环保型含能钝感燃烧催化剂合成及对推进剂催化燃烧机理

The combustion catalysts with the properties of energetically, insensitivity and circumstance safety will be designed and synthesized by using typical pyridine-based, furazan-based derivatives. Their thermal decomposition property, safety performance and compatibility with other propellant components will be studied by TG, DSC, TG-DSC-MS-FTIR, mechanical sensitivity test and vacuum stability test. The catalytic effects of prepared combustion catalysts in the double base propellant will be evaluated by combustion rating test, and the novel combustion catalysts with a serious of good properties will be explored and researched. Utilizing the thermal decomposition and thermal analysis, combustion flame morphology, combustion wave temperature distribution and flame quenching techniques to reveal the relationship between chemical construction and catalytic effects from the micro perspective and illustrate the catalytic mechanism. Based on one dimensional gas-phase reaction theory, the combustion calculation model of typical propellant containing catalysts will be established. And then we can select new catalysts with good properties of energetically, insensitivity and circumstance safety. The research provides theoretic reference and technology support for the development of novel combustion catalysts in propellant.

以典型吡唑类、呋咱类和吡啶类钝感的高能炸药为母体，开展新型环保型含能钝感燃烧催化剂设计、合成和结构表征；采用TG、DSC和TG-DSC-MS-FTIR、机械安全性测试、真空安定性测试等手段研究它们的热分解性能、安全性能及其与推进剂主要组分的相容性；采用燃速测试手段研究所制备的燃烧催化剂在双基系推进剂中的催化作用效果；探索具备环保、含能、钝感及催化性能优良的新型燃烧催化剂品种；通过对催化推进剂试样热分解机理和动力学、燃烧火焰形貌、燃烧波温度分布、燃烧熄火等测试，从微观上揭示催化剂结构与催化性能的关系，阐明催化作用机理；基于一维气相反应理论，建立典型催化剂的催化燃烧数值计算模型。从而优选出具有应用前景的集含能、钝感、环保性能的新型催化剂品种，为推进剂用新型燃烧催化剂的研制提供理论依据和技术支持。

为减少推进剂生产和使用中所含铅盐燃烧催化剂对环境和人员造成的危害，项目以吡唑类、吡啶类及呋咱类等含能钝感有机物为母体，设计制备了4-氨基-3,5-二硝基吡唑（LLM-116）、5,7-二氨基-4,6-二硝基苯并氧化呋咱（CL-14）、7-氨基-4,6-二硝基苯并氧化呋咱（ADNBF）、2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶氮氧化物（ANPyO）及2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物（LLM-105）5种含能钝感有机母体化合物，基于上述母体化合物制备了含铜、钴、镍等11种环保型含能钝感金属配合物类催化剂，采用TG、DSC、机械安全性测试、真空安定性测试等手段研究它们的热分解性能、安全性能及其与推进剂主要组分的相容性，获得了典型催化剂的热分解规律及分解动力学参量，获得了与双基推进剂主要组分相容性数据，结果表明设计合成的催化剂感度低且与双基推进剂相容性良好。采用无溶剂压伸工艺制备了含典型含能钝感金属配合物催化剂的双基推进剂，研究了制备的燃烧催化剂对双基推进剂中催化作用效果，获得了系列催化剂对推进剂燃烧性能调节作用规律，筛选出了可将双基推进剂基础配方燃速压强指数从0.74降到良好“麦撒”效应的含能钝感催化剂品种，实现了压强指数小于0.25的实际弹药应用指标。通过对催化推进剂试样热分解机理和动力学、燃烧火焰形貌、燃烧波温度分布、燃烧熄火等测试，阐明了环保型含能钝感金属配合物催化剂的催化作用机理。基于一维气相反应动力学理论及燃烧性能试验结果，建立了典型含能钝感催化剂推进剂的催化燃速计算模型，计算值与实测结果吻合度较好。项目无论从理论角度还是实际应用而言，对于我国环境友好型推进剂的开发应用可提供理论指导和技术支撑。