RDXPEG悬浮液的流变性能

RDX/PEG悬浮液的流变性能简述为获取RDX对固体火箭推进剂药浆流变性能的影响规律，采用稳态和动态流变学方法研究了RDX在硝酸酯增塑的聚乙二醇粘合剂体系中的流变特性、粘弹性及温度对悬浮液流变性能的影响。结果表明，随RDX含量的增加，颗粒间相互作用增强，从而导致悬浮液体系假塑性程度升高和损耗模量频率谱偏离线性程度增大。在RDX(1)悬浮液中RDX存在临界体积分数，且在硝酸醋增塑的聚乙二醇猫合剂体系中的表观粘度随温度的升高呈增加趋势，这与RDX的粒度和固—液界面相关。前言高能固体推进剂药浆是以含能私合剂体系为连续相，高氯酸铵、铝粉、RDX等固体填料为分散相的浓悬浮体系。固体填料对推进剂药浆的流变性能有十分重要的影响，国内外对其早有研究，但过去的研究工作多集中于高氯酸铵和铝粉粒度、含量、形状和级配等对推进剂药浆的流变性能的影响;而有关RDX对固体推进剂药浆流变特性的影响及规律的研究报道却甚少。研究表明，RDX的加入会导致药浆工艺性能变差实验原材料:连续相是混合硝酸醋增塑的聚乙二醇粘合剂体系，聚二乙醇，分散相RDX。样品制备:将按设计比例称好的固液组分分别倒入50℃恒温筒中搅拌，混合30min。流变性能测试:采用TA公司ARES流变仪的平行板测量系统，所用平板直径为50mm，板间隙为1.5mm，测试温度50℃。为了避免颗粒沉降的影响，测试应尽量在混合后lh内完成。结果与讨论流变特性稳态剪切是研究悬浮液体系在连续形变下粘度、剪切应力与剪切速率的关系。固体推进剂药浆表观粘度的大小可用来表征浇注过程的难易程度，屈服值与药浆流平性密切相关，而剪切速率指数n是流体的一种特性参数，具有药浆结构变化的特征。因此，考察RDX悬浮液的流变特性，采用表观粘度乳、屈服值几和剪切速率指数n来表征。将RDX(I)悬浮液在稳态剪切中的流动曲线采用Bingham模型和Ostwalld幂定律在剪切速率0.1~10每秒进行拟合，所得屈服值和n如表1所示。表1RDX体积分数对悬浮液流变性能的影响从表中可知，在未加填料时连续相的n值为0.97，小于1，属于假塑性流体。随着RDX填充量的增加，薪度和屈服值明显增大，剪切速率指数减小，悬浮液假塑性增加，偏离牛顿流体的程度增大。国内外研究者通过对不同悬浮液体系的研究，建立了一些关于相对粘度与体积分数的关系式。本研究考察RDX悬浮液的µ与φ关系时，发现两者满足下列关系:µ=Aexp(Bφ)图1相对粘度度从与RDX体积分数的关系曲线相对粘度与体积分数之间的关系曲线，结合图看出，当体积分数小于35%时悬浮液表观粘度和屈服值增加缓慢，而大于35%后粘度和屈服值急剧增加，表明35%为RDX悬浮液的临界体积分数。这是因为RDX悬浮液随固含量的增加，连续相体积和颗粒间距减小使颗粒间相互作用几率增大，易聚集形成某种附加结构，使悬浮液流动性下降；而增大剪切速率则可破坏这种结构，增强填充体系的流动性，降低粘度。尤其是当RDX的体积分数接近35%时，颗粒间的距离大大缩小，甚至直接接触，使悬浮液流动受到很大阻碍，形成突变点，所以表观粘度和屈服值急剧上升。粘弹性图2不同RDX体积分数时损耗模量的频率谱图图2是RDX(1)悬浮液在不同体积分数时的损耗模量频率谱图。从图中可见，损耗模量随着填料体积分数的增加而增大。随着RDX体积分数的增加，悬浮液的损耗模量偏离线性的程度增大，表明悬浮液由于RDX颗粒间距的减小，相互作用增强，填充体系形成了某种附加结构，也就是所谓的渗透通道。温度对流变性能的影响图3RDX(1)的体积分数为48%时悬浮液表观粘度与温度的关系曲线图4不同悬浮液体系的表观粘度与温度的关系曲线从图3可知，当RDX(1)悬浮液体积分数为48%时，随着温度的升高，表观粘度先降低后增加，再随温度的降低而增大;在降温过程中的粘度与温度曲线，要高于升温时的粘度曲线。从图4可看出：(1)当RDX体积分数相同时(44%)，RDX(2)/PEG悬浮液的表观粘度随着温度的升高而降低，而RDX(1)/PEG悬浮液的表观粘度随着温度的升高有增加的趋势，表明RDX在PEG粘合剂体系中表观粘度与温度的关系受填料粒度影响。（2）在相同RDX体积分数时，RDX(1)/HTPB体系的表观粘度随着温度的升高而降低，而RDX(1)/PEG悬浮液的表观粘度随着温度的升高有增加的趋势，表明RDX悬浮液的表观粘度与温度关系受粘合剂基体影响。从分子运动学的角度来说，温度是分子无规则热运动激烈程度的反映。温度升高，连续相分子的动能增加，分子间相互作用力减小，具有降低勃度增加流动性的作用。理论体系中颗粒簇的数量取决于两个因素:在动力学上与颗粒运动碰撞的频率有关；在热力学上，颗粒碰撞成簇的几率取决于颗粒间作用势垒的高低，而颗粒间作用势垒的大小与颗粒移动时固一液界面的电位有关。因此，分析认为在相同RDX体积分数条件下导致RDX(1)和RDX(2)悬浮液表观粘度随温度变化差异的原因也主要是这两个方面。一：RDX(2)的比表面积小于RDX(1)，RDX(1)和RDX(2)的比表面积分别为50759和12529，比表面积越小，颗粒对连续相的吸附越少，使得可以自由流动的连续相越多，颗粒碰撞形成颗粒簇的概率越小，因此，RDX(2)悬浮液的表观粘度随温度升高而降低。二：与固—液界面间的电位有关，RDX(1)在HTPB中随着温度的升高粘度降低，而在硝酸醋增塑的聚乙二醇粘合剂体系中却随温度升高呈增大趋势，这是由于RDX晶体微溶于硝酸酯增塑剂中，产生“软界面层”，固一液界面的电位低于RDX与丁羟界面的电位，在热力学上降低了颗粒间作用势垒，提高了颗粒碰撞形成颗粒簇的几率。结论(1)随着RDX含量的增加，颗粒间相互作用增形成缔合态BxO化合物，使B2O3和H3BO3:不能完全溶解而被驱除。(2)两种溶剂提纯硼粉滤液残留物的主要成分为H3BO3，同时，水提纯硼粉滤液残留物中存在少量的B203。(3)提纯能够改善硼粉与HTPB的流变性能，HTPB/B混合物的屈服值和表观粘度增长缓慢。因此，提纯作为硼粉的预处理具有一定的作用。