杨立波，周 瑞

（西安近代化学研究所，陕西西安710065）

引 言

低燃速推进剂主要用于各类燃气发生器，用于各类制导武器的控制系统，随着远程打击、精确制导发展的需求，要求燃气发生器工作时间长，燃气洁净，燃气温度低［1－2］。双基低燃速推进剂具有压强指数小、燃气洁净、性能稳定的特点，可用于各类燃气发生器。燃气发生器对推进剂的燃烧性能要求高［3－5］，因此燃烧性能调节技术显得十分关键。

降低双基推进剂燃速可以通过在配方中加入降速剂实现，最常用的降速剂有共聚甲醛（POM）、蔗糖八醋酸酯（SOA）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、RDX 和HMX 等。国内外在低燃速推进剂配方中多采用一种降速剂，主要采用燃烧催化剂来降低压强指数，对既能降低燃速又能降低压强指数的复合降速剂研究较少。本试验通过研究两种降速剂POM和SOA的配比对低燃速推进剂燃烧性能的影响，实现了在其他组分不变的情况下，采用两种降速剂就可以调节推进剂的燃速、压强指数及能量（燃温），并取得了较好的效果。

1 实 验

1．1 材料及仪器

恒压燃速测试仪，西安航天远征流体控制有限公司；DSC910s差示扫描量热仪，美国TA 公司；JSM－5800扫描电镜，日本电子公司；牛津LINK ISIS能谱仪联合分析系统。

硝化棉（NC）、硝化甘油（NG）、增塑剂（TA）、安定剂（C2）、凡士林（V）、催化剂（Ct）、共聚甲醛（POM）、蔗糖八醋酸酯（SOA）等均为市售。

1．2 推进剂样品的制备

推进剂由硝化棉、硝化甘油、增塑剂、安定剂、凡士林、催化剂和降速剂组成，配方见表1。其中降速剂为蔗糖八醋酸酯（SOA）和共聚甲醛（POM），总质量分数为9%。采用双基推进剂无溶剂压伸工艺，经过吸收、驱水、放熟、压延等工序，制成5mm×5mm×120mm 药条。

1．3 性能测试

将燃速药条用聚乙烯醇溶液浸渍包覆晾干后制得燃速试样，使用充氮气恒压燃速测试仪，按照GJB770B－2005方法706．1 燃速－靶线法测试推进剂燃速。

采用差示扫描量热仪测试推进剂配方恒压热分解性能，氮气介质，试验用量2．0mg，升温速率10℃／min。分别研究了3MPa和6MPa推进剂吸热峰变化。

采用接触导热法（铜柱法）获得熄火试样，燃烧熄火在氮气气氛中进行，分别在3MPa和6MPa进行熄火，用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪联合分析系统观测样品熄火表面的形貌，测试表面成分。

表1 推进剂配方Table 1 Formulation of propellant

2 结果与讨论

2．1 复合降速剂对推进剂燃烧性能的影响

在其他组分和含量不变的情况下，按照表1的配方调整降速剂的配比。20℃下，推进剂燃速的实测值和爆热理论计算值见表2，不同压强区间的压强指数见表3。

表2 推进剂燃速的实测值和爆热的计算值Table 2 Tested burning rates and calculated heat of detonation of propellants

表3 不同压强范围下推进剂的压强指数Table 3 The pressure exponents of propellant in different pressure ranges

从表2和表3可以看出，单独采用SOA作为降速剂时，推进剂在4MPa 的燃速大幅度提高，与11MPa燃速相当，同时降低了6～7MPa的燃速，4～6MPa下的压强指数大幅度降低。与SOA相比，采用POM作降速剂时，除了4MPa外，6～15MPa的燃速均有提高，只是在6～7MPa的压强范围内出现负压强指数，4～7MPa出现平台效应。可以看出，SOA降速剂具有明显的降低低压区压强指数的作用。

在降速剂总量不变的情况下，随着SOA含量的减少和POM含量的增加，4MPa燃速逐渐降低，4～6MPa的燃速逐渐提高，麦撒燃烧效应向6～7MPa移动，并逐渐转为平台燃烧效应，从而使平台效应的压强区域加宽。结果表明，降速剂SOA与POM存在一个最佳比，当POM与SOA的质量比为0．5～2时，推进剂的燃速最低，且燃速变化不大。

由表2还可以看出，随着SOA含量的降低，推进剂的爆热呈增加趋势，其原因是在对推进剂爆燃贡献方面，POM的β值（－20．01J／g）高于SOA的β值（－43．98J／g）。因此，采用SOA与POM两种对能量影响不同的降速剂，可以实现推进剂燃速、压强指数、平台范围和爆热的调节。

2．2 推进剂的热分解性能

采用DSC法研究了降速剂对推进剂热分解性能的影响，结果见图1。

图1 降速剂及推进剂样品的DSC曲线Fig．1 DSC curves of decelation agents and propellant samples

从图1（b）可以看出，POM的熔程在155～180℃，168．83℃的峰是POM的熔化峰，由于POM相对分子质量不均匀，在240～410℃形成了较宽的分解温度区间，378．74℃为POM吸热分解的主峰。SOA的熔点为85．04℃，285．34℃和314．62℃是SOA的分解吸热峰。从图1（b）还可以看出，SOA的熔点低，POM的熔程较高，POM对SOA的熔 化吸热峰影响不大，但SOA溶化后，使POM的熔点峰值下降到151．63℃。338．36℃是两者共同形成的分解吸热峰，对于POM来说，峰值前移，对于SOA来说，峰值后移。两者的配比改变了吸热峰值，影响推进剂的燃烧性能。

从图1（a）上看不到POM和SOA的熔化和分解吸热峰，主要原因如下：一是与硝化棉和硝化甘油相比，降速剂的含量少，二是硝化甘油的分解放热掩盖了POM和SOA的熔化和分解吸热峰［6］，硝化棉在常压下分解温度为192．6℃，在降速剂熔化和分解吸热的影响下，推进剂的分解峰值后移到200℃以上，降低了推进剂的燃速；从图1（a）还可以看出，R1中SOA含量较高，两个放热峰之间的距离近；R6配方中POM含量较高，两个放热峰之间的距离增加，两者的配比变化实际上是改变放热分解峰的位置，在此过程中，推进剂的燃速和压强指数发生了变化。

2．3 推进剂燃烧熄火表面分析

将R1、R3、R6样品燃烧后分别在3MPa 和6MPa下熄火，用SEM对样品进行观察，结果见图2。用能谱仪对推进剂样品燃烧熄火表面成分进行分析，元素组成见表4。

表4 推进剂熄火表面元素组成Table 4 Element of quenched surface of different propellants

由图2可以看出，燃烧熄火表面有很多空洞，在空洞外面形成网状和熔融状的结构，熔融状与降速剂熔化分解有关。Pb、Cu元素的质量分数分别为0．016%和0．005%。由表4可知，熄火表面元素中Pb、Cu元素的含量远高于其在推进剂中配方中的含量，说明燃烧表面是催化剂的密集区，并形成链状、短枝状，成为催化中心，对推进剂的燃烧起催化作用［7－8］。降速剂的熔化分解影响燃烧表面温度，在不同的压强下，形成的球体大小分布不同，熄火表面元素（特别是催化剂）含量也不同。因此，上述因 素都会影响推进剂的燃烧性能。

图2 推进剂燃烧熄火表面形貌（×500）Fig．2 Morphology of quenched surface of propellants

3 结 论

（1）改变POM和SOA两种降速剂的配比，可以降低双基低燃速推进剂的压强指数，调整推进剂的燃速。当POM与SOA质量比为0．5～2．0时，推进剂燃速最低，且变化不大。利用降速剂能量影响不同，可以通过配比调节推进剂的能量。

（2）两种降速剂的熔化和分解吸热作用，影响了推进剂中含能组分的起始分解温度，改变了推进剂的燃速和压强指数。

（3）燃烧熄火表面形成熔融状的圆颗粒和多孔的网状骨架，表明催化剂在燃烧熄火表面大量富集，降速剂品种和含量与催化剂的共同作用使推进剂的燃烧性能发生改变。

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