助推发动机推进剂与丁腈橡胶作用研究范文

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摘要：在某新型弹药中，双蔗醛（SZQu）推进剂与丁腈橡胶共存。为了探究SZQu推进剂与丁腈橡胶的相互作用，以及丁腈橡胶密封圈的安全寿命，对在75℃条件下分别老化了7d、20d、35d和50d的样品进行了检测。研究结果表明：在储存过程中丁腈橡胶对SZQu推进剂的安全性能影响不大，两者之间的外相容性较好；混合体系中丁腈橡胶的拉断伸长率在老化20d后变为95％，在75℃老化条件下，混合体系中丁腈橡胶密封圈的安全寿命达到20d。

关键词：丁腈橡胶，SZQu推进剂，差式扫描量热法，力学性能

在某型弹药助推发动机中，双蔗醛（SZQu）推进剂与作为密封圈和衬垫的丁腈橡胶共存。丁腈橡胶是由丁二烯和丙烯腈经聚合反应制得的无规共聚物［1－2］。丁腈橡胶具有很强的极性，SZQu推进剂的主要能量成分硝化棉和硝化甘油也具有极性官能团，并且液态硝化甘油存在挥发现象［3－5］。丁腈橡胶和SZQu推进剂共存，一方面，SZQu推进剂在储存过程中自催化产生氮氧化物（NxOy），如NxOy不能及时排出，也有可能对密封圈性能产生影响［6－9］；另一方面，丁腈橡胶可能会引起硝化甘油的迁移速率增加、分解速率加快，从而使得SZQu推进剂变得不稳定［10－11］，进而影响弹药的贮存和使用安全性。

1实验部分

1．1试剂与仪器SZQu推进剂，西安近代化学研究所；丁腈橡胶密封圈，山西北方兴安化学工业有限公司。电热油浴恒温箱（DU65型），上海康路仪器设备有限公司，温度精度±0．5℃；差示扫描量热仪（DSC，NetzschDSC8000型），德国耐驰仪器制造有限公司，温度精度为±0．01℃；傅里叶变化红外光谱仪（FT－IR，SpectrumⅡ型），PerkinElmer公司；推拉力计（HP－100型），乐清市艾德堡仪器有限公司，最大量程100N。

1．2样品的老化将直径为1mm的丁腈橡胶密封圈截成长度为50mm橡胶段，分为2组，一组丁腈橡胶密封圈单独（以下称单独体系）老化，另一组丁腈橡胶密封圈与SZQu推进剂（丁腈橡胶与SZQu推进剂的质量配合比为1∶1）共同老化（以下称共混体系）；SZQu推进剂一组作为参比，共同放置在50mL半封闭磨口玻璃瓶中，采用电热油浴恒温箱（DU65型，上海康路仪器设备有限公司）75℃条件下进行老化。在7、20、35、50d时间点进行取样。每组取丁腈橡胶3根，SZQu推进剂2g左右。按照GJB770B—2005中的预估火药安全储存寿命热加速老化法，采用电热油浴恒温箱（DU65型，上海康路仪器设备有限公司）75℃条件下对样品进行热加速老化。

1．3样品的测试按照GJB772A—97中的安定性和相容性差热分析和差示扫描量热法（DSC），分别对老化不同时间的样品进行DSC测试，采用等速升温，升温速率为5℃／min，N2通气速率为20．0mL／min，起始温度为80℃，终止温度为300℃。采用傅里叶变化红外光谱仪（FT－IR，SpectrumⅡ型，PerkinElmer公司）对样品进行测试，扫描速度为40次／s，分辨率为0．5cm－1，波数范围为350～8300cm－1。采用推拉力计（HP－100型，乐清市艾德堡仪器有限公司）对丁腈橡胶样品的力学性能进行测试，夹具对丁腈橡胶密封圈进行夹持，保证每次2个夹具之间距离为2．5cm，低速拉伸，最大量程100N。

2结果与讨论

2．1外相容性分析老化7d不同体系中SZQu推进剂的DSC曲线见图1。从图可以看出，混合体系中SZQu推进剂老化7d的分解峰温为192．7℃，单独体系中的SZQu推进剂老化7d的分解峰温是195．6℃，混合体系中SZQu推进剂分解峰温与单独体系中的分解峰温差为2．9℃，由于丁腈橡胶在老化过程中发生均裂反应，分解出带电子的自由基［12］，而SZQu推进剂中存在接受电子的空穴［13］，当两者接触时，会促进SZQu推进剂的分解从而使SZQu推进剂和丁腈橡胶的外相容性变差，从研究结果可以看出，丁腈橡胶对SZQu推进剂的影响较小，使得SZQu推进剂分解峰温下降很有限，在贮存过程中丁腈橡胶与SZQu推进剂外相容性较好。老化50d不同体系中SZQu推进剂的DSC曲线图见图2。从图可以看出，在老化50d条件下，混合体系中的SZQu推进剂的分解峰温为192．5℃，单独体系中的SZQu推进剂的分解峰温为195．6℃，分解峰温差为3．1℃。研究结果表明：在贮存过程中丁腈橡胶与SZQu推进剂的外相容性较好。

2．2不同体系中丁腈橡胶的FT－IR分析老化35d不同体系中丁腈橡胶的FT－IR谱图见图3。从图可以看出，老化35d，单独体系和混合体系中丁腈橡胶的谱线出现差异，混合体系中老化的丁腈橡胶的谱线在1456cm－1、1654cm－1和1736cm－1处吸收峰变强，分析认为：一方面丁腈橡胶老化35d，自身耐受性变差，在老化过程中会自身发生均裂和环化反应，导致丁腈橡胶基团发生变化；另一方面，在老化35d条件下，SZQu推进剂产生的酸性气体，在密封环境下就会积累，酸性气体也会促使CC键氧化，腈基在酸性介质中可以水解成胺或酸［14］，在酸的作用下CC键打开，形成饱和键，羧基或酯基增多，导致丁腈橡胶的吸收峰变强。

2．3老化时间对丁腈橡胶拉断伸长率的影响老化时间不同丁腈橡胶的拉断伸长率见表1。从表1可知，不同体系中丁腈橡胶的拉断伸长率随老化时间的增加而呈降低态势，混合体系因丁腈橡胶与SZQu推进剂共同老化，混合体系中的丁腈橡胶的伸长率下降更快，在老化20d条件下，混合体系中丁腈橡胶的拉断伸长率为95％，比老化7d条件下丁腈橡胶的伸长率144％下降34．03％；在老化35d条件下，混合体系中丁腈橡胶的伸长率为8％，即将达到极限。分析认为：丁腈橡胶的老化机理从化学角度解释属于一种氧化反应［15］，SZQu推进剂在老化过程中会由于自分解产生NxOy，丁腈橡胶在酸性条件下易发生化学降解，此时降解速率比自然情况下降解速率要快很多，所以力学性能急剧下降，因此在老化温度为75℃条件下，老化20d是混合体系中丁腈橡胶密封圈的安全贮存寿命。

3结论

研究了某新型弹药中，SZQu推进剂与丁腈橡胶共存以及相互的作用，确定了合适的安全贮存寿命。研究结果表明：（1）在储存过程中丁腈橡胶对SZQu推进剂的安全性能影响不大，两者之间的外相容性较好；（2）在75℃老化条件下，混合体系中丁腈橡胶密封圈的安全贮存寿命为20d。

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作者：刘萌阳 路桂娥 江劲勇 贾昊楠 王烁 单位：空军工程大学航空机务士官学校航空军械工程系