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新型高能聚合物在太空高能推进剂中的应用

时间:2021-01-29 15:47:57       浏览:1244

目前,固体火箭推进剂的配方仍采用20世纪60年代以来使用的传统成分,如端羟基聚丁二烯(HTPB)。许多粘合剂可以提供比丁羟更高的比冲和燃烧速率。比冲稍有增加,发射系统的最大有效载荷就会大大增加。所以HTPB可被高能胶替代,作为重型空间任务的额外驱动力。

高能粘结剂也可以与无氯高能氧化剂结合使用,以提供更高的比冲,减少污染。在合成和机械性能方面,描述了高能聚合物的各种趋势和被忽略的性能。

叠氮聚合物:

在过去的几十年里,含能聚合物和增塑剂,如缩水甘油叠氮化物聚合物(GAP),很少使用。叠氮化钠和聚环氧氯丙烷在二甲基甲酰胺中反应合成GAP。以二醇或三醇(如丁二醇或甘油)为原料合成GAP,然后在有机溶剂中与环氧氯丙烷反应生成PECH。然后将PCA与叠氮化钠混合,在有机溶剂(如二甲基甲酰胺)中得到由GAP和氯化钠组成的聚合物。


尽管已经对基于GAP的共聚物进行了大量的研究,但是已经使用了其他策略来改善GAP的机械性能。GAP中的叠氮基与多官能炔烃反应生成1,2,3-三唑。琥珀酸二丙酯固化的聚氨酯弹性体比二异氰酸酯固化的聚氨酯弹性体具有更好的力学性能。

GAP已与其他高能粘合剂合成共聚物。一些众所周知的共聚物包括使用聚(双(叠氮甲基)氧杂环丁烷),也称为聚丙烯腈。BAMO- Gap  -BAMO嵌段可以通过一步叠氮BCMO-PECH-BCMO聚合物制备。

PAMO本身的叠氮化物含量比GAP高,但力学性能比BAMO好。将聚丁二烯接枝到聚丁二烯上可以改变聚丁二烯的缺点,或者聚丁二烯-聚丁二烯-聚丁二烯-聚丁二烯共聚物可以通过使用聚丁二烯作为由聚丁二烯合成聚丁二烯的起始二醇来制备,从而获得具有改进性能的聚合物。聚丁二烯的长链意味着在达到所需性能的分子上限之前,较少的叠氮聚合物可以接枝到聚合物上,这将阻碍能量含量并破坏高能量。

高能聚合物衍生物产品:

BAMO-GAP-BAMO   (3,3'-双叠氮甲基环氧丁烷)-叠氮缩水甘油醚-(3,3'-双叠氮甲基环氧丁烷) 嵌段

PEI-(PLF-b-PLL-b-PEG)      聚乙烯亚胺-PLF-聚赖氨酸-聚乙二醇

PPBDEMA-b-PEG4000-b-PPBDEMA     [丙烯酰三羟甲基丙烷苯硼酸酯]-嵌-聚乙二醇-嵌-聚[丙烯酰三羟甲基丙烷苯硼酸酯]
PLA-BDA-DTMPDOL   聚乳酸-生物素葡聚糖胺-DTMPDOL 
PLA-BDA-DTEAMPDOL  聚乳酸-生物素葡聚糖胺-DTEAMPDOL
sPDLLA-b-PEG    星形聚乳酸-聚乙二醇
SEBS-g-MAH接枝共聚物 马来酸酐接枝氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物BCMO-PECH-BCMO

PCL-PDEAM-PHEA   聚己内酯-聚甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯-聚丙烯酸羟基乙酯

PEG-b-PNIPAM-b-PCL   聚乙二醇-b-聚N-异丙基丙烯酰胺-b-聚己内酯
PLGA-PEG-PLGA      聚乳酸-羟基乙酸-聚乙二醇-聚乳酸-羟基乙酸
PEG-b-2-PDMAM-b-PAzo  聚乙二醇-b-聚甲基丙烯酸二甲胺乙酯-b-聚偶氮苯

硝基聚合物:

当接枝到聚合物的碳主链上时,硝基可以促进推进剂配方的整体氧平衡。氧平衡硝基聚合物的释放提供了一种降低氧化剂含量的手段,可以用其他高能添加剂代替。聚甘油是一种高能聚合物。然而,当聚GLYN用异氰酸酯固化时,由于其氨基甲酸酯键的活化能低,它会迅速降解并放气,这使得它几乎不可能在所有应用中使用。人们试图修饰poly-GLYN的末端部分。

 

GLYN的一锅法改性也是通过用氢氧化钾在溶剂中环氧化聚合物,然后用硫酸加入硝基来进行的。N-HTPB与高能增塑剂混溶,比HTPB具有更高的氧平衡和燃烧速率。实验表明,丁羟推进剂的热稳定性高达170,密度和燃速也很高。与使用丁基羟基作为其粘合剂相比,末端改性的聚-GLYN和聚-NIMMO的生产成本相当高。现在,通过一个新的合成步骤,丁羟可能成为放大生产和进一步测试的最佳硝基聚合物。


高能聚合物衍生物产品:

(PVP)2-b-PCL-b-PEG-PCL-(PVP)2   聚乙烯吡咯烷酮-聚乙内酯-聚乙二醇-聚乙内酯-聚乙烯吡咯烷酮
PHFMA-b-PCL-b-PEG-b-PCL-b-PHFMA      聚甲基丙烯酸六氟丁酯-聚己内酯-聚乙二醇-聚己内酯-聚甲基丙烯酸六氟丁酯
P(TMC-b-DTC-b-PEG-b- DTC-b-TMC)     聚1,3-三亚甲基环碳酸酯-聚2,2-二甲基-1-聚乙二醇-聚2,2-二甲基-1-聚1,3-三亚甲基环碳酸酯
NH2-PEO-PPO-PEO-NH2    氨基-聚氧乙烯-聚苯醚-聚氧乙烯-氨基
PBLG-PPO-PEO-PPO-PBLG      聚谷氨酸苄酯-聚苯醚-聚氧乙烯-聚苯醚-聚谷氨酸苄酯
PBL-PEO-PPO-PEO-PELG    聚丁二烯胶乳-聚氧乙烯-聚苯醚-聚氧乙烯-聚谷氨酸苄酯
PDEAEAM-b-F127-b-PDEAEMA     聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯-b-聚氧化乙烯-b-聚氧化丙烯-b-聚氧化乙烯-b-聚甲基丙烯酸二乙氨基乙酯
PVL-PCL-PEG-PCL-PVL   聚ε-戊内酯-聚乙内酯-聚乙二醇-聚乙内酯-聚ε-戊内酯
MPEG-b-PMOEEP   甲氧基聚乙二醇(MPEG)和聚(2-甲氧基乙基亚乙基磷酸酯)
GB-mPEG-PLA     银杏内酯-聚乙二醇单甲醚-聚丙交酯嵌段共聚物

其他高能粘合剂:

研究表明,LZY新型聚合物可作为含H2O2的室温固化固体推进剂的粘结剂。推进剂中含有98%的浓H2O2,丙烯酸钠吸收H2O2形成固体浆料,并加入稳定剂。

GAP、聚磷腈PZ-23和聚dat在性能上优于丁羟。Poly-DAT和PZ-23的性能超过了GAP。GAP仍然是研究最深入、最受欢迎的高能聚合物。其性能大大超过丁羟,新的固化方法显示出令人鼓舞的力学性能。与丁基化羟基相比,丁基化羟基-DNCB和丁基化羟基-丁基化羟基具有显著提高的拉伸强度和最大伸长率,值得进一步测试。许多新的高能粘合剂也具有比丁羟高得多的比冲

 

 

 

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