李 磊，陳 紅，賴 羽，黃丹椿，汪慧思，杜 芳，顧 健，陶博文

(1.航天化學(xué)動(dòng)力技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，襄陽(yáng) 441003；2.上海機(jī)電工程研究所，上海 201209)

0 引言

下一代高性能武器裝備推進(jìn)劑研制均提出高能量、低特征信號(hào)、低危險(xiǎn)性和低污染等要求。二硝酰胺銨(ADN)分子結(jié)構(gòu)中既有氧化劑成分又有燃料成分，含氧量高，生成熱為-148.4～-149.6 kJ/mol，既可以作為炸藥，又可以作為固體推進(jìn)劑的氧化劑[1-3]。與目前推進(jìn)劑廣泛使用的氧化劑高氯酸銨(AP，生成熱為-295.5 kJ/mol)不同，因其分子結(jié)構(gòu)中不含氯，燃燒產(chǎn)物無(wú)“煙”，導(dǎo)彈的發(fā)射具有較低的信號(hào)特征，并且環(huán)境污染小。據(jù)美國(guó)人統(tǒng)計(jì)，低特征信號(hào)推進(jìn)劑比少煙和有煙推進(jìn)劑比沖普遍低6～14 s，若用ADN替代AP，則有望大幅提高低特征信號(hào)推進(jìn)劑比沖[4]。因此，ADN新型氧化劑已成為未來(lái)戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈急需的最有發(fā)展前景的新一代固體推進(jìn)劑高能組分[5]。

目前，ADN在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用主要有兩方面的限制：(1)由于ADN本身具有很強(qiáng)的極性，其固體表面與空氣中的水分子之間存在著較強(qiáng)的靜電作用，因而易吸附水分子；(2)ADN分子中陽(yáng)離子NH4+容易與空氣中的水分子水解使表面羥基化，且陰離子N(NO2)2-也能同空氣中的水分子發(fā)生作用，把水分子中的質(zhì)子拉向自身，而使H—O鍵減弱甚至斷裂，具有極強(qiáng)的吸濕性[6-7]。因此，為了降低ADN的吸濕性，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的應(yīng)用研究，主要包括兩方面的努力：一是采用球形化技術(shù)，改變ADN的形貌；二是對(duì)ADN進(jìn)行表面處理。從兩個(gè)方面降低其表面能，提高疏水性，阻隔與水的接觸，達(dá)到改善其吸濕性的效果。

在球形化技術(shù)方面，國(guó)外以美、俄、德等國(guó)為代表，其基本上解決了球形化ADN的生產(chǎn)工藝問(wèn)題，并獲得了專利保護(hù)。美國(guó)聚硫公司基于硝酸銨的造粒工藝開(kāi)發(fā)的ADN造粒工藝，實(shí)現(xiàn)了工藝條件和助劑選擇的最優(yōu)化[8]；美國(guó)聯(lián)合公司報(bào)道了一種ADN在熔融狀態(tài)下，通過(guò)毛細(xì)管造粒的技術(shù)工藝[9]；美國(guó)航空戰(zhàn)爭(zhēng)中心NAWC化學(xué)分部采用高溫礦物油乳化-低溫結(jié)晶的方式制備了球形化ADN[10]；聚硫公司采用噴霧彌散輔以氣相二氧化硅法，制備了防吸濕的球形ADN[11]。德國(guó)ICT一直致力于流化床改進(jìn)包覆造粒技術(shù)，采用不同的包覆材料，制備了包覆的球形化ADN[12-15]。上述方法盡管均實(shí)現(xiàn)了ADN的球形化，但均是將ADN融化，然后再造粒，工藝溫度一般在90 ℃以上，存在嚴(yán)重的安全隱患。而Rahman A等[16]則在甲苯中通過(guò)超聲輔助將針狀A(yù)DN轉(zhuǎn)化為類球形ADN，降低了傳統(tǒng)熔融球形化的工藝溫度，但ADN球形度有待進(jìn)一步提高。國(guó)內(nèi)，馬躍等[17]采用液相凝聚法制備了粒度分布較為均勻的球形ADN，其吸濕性和感度都得到明顯的改善；王伯周等[18]同樣采用液相球形造粒技術(shù)制備了表面光滑的球形ADN；黃洪勇等[19]比較了液相法和沉降塔法制備球形ADN的粒徑分布的差異。任曉婷等[20]采用溶劑非溶劑重結(jié)晶法，添加晶型控制劑和超聲輔助沉積制備了短棒狀的ADN，發(fā)現(xiàn)超聲可顯著改善ADN的晶體形貌，但處理后ADN的吸濕性僅略有改善。

在ADN的包覆技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)外也進(jìn)行了大量的研究。如德國(guó)Thomas等[21-22]采用乙基纖維素通過(guò)微膠囊化技術(shù)在環(huán)己烷溶劑中包覆得到了包覆層較為完整的球形ADN包覆顆粒；同一團(tuán)隊(duì)的Ulrich等[23]采用乙酸丁酯纖維素對(duì)ADN進(jìn)行微膠囊化，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性；俄羅斯[24-26]采用包覆的方法使ADN的吸濕性降低為包覆前的2%，但未提及采用的包覆劑及具體包覆方法。Rahman A等[16]則試圖通過(guò)石墨烯物理吸附和HTPB化學(xué)交聯(lián)包覆ADN，包覆后吸濕性降低，但僅測(cè)試了240 min內(nèi)的吸濕性，達(dá)吸濕率10%，依然無(wú)法滿足推進(jìn)劑裝藥要求。國(guó)內(nèi)，何金選等[27]在ADN防吸濕方面先后采用表面活性劑、聚合物以及表面化學(xué)反應(yīng)等包覆技術(shù)研究，其中采用高氮化合物-有機(jī)胺表面化學(xué)反應(yīng)包覆降低了ADN的吸濕性。胥會(huì)祥等[28]采用聚氨酯黏合劑對(duì)球形ADN進(jìn)行包覆來(lái)降低ADN的吸濕性。李燕月等[29]認(rèn)為添加胺鹽、陽(yáng)離子表面活性劑可以有效地防止和控制吸濕?？琢钊鸬萚7]采用高分子聚合物PVB、PEG和HTPB，偶聯(lián)劑NDZ-311和KH550，表面活性劑液體石蠟、六次甲基四胺、十八烷基胺和CTAB等對(duì)ADN表面化學(xué)包覆改性處理，處理后ADN的吸濕性均有明顯的改善。萬(wàn)代紅等[30]研究了包覆劑十八烷基胺、石蠟、有機(jī)硅氧烷、聚乙烯醇縮丁醛、MDI等對(duì)ADN吸濕性的影響，結(jié)果表明十八烷胺和石蠟兩種包覆材料具有一定的效果，可將ADN的吸濕性降低15%～25%；有機(jī)硅氧烷、聚乙烯醇縮丁醛、MDI三種包覆材料對(duì)ADN的吸濕性不僅沒(méi)有起到改善的作用，反而加劇了其吸濕性。楊帆等[8]利用AP和碳納米管與ADN進(jìn)行復(fù)合，降低了ADN的吸濕性。ADN/AP復(fù)合粒子的吸濕性與原ADN相比有明顯降低，尤其是乙醇/二氯甲烷體系制備的ADN/AP復(fù)合粒子的吸濕性比原ADN降低了將近10倍。盧先明等[31]以GAP/丁二酸二丙炔醇酯(BPS)交聯(lián)體為包覆材料，通過(guò)1,3-偶極加成環(huán)化反應(yīng)對(duì)球形ADN顆粒進(jìn)行了交聯(lián)固化包覆，包覆后ADN的飽和吸濕率僅為0.78%。

總之，國(guó)內(nèi)外在ADN的防吸濕方面均進(jìn)行了大量的研究，取得了一些進(jìn)展，如前蘇聯(lián)可能解決了ADN的吸濕性問(wèn)題，但技術(shù)尚屬于機(jī)密；歐美等國(guó)家傳統(tǒng)熔融球形化技術(shù)存在嚴(yán)重缺陷，ADN的熔化溫度(94 ℃)較高，生成的球形晶粒為多晶體，存在較多易被水分子滲透的晶界面，且無(wú)法在球形化過(guò)程實(shí)現(xiàn)原位包覆，防吸濕效果依然難以滿足裝藥要求；國(guó)內(nèi)目前仍未完全解決ADN的吸濕性問(wèn)題。而近期出現(xiàn)的溶劑-反溶劑重結(jié)晶超聲輔助沉積法，大大減低了ADN球形化工藝溫度，因此本研究通過(guò)超聲誘導(dǎo)球形化與原位包覆相結(jié)合，制備ADN球形化-包覆一體化材料，通過(guò)SEM-EDS、XRD、DSC-TG、紅外光譜、撞擊感度、摩擦感度、干燥器平衡法等對(duì)一體化材料的性能進(jìn)行表征，并初步探索了ADN的應(yīng)用技術(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑與儀器

ADN，純度大于98%，湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所自制；P1、P2、P3為聚合物材料，主要組成元素為C、H、O、F等，湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所自制；環(huán)己烷、丙酮、二氯甲烷等均為分析純，陜西西隴化學(xué)試劑有限公司；純水，湖北航天化學(xué)技術(shù)研究所自制。

日本株式會(huì)社JSM-6360LV型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，加速電壓，15 kV；工作距離，12 mm；高真空模式，真空度1.0×10-5Pa；BrukerD8 Advance型X射線衍射儀，測(cè)試條件為Cu靶Kal(A=0.15 406 nm)，加速電壓40 kV，電流200 mA，檢測(cè)范圍5°～70°；

德國(guó)Bruker 公司生產(chǎn)的Equinox 55型傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)，KBr粉末壓片制樣，掃描范圍為4000～400 cm-1，分辨率4 cm-1。

SDTQ600型TG-DSC熱分析儀，樣品質(zhì)量約3 mg，精度0.1 μg，溫度范圍約為室溫500 ℃，加熱速率10 ℃/min，氣氛為氮?dú)狻?/p>

WL-1型落錘撞擊感度儀，采用特性落高法(臨界撞擊能法)給出試樣50%爆發(fā)的特性落高和臨界撞擊能(I50)。執(zhí)行航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ 3039—1998。

WM-1型摩擦感度儀，在一定表壓(如2.5、4.0 MPa)和擺角(如66°、90°)條件下進(jìn)行25次試驗(yàn)，結(jié)果以爆發(fā)百分?jǐn)?shù)表示。執(zhí)行航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ 2913—1997。

HT-201B 型靜電火花感度儀，采用固定電極、針-板式放電，結(jié)果以50%爆發(fā)的點(diǎn)火能(E50)或點(diǎn)火電壓(V50)來(lái)表示。執(zhí)行航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QJ 1469—1988。

1.2 樣品的制備

ADN球形化-包覆一體化材料的制備步驟：

(1)配置ADN的丙酮飽和溶液，將包覆劑量的自制包覆前軀體(P1、P2、P3)和表面活性劑等溶解(分散)在ADN的丙酮飽和溶液中；

(2)在特定的超聲功率條件下，將上述ADN溶液緩慢滴加至ADN的反溶劑(如正己烷、甲苯等)中，使ADN重結(jié)晶與包覆物沉積同時(shí)進(jìn)行，其中控制超聲時(shí)間和超聲功率大小，促進(jìn)ADN重結(jié)晶趨向球形化和聚合物的析出，實(shí)現(xiàn)ADN球形化-包覆一體化材料制備，其原理圖如圖1所示。

圖1 ADN球形化-包覆示意圖Fig.1 Schematic of the ADN prilling-coating process

2 結(jié)果與討論

2.1 理論分析與計(jì)算

ADN吸濕性強(qiáng)主要有兩方面的原因：

(1)ADN本身是一種極易溶于水的無(wú)機(jī)鹽，具有很強(qiáng)的極性，其固體表面與空氣中的水分子之間存在著較強(qiáng)的靜電作用，因而易吸附水分子；

(2)ADN分子中陽(yáng)離子NH4+容易與空氣中的水分子水解使表面羥基化，且陰離子N(NO2)2-也能同空氣中的水分子發(fā)生作用，把水分子中的質(zhì)子拉向自身，而使H—O鍵減弱甚至斷裂。

為了降低ADN的吸濕性主要采用以下兩種方法：(1)采用球形化技術(shù)，降低ADN的比表面積；(2)對(duì)ADN進(jìn)行表面處理，降低表面能，提高疏水性，阻隔與水的接觸，從而達(dá)到改善其吸濕性的效果。包覆材料的選擇對(duì)于包覆效果至關(guān)重要，一是包覆材料需要與被包覆材料具有較好的吸附能力，二是要有較好的憎水能力，即對(duì)水分子具有良好的屏蔽效應(yīng)，而對(duì)極性界面的吸附能力和形成憎水界面是一對(duì)矛盾體。因此，必須對(duì)包覆材料進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。親極性基團(tuán)與ADN形成界面，而憎水結(jié)構(gòu)通過(guò)分子自組裝排列形成憎水表面。吸附能力可由吸附功表示，吸附功越大，吸附效果越好。而吸附功與材料表面性質(zhì)密切相關(guān)。一般兩種物質(zhì)的界面能決定兩者的結(jié)合力大小，可測(cè)量物質(zhì)的表面張力計(jì)算得到。常見(jiàn)液體和待包覆材料的表面張力如表1所示。兩物質(zhì)的界面張力可由Fowkes式(1)計(jì)算得到：

表1 常見(jiàn)溶劑及包覆材料的表面張力(20 ℃)

(1)

式中γ12為液體1和液體2的界面張力；γ1d和γ2d分別為液體1和2的表面能的色散力分量。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)液體1和2表面能的色散力分量為1，忽略非色散力分量，則有：

(2)

文獻(xiàn)[32] 報(bào)道ADN具有較高的極性，熔融態(tài)ADN的表面張力為γ=89 mN/m，比水高約12 mN/m。依據(jù)鍵破壞理論，固體ADN的表面張力可由式(3)表示：

(3)

計(jì)算得ADN固體的表面張力高達(dá)124.8 mN/m，具有極高的極性。于是由式(3)大致計(jì)算兩物質(zhì)的界面能，如表2所示。

表2 由式(3)計(jì)算兩界面的界面能

由表2可知，通常情況下ADN與溶劑的界面張力最高，而與包覆材料的界面張力相對(duì)最小，因此可以在上述溶劑中實(shí)現(xiàn)包覆材料對(duì)ADN的包覆。

為了更加直觀地研究包覆材料與ADN包覆效果，利用式(4)計(jì)算了上述包覆材料之間及與ADN之間的粘附功，如表3所示。

表3 ADN與包覆材料的粘附功

Wadh=γs1+γs2-γs1s2

(4)

粘附功為正，說(shuō)明兩者具有較好的吸附作用，反之，不能進(jìn)行有效包覆。由表3可知P1、P2、P3的吸附功均為正值，說(shuō)明上述待選包覆材料均是ADN的優(yōu)良包覆材料，且P2粘附功最強(qiáng)，預(yù)示其包覆效果最好。

2.2 形態(tài)形貌特性分析

采用掃描電鏡分別對(duì)ADN球形化-包覆前后的形貌特性進(jìn)行了對(duì)比分析。圖2為ADN球形化-包覆前后樣品典型的SEM照片。

(a) Raw AND (b) Spherical ADN-prills

由圖2可知，ADN原材料形貌呈片狀或棒狀結(jié)構(gòu)，粒度分布較寬，而無(wú)論是未添加還是添加包覆材料的ADN，呈球形或類球形(球形度小于1.5)，粒度分布較為單一。且未添加包覆材料的球形ADN表面光滑，顆粒分明，而添加包覆材料后，部分ADN顆粒表面有包覆材料粘結(jié)集聚，存在明顯的褶皺，但有少量ADN表面較為光滑，說(shuō)明ADN包覆不夠完全或包覆劑分布不均勻。

2.3 晶型特性分析

為分析驗(yàn)證ADN包覆前后晶型是否發(fā)生變化，采用XRD分析了球形化-包覆處理前后ADN的晶體特征，如圖3所示?？芍珹DN包覆前后的特征峰位置保持不變，僅相對(duì)強(qiáng)度略有變化，說(shuō)明球形化-包覆處理工藝未改變ADN的晶型特征。同時(shí)未在XRD圖譜中發(fā)現(xiàn)明顯的包覆材料的特征峰，分析認(rèn)為可能是由于包覆材料的含量較低，超出了設(shè)備分辨標(biāo)定的下線，因此無(wú)法在XRD圖譜上顯示，從而也證明了包覆材料未影響ADN的結(jié)構(gòu)特性。

圖3 包覆前后ADN樣品的XRD圖譜Fig.3 X-ray diffractogram of the raw ADN (bottom) and the prilling-coating ADN(top)

2.4 吸濕性研究

為定量表征ADN包覆材料的降吸濕性能，參照國(guó)軍標(biāo)GJB 770A—1997火炸藥平衡器法測(cè)試了其吸濕率。將待測(cè)材料在50 ℃的真空干燥箱中干燥至恒重后，稱取5～10 g樣品，精度為0.000 1 g，置于特定飽和鹽溶液控制相對(duì)濕度的干燥器中；將干燥器放置特定溫度的烘箱中保溫，每隔24 h稱量樣品的質(zhì)量，以樣品質(zhì)量隨時(shí)間的增重率作為評(píng)價(jià)樣品吸濕性的強(qiáng)弱。

具體為將ADN球形化-包覆一體化材料和ADN在50 ℃的真空干燥箱中干燥至恒重，分別稱取質(zhì)量為m的球形化-包覆ADN和ADN平鋪在預(yù)先稱量好的表面皿上，記錄表面皿和試樣的總質(zhì)量為m0。然后將其放置在密閉的干燥器中(以足量的飽和鹽溶液保持干燥器內(nèi)的相對(duì)濕度)，放置在30 ℃烘箱中，每隔一定時(shí)間稱取表面皿和試樣的總質(zhì)量mi，通過(guò)式(5)計(jì)算不同時(shí)間的吸濕率Wi：

(5)

圖4為ADN、球形化ADN、ADN@P1、 ADN@P2和ADN@P3復(fù)合材料在30 ℃，相對(duì)濕度75%條件的吸濕性曲線。由圖4可知，ADN原樣和球形化ADN的吸濕性均很強(qiáng)，在24 h內(nèi)具有較快的吸濕速率，吸濕率達(dá)30%左右，之后吸濕一直持續(xù)至144 h，吸濕率達(dá)55%以上；而采用P1、P2、P3包覆后， ADN的吸濕性均大幅降低。其中ADN@P2和ADN@P3在44 h基本達(dá)到飽和吸濕狀態(tài)，吸濕率僅為5%左右，降低幅度達(dá)90%以上；ADN@P1 復(fù)合材料的飽和吸濕率略高為20%，但降低幅度依然達(dá)50%以上，說(shuō)明，僅通過(guò)ADN的球形化不能有效改善ADN的吸濕性，甚至在一定程度上加劇了ADN的吸濕性，而采用球形化-包覆后均能有效降低ADN的吸濕率，防吸濕效果P3≈P2>P1。

圖4 ADN、球形化ADN、ADN@P1、 ADN@P2和ADN@P3吸濕率對(duì)比圖Fig.4 Hygroscopicity curves of AND，ADN-prilled，ADN@P1，ADN@P2 and ADN@P3

為了進(jìn)一步降低ADN的吸濕率，將P2和P3混合使用，制備了系列ADN@P2@P3復(fù)合材料。圖5為P2∶P3不同配比下ADN@P2@P3復(fù)合材料，在相對(duì)濕度75%，溫度為30 ℃下吸濕率隨時(shí)間的變化曲線。

圖5 不同P2/P3配比下ADN@P2@P3的吸濕率對(duì)比曲線Fig.5 Hygroscopicity curves of ADN@P2@P3 with different P2/P3 ratio

由圖5可知，隨著P3引入量的增加，復(fù)合材料的飽和吸濕率逐漸減?。寒?dāng)P2∶P3質(zhì)量比為2∶1時(shí)，飽和吸濕率為7%左右；當(dāng)P2∶P3質(zhì)量比為1∶1時(shí)，飽和吸濕率降低為5.5%左右；當(dāng)P2∶P3質(zhì)量比為1∶2時(shí)，飽和吸濕率進(jìn)一步降低為2.5%以下。

為進(jìn)一步研究復(fù)合材料在不同相對(duì)濕度下的吸濕特性，給出了圖6ADN@P2@P3復(fù)合材料在30 ℃，相對(duì)濕度分別為59%、66%和75%的條件下的吸濕規(guī)律。由圖6可知，ADN@P2@P3復(fù)合材料在不同相對(duì)濕度條件下，吸濕規(guī)律類似，吸濕48 h后，基本達(dá)到了飽和吸濕率，僅在飽和吸濕率絕對(duì)值上有所差別。在30 ℃，75%條件下，飽和吸濕率為2.6%左右；在30 ℃，66%條件下，飽和吸濕率為1.8%左右；而在30 ℃，59%條件下為1.2%，說(shuō)明ADN球形化包覆處理后可以與水形成低吸濕率體系，其水汽平衡壓力更早的達(dá)到了外界濕度。這有兩種解釋，一種是部分完全包覆了的ADN不吸濕，水分是少量裸露ADN所為；另一種是處理過(guò)的ADN本質(zhì)有了變化，其與水混合的平衡相圖發(fā)生了根本改變，具體原因有待進(jìn)一步深入研究。

圖6 ADN@P2@P3在相對(duì)濕度59%、66%和75%下的吸濕性曲線對(duì)比圖Fig.6 Saturated hygroscopicity of ADN@P2@P3 at relative humidity of 59%,66% and 75%

3 ADN球形化-包覆一體化材料應(yīng)用探索

3.1 熱分解特性

對(duì)球形化-包覆后的ADN樣品進(jìn)行了DSC-TG分析，結(jié)果如圖7所示。

(a) DSC曲線 (b) TG曲線

由圖7(a)可以看出，經(jīng)過(guò)球形化-包覆后，ADN的熱分解峰溫由186.52 ℃升高至197.24 ℃，提高了近11 ℃，說(shuō)明球形化-包覆處理后ADN的熱安定性顯著提高。通過(guò)圖7(b)TG曲線對(duì)比發(fā)現(xiàn)，ADN在113 ℃出現(xiàn)緩慢失重，至152 ℃時(shí)開(kāi)始顯著失重；而球形化-包覆后ADN則未出現(xiàn)110 ℃左右的緩慢失重情況，直至165 ℃才出現(xiàn)失重，進(jìn)一步驗(yàn)證了球形化-包覆處理后ADN的熱安定性得到改善。

3.2 感度特性

采用WL-1型落錘撞擊感度儀、WM-1型摩擦感度儀、HT-201B 型靜電火花感度儀對(duì)ADN包覆球形化前后的感度特性進(jìn)行了研究，結(jié)果如表4所示。

表4 球形化-包覆前后ADN樣品的感度

由表4可知，ADN球形化-包覆前后的摩擦感度沒(méi)有變化，爆發(fā)率均為8%，遠(yuǎn)低于RDX(60%)；ADN球形化-包覆后的臨界撞擊能為7.6 J，比原始ADN樣品提高90%，與RDX相當(dāng)；ADN球形化-包覆后的靜電火花感度也有所改善。通過(guò)綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)ADN球形化-包覆處理后，顯著改善了ADN的安全性能。

3.3 應(yīng)用性能初步評(píng)價(jià)

將ADN和ADN@P2@P3樣品分別添加至某HTPB推進(jìn)劑全配方體系中，部分取代AP，采用無(wú)漿混合機(jī)研究了ADN球形化包覆前后對(duì)推進(jìn)劑的成藥性能影響。圖8分別為采用ADN和ADN@P2@P3替代AP后推進(jìn)劑固化藥塊的實(shí)物對(duì)比圖。

由圖8可知，采用未處理的ADN取代AP后，HTPB固化成藥后有大量的氣孔，而ADN球形化包覆物取代AP后，氣孔明顯減少，說(shuō)明ADN球形化-包覆后，一方面降低了ADN的吸濕性；另一方面，由于包覆層的存在減少了ADN直接與異氰酸酯固化劑接觸而發(fā)生反應(yīng)，提高了ADN與推進(jìn)劑組分的相容性，可實(shí)現(xiàn)推進(jìn)劑的固體成型。

(a)Propellant with air hole (b)Propellant without air hole

4 結(jié)論

(1)通過(guò)理論計(jì)算優(yōu)選了包覆材料，借助超聲輔助球形化-原位包覆技術(shù)手段制備了ADN球形化-包覆材料。

(2)ADN球形化后，在30 ℃，相對(duì)濕度75%條件下飽和吸濕率與未球形化ADN相當(dāng)，為55%左右；ADN球形化-包覆后，飽和吸濕率顯著降低；分別采用P2和P3作為包覆劑，可降低為5%；采用P2和P3組合包覆后，飽和吸濕率降低為2.5%以下；ADN球形化-包覆物的吸濕率隨相對(duì)濕度的降低而減小，相對(duì)濕度59%時(shí)，飽和吸濕率可降低為1.2%。

(3)ADN球形化-包覆材料熱分解峰溫升高，熱失重溫度延后，熱安定性有所改善；撞擊感度和靜電火花感度顯著改善，安全性增加。

(4)在HTPB推進(jìn)劑中的成藥性初步表明，球形化-包覆后可顯著改善反應(yīng)型氣孔，基本滿足高溫高濕條件下的裝藥要求，為高能、綠色、低特征等新型固體推進(jìn)劑的研制提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

下一步將重點(diǎn)研究以下幾個(gè)方面：(1)通過(guò)量子化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)模擬等微觀手段揭示ADN的吸濕性機(jī)理，從而指導(dǎo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)；(2)優(yōu)化包覆材料結(jié)構(gòu)，提高其與ADN之間相互作用，進(jìn)一步降低ADN復(fù)合材料的吸濕性；(3)進(jìn)一步研究ADN超聲球形化邊界條件，優(yōu)化球形化-包覆工藝；(4)深入研究ADN推進(jìn)劑配方的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，評(píng)價(jià)其能量、燃速、力學(xué)和安全等性能。