BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响

李文 任莹辉 赵凤起 张鲜波 马海霞 徐抗震 王伯周 仪建华 宋纪蓉 胡荣祖

引用本文: 李文, 任莹辉, 赵凤起, 张鲜波, 马海霞, 徐抗震, 王伯周, 仪建华, 宋纪蓉, 胡荣祖. BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响[J]. 物理化学学报, 2013, 29(10): 2087-2094. doi: 10.3866/PKU.WHXB201308301 shu
Citation:  LI Wen, REN Ying-Hui, ZHAO Feng-Qi, ZHANG Xian-Bo, MA Hai-Xia, XU Kang-Zhen, WANG Bo-Zhou, YI Jian-Hua, SONG Ji-Rong, HU Rong-Zu. Effects of Lead Complex-Based BTATz on Thermal Behaviors, Non-Isothermal Reaction Kinetics and Combustion Properties of DB/RDX-CMDB Propellants[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(10): 2087-2094. doi: 10.3866/PKU.WHXB201308301 shu

BTATz-Pb复合物对双基和RDX-改性双基推进剂的热行为、非等温动力学及燃烧性能的影响

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21101127, 21073141) (21101127, 21073141)

    中国总装预研基金(9140A28020111BQ3401) (9140A28020111BQ3401)

    中国总装预研基金(A3120110005)资助项目 (A3120110005)

摘要:

制备了含3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)铅复合物(LCBTATZ)的双基推进剂和改性双基推进剂. 采用热重-微商热重法(TG-DTG)及差示扫描量热法(DSC)研究了其热分解行为和非等温分解动力学并在此基础上评价了其热安全性. 结果表明, LCBTATz-DB复合物中在350-540 K之间只存在一个放热分解峰, LCBTATz-CMDB复合物中存在两个连续的放热分解峰在390-540 K温度范围内, 其机理方程分别为: f(α)=α-1/2和f(α)=2(1-α)3/2. 计算了热加速分解温度(TSADT)、热爆炸临界温度(Tb)、热点火温度(TTIT)和绝热至爆时间(tTlad),其值分别为: DB001复合物TSADT=444.50 K, TTITT=453.96 K, Tb=471.84 K; tTlad=39.36 s; CMDB100复合物, TSADT=442.38 K, TTITT=452.89 K,Tb=464.13 K,tTlad=21.3 s,并以此来评价化合物的热安全性. 考察了LCBTATz-DB以及LCBTATz-CMDB的燃烧性能, 结果表明LCBTATZ 是一种高效的双基燃烧催化剂, 在较大的压力范围内可以显著的提高燃速并且大幅度的降低压力指数. 对于双基推进剂在2-8 MPa压力范围内出现了明显的超燃速现象, 8-12 MPa出现了“麦撒”效应, 对于改性双基推进剂的压力指数降到0.18.

English

    1. [1]

      (1) Chavez, D.; Hiskey, M.; Darrenl, D. N. Propellants, Explosives Pyrotechnics 2004, 29, 209.

      (1) Chavez, D.; Hiskey, M.; Darrenl, D. N. Propellants, Explosives Pyrotechnics 2004, 29, 209.

    2. [2]

      (2) Hickey, M. A.; Chavez, D. E.; Naud, D. Preparation of 3,3'-Azobis(6-amino-1,2,4,5-tetrazine). US Patent, 6342589, 2002.(2) Hickey, M. A.; Chavez, D. E.; Naud, D. Preparation of 3,3'-Azobis(6-amino-1,2,4,5-tetrazine). US Patent, 6342589, 2002.

    3. [3]

      (3) Hickey, M. A.; Chavez, D. E.; Naud, D. 3,6-bis(1H-1,2,3,4-tetrazol-5-ylamino)-1,2,4,5-tetrazine or Salt Thereof. US Patent,6657059, 2003.(3) Hickey, M. A.; Chavez, D. E.; Naud, D. 3,6-bis(1H-1,2,3,4-tetrazol-5-ylamino)-1,2,4,5-tetrazine or Salt Thereof. US Patent,6657059, 2003.

    4. [4]

      (4) Yue, S. T.; Yang, S. Q. Chin. J. Energy Mater. 2004, 12, 155.[岳守体, 阳世清.含能材料, 2004, 12, 155.](4) Yue, S. T.; Yang, S. Q. Chin. J. Energy Mater. 2004, 12, 155.[岳守体, 阳世清.含能材料, 2004, 12, 155.]

    5. [5]

      (5) Wang, B. Z.; Lai, W. P.; Liu, Q.; Lian, P.; Xue, Y. Q. Chin. J. Org. Chem. 2008, 28, 422. [王伯周,来蔚鹏,刘愆,廉鹏,薛永强. 有机化学, 2008, 28, 422.](5) Wang, B. Z.; Lai, W. P.; Liu, Q.; Lian, P.; Xue, Y. Q. Chin. J. Org. Chem. 2008, 28, 422. [王伯周,来蔚鹏,刘愆,廉鹏,薛永强. 有机化学, 2008, 28, 422.]

    6. [6]

      (6) Saikia, A.; Sivabalan, R.; Polke, B. G.; re, G. M.; Singh, A.;Rao, A. S.; Sikder, A. K. J. Hazard. Mater. 2009, 170, 306. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.04.095(6) Saikia, A.; Sivabalan, R.; Polke, B. G.; re, G. M.; Singh, A.;Rao, A. S.; Sikder, A. K. J. Hazard. Mater. 2009, 170, 306. doi: 10.1016/j.jhazmat.2009.04.095

    7. [7]

      (7) Zhang, X. G.; Zhu, H.; Yang, S. Q.; Zhang, W.; Zhao, F. Q.; Liu,Z. R.; Pan, Q. Chin. J. Prop. Technol. 2007, 8, 322. [张兴高,朱慧,阳世清,张炜, 赵凤起,刘子如, 潘清.推进技术, 2007, 8, 322.](7) Zhang, X. G.; Zhu, H.; Yang, S. Q.; Zhang, W.; Zhao, F. Q.; Liu,Z. R.; Pan, Q. Chin. J. Prop. Technol. 2007, 8, 322. [张兴高,朱慧,阳世清,张炜, 赵凤起,刘子如, 潘清.推进技术, 2007, 8, 322.]

    8. [8]

      (8) Son, S. F.; Berghout, H. L.; Bolme, C. A.; Chavez, D. E.; Naud,D.; Hiskey, M. A. Proceedings of the Combustion Institute2000, 28, 919. doi: 10.1016/S0082-0784(00)80298-2(8) Son, S. F.; Berghout, H. L.; Bolme, C. A.; Chavez, D. E.; Naud,D.; Hiskey, M. A. Proceedings of the Combustion Institute2000, 28, 919. doi: 10.1016/S0082-0784(00)80298-2

    9. [9]

      (9) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Wang, B. Z.; Liu, Q.; Zhou, C.; Hu, R. Z.;Ren, Y. H.; Xu, S. Y.; Xu, K. Z.; Ren, X. N. J. Hazard. Mater. 2010, 181, 432. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.05.029(9) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Wang, B. Z.; Liu, Q.; Zhou, C.; Hu, R. Z.;Ren, Y. H.; Xu, S. Y.; Xu, K. Z.; Ren, X. N. J. Hazard. Mater. 2010, 181, 432. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.05.029

    10. [10]

      (10) Hickey, M. A.; Chavez, D. E.; Naud, D. Low-SmokePyrotechnic Compositions. US Patent, 6312537, 2001.(10) Hickey, M. A.; Chavez, D. E.; Naud, D. Low-SmokePyrotechnic Compositions. US Patent, 6312537, 2001.

    11. [11]

      (11) Li, S. W.; Zhao, F. Q.; Yuan, C.; Luo, Y.; Gao, Y. Chin. J. Solid Rocket Tech. 2002, 25, 36. [李上文, 赵凤起,袁潮,罗阳,高茵.固体火箭技术, 2002, 25, 36.](11) Li, S. W.; Zhao, F. Q.; Yuan, C.; Luo, Y.; Gao, Y. Chin. J. Solid Rocket Tech. 2002, 25, 36. [李上文, 赵凤起,袁潮,罗阳,高茵.固体火箭技术, 2002, 25, 36.]

    12. [12]

      (12) Fan, X. Z.; Li, J. Z.; Zhang, L. Y.; Wang, B. Z.; Liu, X. G. Chin. J. Energ. Mater. 2007, 15, 316. [樊学忠, 李吉祯,张腊莹,王伯周, 刘小刚. 含能材料, 2007, 15, 316.](12) Fan, X. Z.; Li, J. Z.; Zhang, L. Y.; Wang, B. Z.; Liu, X. G. Chin. J. Energ. Mater. 2007, 15, 316. [樊学忠, 李吉祯,张腊莹,王伯周, 刘小刚. 含能材料, 2007, 15, 316.]

    13. [13]

      (13) Zhao, F. Q.; Chen, P.; Li, S. W.; Wang, B. C.; Du, H.; Deng, M.Z. Acta Armamentarii. 2004, 25, 30. [赵凤起,陈沛,李上文,王百成,杜恒,邓敏智. 兵工学报, 2004, 25, 30.](13) Zhao, F. Q.; Chen, P.; Li, S. W.; Wang, B. C.; Du, H.; Deng, M.Z. Acta Armamentarii. 2004, 25, 30. [赵凤起,陈沛,李上文,王百成,杜恒,邓敏智. 兵工学报, 2004, 25, 30.]

    14. [14]

      (14) Deng, M. Z.; Du, H.; Zhao, F. Q.; Luo, Y.; Yuan, C. J. Solid Rocket. Technol. 2003, 26, 53. [邓敏智,杜恒,赵凤起, 罗阳,袁潮.固体火箭技术, 2003, 26, 53.](14) Deng, M. Z.; Du, H.; Zhao, F. Q.; Luo, Y.; Yuan, C. J. Solid Rocket. Technol. 2003, 26, 53. [邓敏智,杜恒,赵凤起, 罗阳,袁潮.固体火箭技术, 2003, 26, 53.]

    15. [15]

      (15) Singh, G.; Felix, P. J. Hazard. Mater. 2002, A90, 1.(15) Singh, G.; Felix, P. J. Hazard. Mater. 2002, A90, 1.

    16. [16]

      (16) Denisyuk, A. P.; Demidova, L. A. Combustion, Explosion, and Shock Waves 2004, 40, 311. doi: 10.1023/B:CESW.0000028944.73795.0e(16) Denisyuk, A. P.; Demidova, L. A. Combustion, Explosion, and Shock Waves 2004, 40, 311. doi: 10.1023/B:CESW.0000028944.73795.0e

    17. [17]

      (17) Zhu, C. G.;Wang, F. W.; Chu, D. B. Chin. J. Inorg. Chem.2007, 23, 335. [朱传高, 王凤武, 褚道葆. 无机化学学报,2007, 23, 335.](17) Zhu, C. G.;Wang, F. W.; Chu, D. B. Chin. J. Inorg. Chem.2007, 23, 335. [朱传高, 王凤武, 褚道葆. 无机化学学报,2007, 23, 335.]

    18. [18]

      (18) Dong, X. F.; Li, Y.; Xiong, X. F.; Cao, R. L. Chin. J. Expl. Prop. 2011, 34, 69. [董秀芳,李煜, 熊贤峰, 曹瑞林.火炸药学报, 2011, 34, 69.](18) Dong, X. F.; Li, Y.; Xiong, X. F.; Cao, R. L. Chin. J. Expl. Prop. 2011, 34, 69. [董秀芳,李煜, 熊贤峰, 曹瑞林.火炸药学报, 2011, 34, 69.]

    19. [19]

      (19) Zhao, F. Q.; Gao, H. X.; Luo, Y.; Hu, R. Z.; Pei, C.; Gao, S. L.;Yang, X. W.; Shi, Q. Z. J. Therm. Anal. Cal. 2006, 85, 791.doi: 10.1007/s10973-005-7455-4(19) Zhao, F. Q.; Gao, H. X.; Luo, Y.; Hu, R. Z.; Pei, C.; Gao, S. L.;Yang, X. W.; Shi, Q. Z. J. Therm. Anal. Cal. 2006, 85, 791.doi: 10.1007/s10973-005-7455-4

    20. [20]

      (20) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S. Y.; Gao, H. X.; Hu, R. Z. Chem. Res. Chin. Univ. 2008, 24, 1. doi: 10.1016/S1005-9040(08)60001-X(20) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S. Y.; Gao, H. X.; Hu, R. Z. Chem. Res. Chin. Univ. 2008, 24, 1. doi: 10.1016/S1005-9040(08)60001-X

    21. [21]

      (21) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S. Y.; Hang, L. Y.; Gao, H. X.; Hu, R.Z. J. Hazard. Mater. 2009, 165, 853. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.10.107(21) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S. Y.; Hang, L. Y.; Gao, H. X.; Hu, R.Z. J. Hazard. Mater. 2009, 165, 853. doi: 10.1016/j.jhazmat.2008.10.107

    22. [22]

      (22) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S. Y.; Gao, H. X.; Hu, R. Z.; Hao, H.X.; Pei, Q.; Gao, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23, 1316. [仪建华, 赵凤起, 徐司雨, 高红旭,胡荣祖, 郝海霞,裴庆,高茵.物理化学学报, 2007, 23, 1316.] doi: 10.1016/S1872-1508(07)60065-5(22) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S. Y.; Gao, H. X.; Hu, R. Z.; Hao, H.X.; Pei, Q.; Gao, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2007, 23, 1316. [仪建华, 赵凤起, 徐司雨, 高红旭,胡荣祖, 郝海霞,裴庆,高茵.物理化学学报, 2007, 23, 1316.] doi: 10.1016/S1872-1508(07)60065-5

    23. [23]

      (23) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S.Y.; Zhang, L.Y.; Ren, X. N.; Gao,H. X.; Hu, R. Z. J. Therm. Anal. Cal. 2009, 95, 381.doi: 10.1007/s10973-008-9241-6(23) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Xu, S.Y.; Zhang, L.Y.; Ren, X. N.; Gao,H. X.; Hu, R. Z. J. Therm. Anal. Cal. 2009, 95, 381.doi: 10.1007/s10973-008-9241-6

    24. [24]

      (24) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Ren, Y. H.; Wang, B. Z.; Zhou, C.; Ren,X. N.; Xu, S. Y.; Hao, H. X.; Hu, R. Z. J. Therm. Anal. Cal.2011, 104, 1029. doi: 10.1007/s10973-010-1258-y(24) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Ren, Y. H.; Wang, B. Z.; Zhou, C.; Ren,X. N.; Xu, S. Y.; Hao, H. X.; Hu, R. Z. J. Therm. Anal. Cal.2011, 104, 1029. doi: 10.1007/s10973-010-1258-y

    25. [25]

      (25) Hu, R. Z.; Gao, S. L.; Zhao, F. Q.; Shi, Q. Z.; Zhang, T. L.;Zhang, J. J. Thermal Analysis Kinetics, 2nd ed.; Science Press:Beijing, 2008; pp 322-334. [胡荣祖, 高胜利,赵凤起, 史启桢, 张同来, 张建军.热分析动力学. 北京: 科学出版社, 2008:322-334.](25) Hu, R. Z.; Gao, S. L.; Zhao, F. Q.; Shi, Q. Z.; Zhang, T. L.;Zhang, J. J. Thermal Analysis Kinetics, 2nd ed.; Science Press:Beijing, 2008; pp 322-334. [胡荣祖, 高胜利,赵凤起, 史启桢, 张同来, 张建军.热分析动力学. 北京: 科学出版社, 2008:322-334.]

    26. [26]

      (26) Zhao, F. Q.; Hu, R. Z.; Gao, H. X.; Ma, H. X. Thermochemical Properties, Nonisothermal Decomposition Reaction Kinetics and Quantum Chemical Investigation of 2,6-Diamino-3,5- dinitropyrazine-1-oxide (LLM-105), New Developments in Hazardous Materials Research; Nova Science Publishers Inc.:NewYork, 2006; Chapter 4.(26) Zhao, F. Q.; Hu, R. Z.; Gao, H. X.; Ma, H. X. Thermochemical Properties, Nonisothermal Decomposition Reaction Kinetics and Quantum Chemical Investigation of 2,6-Diamino-3,5- dinitropyrazine-1-oxide (LLM-105), New Developments in Hazardous Materials Research; Nova Science Publishers Inc.:NewYork, 2006; Chapter 4.

    27. [27]

      (27) Ma, H. X.; Song, J. R.; Zhao, F. Q.; Hu, R. Z.; Xiao, H. M.J. Phys. Chem. A 2007, 111, 8642. doi: 10.1021/jp073092o(27) Ma, H. X.; Song, J. R.; Zhao, F. Q.; Hu, R. Z.; Xiao, H. M.J. Phys. Chem. A 2007, 111, 8642. doi: 10.1021/jp073092o

    28. [28]

      (28) Zhang, T. L.; Hu, R. Z.; Xie, Y.; Li, F. P. Thermochim. Acta1994, 244, 171. doi: 10.1016/0040-6031(94)80216-5(28) Zhang, T. L.; Hu, R. Z.; Xie, Y.; Li, F. P. Thermochim. Acta1994, 244, 171. doi: 10.1016/0040-6031(94)80216-5

    29. [29]

      (29) Smith, L. C. Thermochim. Acta 1975, 13, 1. doi: 10.1016/0040-6031(75)80060-8(29) Smith, L. C. Thermochim. Acta 1975, 13, 1. doi: 10.1016/0040-6031(75)80060-8

    30. [30]

      (30) Hu, R. Z.; Zhang, H.; Xia, Z. M.; Guo, P. J.; Gao, S. L.; Shi, Q.Z.; Lu, G. E.; Jiang, J. Y. Chin. J. Energ. Mater. 2003, 11, 130.[胡荣祖,张海,夏志明,郭鹏江,高胜利, 史启祯,路桂娥, 江劲勇.含能材料, 2003, 11, 130.](30) Hu, R. Z.; Zhang, H.; Xia, Z. M.; Guo, P. J.; Gao, S. L.; Shi, Q.Z.; Lu, G. E.; Jiang, J. Y. Chin. J. Energ. Mater. 2003, 11, 130.[胡荣祖,张海,夏志明,郭鹏江,高胜利, 史启祯,路桂娥, 江劲勇.含能材料, 2003, 11, 130.]

    31. [31]

      (31) Chen, P.; Zhao, F. Q.; Luo, Y.; Hu, R. Z.; Gao, S. L.; Zheng, Y.M.; Deng, M. Z.; Gao, Y. Chinese Journal of Chemistry2004, 22, 1056.(31) Chen, P.; Zhao, F. Q.; Luo, Y.; Hu, R. Z.; Gao, S. L.; Zheng, Y.M.; Deng, M. Z.; Gao, Y. Chinese Journal of Chemistry2004, 22, 1056.

    32. [32]

      (32) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Hong, W. L.; Xu, S. Y.; Hu, R. Z.; Chen,Z. Q.; Zhang, L. Y. J. Hazard. Mater. 2009, 11, 021.(32) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Hong, W. L.; Xu, S. Y.; Hu, R. Z.; Chen,Z. Q.; Zhang, L. Y. J. Hazard. Mater. 2009, 11, 021.

    33. [33]

      (33) Li, Z. L.; Ma, Z. L.; Xiao, Z. L.; Zhang, X. Z. Chin. J. Energ. Mater. 2006, 14, 95. [李志良,马忠亮, 肖忠良,张续柱.含能材料, 2006, 14, 95.](33) Li, Z. L.; Ma, Z. L.; Xiao, Z. L.; Zhang, X. Z. Chin. J. Energ. Mater. 2006, 14, 95. [李志良,马忠亮, 肖忠良,张续柱.含能材料, 2006, 14, 95.]

    34. [34]

      (34) Wang, H.; Zhao, F. Q.; Gao, H. X.; Li, S. W.; Hao, H. X. Chin. J. Energ. Mater. 2006, 14, 45. [王晗,赵凤起, 高红旭,李上文,郝海霞.含能材料, 2006, 14, 45.](34) Wang, H.; Zhao, F. Q.; Gao, H. X.; Li, S. W.; Hao, H. X. Chin. J. Energ. Mater. 2006, 14, 45. [王晗,赵凤起, 高红旭,李上文,郝海霞.含能材料, 2006, 14, 45.]

    35. [35]

      (35) Hong, W. L.; Liu, J. H.; Zhao, F. Q.; Li, Y. M.; Luo, Z. K. Acta Chim. Sin. 2005, 63, 249. [洪伟良, 刘剑洪,赵凤起, 李玉梅,罗仲宽. 化学学报, 2005, 63, 249.](35) Hong, W. L.; Liu, J. H.; Zhao, F. Q.; Li, Y. M.; Luo, Z. K. Acta Chim. Sin. 2005, 63, 249. [洪伟良, 刘剑洪,赵凤起, 李玉梅,罗仲宽. 化学学报, 2005, 63, 249.]

    36. [36]

      (36) Hong, L.W.; Li, L. L.; Zhao, F. Q.; Tian, D. Y.; Liu, J. H.;Zhang, P. X. J. Solid Rocket. Technol. 2007, 30, 135. [洪良伟,李琳琳, 赵凤起,田德余, 刘剑洪,张陪新. 固体火箭, 2007, 30,135.](36) Hong, L.W.; Li, L. L.; Zhao, F. Q.; Tian, D. Y.; Liu, J. H.;Zhang, P. X. J. Solid Rocket. Technol. 2007, 30, 135. [洪良伟,李琳琳, 赵凤起,田德余, 刘剑洪,张陪新. 固体火箭, 2007, 30,135.]

    37. [37]

      (37) Hong, L. W.; Zhao, F. Q.; Liu, J. H.; Tian, D. Y.; Luo, Z. K.;Chen, P.; Luo, Y. Chin. J. Inorg. Chem. 2004, 20, 996. [洪良伟, 赵凤起,刘剑洪, 田德余,罗仲宽,陈沛,罗阳.无机化学学报, 2004, 20, 996.](37) Hong, L. W.; Zhao, F. Q.; Liu, J. H.; Tian, D. Y.; Luo, Z. K.;Chen, P.; Luo, Y. Chin. J. Inorg. Chem. 2004, 20, 996. [洪良伟, 赵凤起,刘剑洪, 田德余,罗仲宽,陈沛,罗阳.无机化学学报, 2004, 20, 996.]

    38. [38]

      (38) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Gao, H. X.; Xu, S. Y.; Wang, M. C.; Hu,R. Z. J. Hazard. Mater. 2008, 153, 261. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.08.064

      (38) Yi, J. H.; Zhao, F. Q.; Gao, H. X.; Xu, S. Y.; Wang, M. C.; Hu,R. Z. J. Hazard. Mater. 2008, 153, 261. doi: 10.1016/j.jhazmat.2007.08.064

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  548
  • 文章访问数:  1490
  • HTML全文浏览量:  22
文章相关
  • 发布日期:  2013-09-26
  • 收稿日期:  2013-06-14
  • 网络出版日期:  2013-08-30
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章