聚乙二醇及增塑剂混合体系的模拟研究(2)
聚乙二醇（PEG）是平均分子量在约200到至少6000的乙二醇高聚物的总称，随着平均分子量的不同，性质也有差异。无色无臭粘稠液体至蜡状固体,溶于水、乙醇和许多其他有机溶剂,蒸汽压低,对热稳定。作为NEPE推进剂的黏合剂，其含量（质量分数6%~8%）虽然很低，但对推进剂的力学性能却起着至关重要的作用，故其作为NEPE推进剂的黏合剂在国内外得到广泛的应用。在微观结构上AP和AL颗粒呈现分散相分布，聚乙二醇黏合剂为连续相，固体颗粒与黏合剂的黏结状况是影响固体推进剂力学性能的关键因素。当推进剂受到一定载荷作用时容易出现“脱湿”现象，这对推进剂的力学性能、燃烧性能和储存性能十分不利，对黏结状况起决定作用的是黏合剂连续相与固体颗粒填料之间的界面行为。
以聚乙二醇为黏结剂，以硝化甘油（NG）和丁三醇三硝酸酯（BTTN）为增塑剂，通过分子动力学（MD）可以模拟计算不同温度下PEG和硝酸酯增塑剂混合体系，获得原子水平上粒子运动的平衡运动轨迹[2]，进而探讨混合体系各组分相互作用机理，发现混合体系各组分相互作用的本质，求得相互作用能和基本热力学参数。
1.1 推进剂的发展
推进剂是火箭、导弹以及运载火箭的能源。一般将燃烧产生大量的高温气体从发动机喷管喷出从而产生推力的含能材料称为推进剂。推进剂可以是液体、固体和固液混合三种状态。目前用于军事的推进剂主要是固体推进剂。推进剂具有下列特性：①比冲量高；②密度大；③燃烧产物的气体（或蒸气）分子量小，离解度小，无毒、无烟、无腐蚀性，不含凝聚态物质；④火焰温度不应过高，以免烧蚀喷管；⑤应有较宽的温度适应范围；⑥点火容易，燃烧稳定，燃速可调范围大。⑦物理化学安定性良好，能长期贮存；⑧机械感度小，生产、加工、运输、使用中安全可靠；⑨经济成本低、原料来源丰富；⑩若为固体推进剂，还应有良好的力学性质，有较大的抗拉强度和延伸率。
很早以前人们就开始使用火药块作为推进剂,但火药的发热量很低(2930~4187J/kg)、燃速大、储量小(火药的储量受火箭发动机的燃烧室尺寸的限制)、工作时间短、产生的推力小,同时推力大小也难以控制。而液体推进剂的发热量比火药发热量大得多,从而使火箭能获得更大的推力和飞行速度。此外,通过调节液体推进剂的供应量,可以比较容易地控制推力及火箭导弹的飞行速度。最早使用液体推进剂的导弹是第二次世界大战末期德国研制的V-2导弹,战后前苏联、美国等国家先后研制出了使用液体推进剂的导弹。早期的液体推进剂,沸点低、不易贮存。60年代, 高能可贮存的液体推进剂被广泛使用;70年代, 美国的长矛导弹使用了预包装可贮存液体推进剂。但由于高能可贮存的液体推进剂具有腐蚀性强、毒性大的缺点, 对人类和环境都极易造成危害, 因此随着固体推进剂性能和制造工艺的不断改进和提高,80年代末,美国的液体推进剂导弹已全部由固体推进剂导弹取代, 但前苏联的战略弹道导弹多数仍使用液体推进剂[3]。
火箭推进剂的发展主要着眼于能量高、排烟少、污染轻三个方面。从高能量的角度看,高能推进剂是将来推进剂研究的首选;从导弹飞行的隐蔽性上看,无烟推进剂的开发、应用更是势在必行;从使用方便及减少环境污染的角度来看,污染少的推进剂将大有发展前途。因此,高能、环保、无烟的推进剂是今后推进剂发展的主要方向。
高能推进剂泛指比冲高的一类推进剂。比冲量是一个能全面衡量发动机性能的指标,记作Isp,单位是N/ ( kg/ s)。发动机的比冲越大,为产生同样的推力需要消耗的推进剂量越少,即推进剂的能量越大，发动机的比冲也越大。提高能量始终是固体推进剂研制发展的主要目标。因此，不断提出新概念、新技术，合成新高能材料成为推进剂的主要研究课题。在高能化的进程中，从只考虑能量到注重以能量为主的综合性能指标，从只考虑比冲(Is)到注重密度比(Isp)，都标志着高能化技术的日趋成熟与提高[4]。
下一篇：高效重金属螯合捕集剂的制备研究