能增塑剂，在复合固体推进剂中一般是使用含能增塑剂。这是为了提高复合固体推进剂体系的能量水平并改进力学性能和加强安全特性，这就要求增塑剂具有低黏度、低迁移、低撞击感度和低的玻璃化转变温度以及高氧平衡值和高热稳定性。按其能量基团种类的不同， 可将含能增塑剂分为叠氮类、硝酸酯类、偕二硝基类以及混合类等，因为偕二硝基的能量高、增塑性能优异、稳定性好， 被广泛应用于炸药、发射药和推进剂中， 是近年来各国研究较多的含能增塑剂之一。偕二硝基类化合物有着能够在化合物中尽可能多地引入含能基团，同时又保持聚合物的化学安定性和力学性能的特性。斯坦福研究所的Hill认为，偕二硝基在各类含能基团中有着能量中等偏上和安定性适宜等特点，是作为含能增塑剂的较好的选择[5]。双（2,2-二硝基丙醇）缩乙醛（BDNPA）和双(2,2-二硝基丙醇) 缩甲醛（BDNPF）就是偕二硝基类含能增塑剂的典型代表。