含石蜡微胶囊的丁羟聚氨酯的制备及其在PBX炸药中的应用研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:cbiba123
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端羟基聚丁二烯(HTPB)型粘结炸药(PBX炸药)因其综合性能优异而成为高爆钝感炸药的代表。对其钝感效果最好的是石蜡,但石蜡要求用量高,钝感效果才好,HTPB胶与石蜡两者间相容性差,蜡在体系中不能均匀分布,影响了炸药的力学与加工性能,限制了钝感效果的进一步提高。本文致力于合成及结构表征一系列新型的石蜡微胶囊,代替PBX炸药体系中的部分石蜡,微胶囊的囊壁与粘结剂间较强的相互作用代替石蜡与粘结剂间弱的相互作用,减少了裸露石蜡的用量而解决其易渗油的问题,且不影响石蜡的钝感作用,改善体系的力学性能,构建新型的PBX炸药体系。本文主要研究的内容如下:(1)通过悬浮聚合法,以交联型聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为壁材,熔点52℃的石蜡为芯材,采用聚乙烯吡咯烷酮为分散剂,制备了石蜡/聚苯乙烯微胶囊,并采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、示差扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、激光粒度仪等对制备的石蜡/聚苯乙烯微胶囊进行表征。研究结果表明,由于聚合过程中单体与聚合物之间、晶体与熔体之间的密度差,在微胶囊内部形成预留膨胀空间,使得微胶囊表面有明显的凹陷产生;微胶囊粒径分布均匀;囊壁单体与囊芯材料的比例对微胶囊的热稳定性影响较大,制备出芯材含量较高且粘连现象较少的最佳比例为:囊壁单体/囊芯质量比为1:1。(2)采用原位聚合法制备了以石蜡为囊芯,蜜胺树脂为囊壁的石蜡微胶囊相变材料。通过傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪、扫描电镜等设备对制备的石蜡微胶囊进行表征,确定其最佳配方为:三聚氰胺7g,甲醛13mL,乳化剂TA5g,乳化水150m L。最佳实验条件为搅拌速度1500r/min,石蜡微胶囊芯壁比为5.6:1。(3)利用聚醚二醇(PTMG)和二异氰酸酯(MDI、IPDI)为主要原料,通过调整软硬段的比例获得熔点高、弹性好、铺展性优良、润湿效果好、吸水率低等性能优良的聚氨酯弹性体,研究结果表明,以MDI为硬段合成出的聚氨酯力学性能要优于IPDI。聚氨酯的弹性随着硬段含量的增加呈现先升高后降低趋势,硬度表现出升高的趋势但是断裂伸长率表现出下降的趋势;其熔点随着硬段含量的增加而升高;硬段含量的增加,吸水率降低而接触角增大。综合性能比较优良的聚氨酯弹性体最佳配比:PTMG/MDI/(1,4-丁二醇(BDO)+三羟甲基丙烷(TMP))=2.2:1:1,R(体系中总的-NCO与-OH的比值)=1.1,且BDO/TMP=3:7,扩链系数为0.91;合成温度设定在80士5℃较为合适,反应时间一般控制在23h为宜,本实验选择的合成时间为2.5h,固化温度为85℃,固化时间为10h。(4)将两种不同囊壁的石蜡微胶囊不经任何处理直接添加到端羟基聚丁二烯(HTPB)型聚氨酯弹性体体系中,制备出聚氨酯弹性体复合材料,并对制备的含两种不同囊壁的石蜡相变微胶囊的聚氨酯弹性体的热力学稳定性和力学性能进行了测试和表征。其结果表明,加入石蜡相变微胶囊后聚氨酯弹性体本身很好的热力学稳定性并未降低,且含密胺树脂为囊壁的石蜡相变微胶囊的聚氨酯弹性体失重温度从250℃提升到了260℃;加入微胶囊后其拉伸强度及压缩强度都得到的大幅度的提高;拉伸强度从367KPa提升到797KPa,压缩强度从245.9N提升到344.7N。而囊壁为苯乙烯-二乙烯基苯共聚物的不同单体/石蜡微胶囊,当单体/石蜡比为1:1时,其力学性能最好。通过接触角法测定了石蜡、加入石蜡后的丁羟胶及加入石蜡为胶囊后的丁羟胶表面的接触角,计算出了表面张力γS;并以此为基础,估算丁羟胶聚氨酯基体与石蜡微胶囊相互作用的粘附功Wa以及与石蜡相互作用的界面张力γSL,从而对界面粘结情况进行预估。结果表明丁羟胶加入微胶囊后表面性能发生了明显的变化,使其极性更接近石蜡的极性,从而与石蜡更好的互溶;而其中加入单体/石蜡比为1:1时的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物为囊壁的微胶囊时,丁羟胶的界面性能比较好,其与石蜡的互溶性最好。(5)将两种不同囊壁的石蜡微胶囊加入到HTPB基的PBX炸药中,其渗油率降低了60%70%,很好的改善了石蜡在炸药中易析出的问题;炸药的力学性能也得到很好的改善,拉伸和压缩的弹性模量均提高了,由于微胶囊在炸药中分布均匀,形成较好的网络结构,解决了石蜡易迁移到表面析出的问题,通过冲击波感度的测试,得到在改善了炸药的渗油问题的同时,将石蜡微胶囊化后代替炸药中的石蜡不但未影响石蜡在炸药中钝感的作用,且钝感效果还有所提升。而通过对比分别以蜜胺树脂、聚苯乙烯为囊壁的石蜡微胶囊在炸药中的作用,发现以聚苯乙烯为囊壁的石蜡微胶囊对炸药的渗油性能、力学性能和钝感性能的影响均较好。
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