新型室温固化剂体系设计与机理研究

PBX cast curing explosives bonded by using hydroxyl-terminated polybutadiene（HTPB）,possessing low vulnerability to meet the need of IHE, adjustable energy and performance and simple and practicable charging process, has been one of improtant loading explosives of projectiles and missiles and undersea weapons.But its high curing temperature,long curing cycle and therefore resulted decline of charge mechanical property have hindered its wide used.How to cure the system at room temperature and shorten the curing period is the key problem to be solved. Based on the system of HTPB-isocyanate, by devising components of the curing system,choosing and matching and modifying corresponding catalytic agents，studying the reacting rheology of the system and reaction kinetics and thermodynamics as well as testing the practical curing properties the curing process at room temperature is expected to be realized through the combination of experimental study and computer simulation.The function mechanism of the catalysts and interactions between the components will be revealed.The designing technology and key effecting factors of room temperature curing could be determined.The study not only provide theoretical basis and designing parameters for the study and application of cast curing PBX explosives,but also the safety and cost of the process could be improved greatly.

端羟基聚丁二烯（HTPB）PBX浇注炸药综合优势凸显，已成为大中口径炮弹和导弹及水下兵器装填炸药的主要类型之一，但是体系的高固化温度及其引发的系列问题成为发展瓶颈。本项目本着实现基于HTPB-异氰酸酯系的PBX浇注炸药的室温（20-50℃）固化而展开研究。实验研究和计算机模拟相结合，研究室温固化催化剂和HTPB-异氰酸酯-催化剂体系反应流变性以及热力学、动力学规律；对含有催化剂的复杂体系的固化交联过程进行数值模拟；研究催化剂的作用机理，揭示组分之间相互作用机制；考察新型室温固化剂体系对典型PBX浇注炸药性能的影响；构建固化剂体系反应模型，提供固化交联反应动态过程和图像，建立室温固化体系的系统设计方法。该研究可为新型PBX浇注炸药的研制提供理论基础和设计指导，其应用能够大大提高固化过程安全性，改善装药力学性能，降低工艺成本，具有潜在军事、经济和生活效益，显示出重要的理论意义和应用价值。

以端羟基聚丁二烯HTPB-异氰酸酯为基的浇注PBX 炸药综合优势显著被广泛应用。但固化温度高影响性能还存在安全隐患。国内室温固化（20-50℃）研究刚起步，基础研究亟待加强，对提高固化过程的安全性、提高装药力学性能、降低能耗和工艺成本具有重要意义。.实现室温固化，催化剂是关键。分别对单一催化剂、催化剂复配、引入活性基团的催化剂进行研究。发现催化剂对粘结剂体系具有明显选择性，给出了不同体系催化剂活性排序；催化剂复配可以使催化活性、适用期得到灵活调整，极大丰富了配方设计催化剂种类；整理得到不同体系催化剂适用期汇总表。催化剂及其加入量通过改变体系反应速率影响力学性能。.固化温度通过影响体系初始粘度和反应速率影响适用期和性能。研究发现固化反应初期，体系粘度主要取决于初始粘度，之后主要取决于反应速率；热力学动力学研究发现，温度（20℃~70℃）每提高10℃反应速度约增加1倍；温度对力学性能有影响但不显著，固化温度在35~45℃为佳。.R值对体系力学性能影响较大， R值从0.8-1.5，胶片力学性能随着R值的增大，拉伸强度先增大后减小，断裂伸长率逐渐减小；而当R值过大时，余量的异氰酸酯致使性能下降。R值在1.0~1.2的范围为宜。.小分子扩链剂容易与-NCO充分接触并交联，有利于提高拉伸强度和断裂伸长率。扩链剂结构中含有两个官能团的羟基在两端的，有利于提高断裂伸长率，三个官能团的会形成支化结构，断裂伸长率降低。.实验研究和数值模拟结合，找到了启动反应的活性位、过渡态，搞清了催化剂的催化途径和历程。剖析了催化剂复配机理，TEPB/TPB与HTPB易形成过渡态，ZnO是Zn对-NCO中N起作用，所以当ZnO与TEPB或TPB复配具有双重催化作用；并以动画呈现反应过程。.室温固化体系配方设计步骤，首先根据目标性能选择固化剂，再以研究所得催化剂适用期汇总表筛选催化剂，再对R值、温度、催化剂量等参数进行优化。