端羟基聚丁二烯与2,6-甲苯二异氰酸酯固化网络 弹性力学性质的分子模拟

采用最大熵模型, 构建了HTPB预聚物的最可几结构. 考察了HTPB (nC＝9)与TDI全混合以及半混合的两种固化建模方式. 分子动力学模拟得到的HTPB (nC＝9)-TDI固化网络的N—N径向分布函数显示半混模式比全混模式的结构更均匀. 采用分子动力学动态模拟与静态拉伸方法对HTPB (nC＝9)-TDI固化网络进行弹性力学性质的模拟计算. 比较了半混和全混模式对拉伸模量计算的影响, 表明半混模式得到的固化网络能得到合理的模拟结果. 初步表明最大熵模型在研究HTPB固化问题上静态或动态模拟结果都具有唯象可行性.     

HTPB固体推进剂增塑剂选取分子模拟研究

固体推进剂中增塑剂要求同粘合剂体系相容性良好,并提高体系的低温性能.本文采用分子动力学(MD)方法,首先计算了端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂及增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)、己二酸二辛酯(DOA)、壬酸异癸酯(TOA)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的溶度参数,以此从相容性角度选取推进剂增塑剂;计算数值基本吻合实验值,表明常用的增塑剂从相容性都能满足要求.其次模拟获取了HTPB及HTPB/增塑剂混合体系的比体积-温度关系得到了体系的玻璃化转变温度(Tg),揭示增塑剂对HTPB体系低温性能的影响.结果显示:(1)HTPB的Tg模拟值为202K,基本吻合实验值196K.(2)HTPB/DOS混合体系中,当增塑剂DOS的质量含量从12%、22%、29%到36%(摩尔含量分别为50%、66%、75%和90%)增加时,体系的Tg线性降低;TOA和DOP增塑的粘合剂体系(摩尔含量为75%)Tg也降低,而增塑剂DOA和DBP对体系的Tg影响不大.因此,基于相容性及提高粘合剂低温性能考虑,DOS、DOA和DOP作为HTPB的增塑剂优于TOA和DBP.     

理论研究丁羟粘合剂化学键解离及其对力学性能的影响

端羟基聚丁烯(HTPB)是推进剂中的常用的粘合剂,老化是其贮存和使用中的重要问题。通过量子化学计算HTPB 与甲基二异腈酸酯(TDI)形成的网络模型简化结构中化学键的均裂解离能(BDE),分析了键能与老化分解的关系。键能计算结果证明可靠且可用于比较分析。与CH₂ 基团相连的C-O 键的BDE值最小,推测该键最弱并且在热老化过程会发生断裂分解,降解产物主要是CO₂。HTPB 中的烯丙基伯羟基与TDI 形成的聚氨酯中α-C-H 属于最弱的X-H(X=C, N)键,推测其容易受到自由基的进攻发生氢转移反应。对容易断裂分解的C-O 键,提出了可能的老化机理。计算的C-O 键断裂活化能与其解离能近似相等,热老化过程中断键生成自由基并通过无势垒过程释放出CO₂。整个过程的热老化半衰期是温度的指数衰减函数,表明随着温度的提高HTPB-TDI 聚氨酯老化加速。热力学计算证明老化形成的氨基自由基和烷基自由基能够重新结合。采用分子动力学动态分析方法,分析了HTPB-TDI 聚氨酯网络老化前后的结构变化及其对弹性力性质的影响,发现释放CO₂ 的过程伴随着体系密度降低。对假定的CO₂ 扩散聚集以及CO₂ 从体系中扩散消失的模型进行了模拟,发现拉伸模量和剪切模量在这两种情形下会增加。