袁志鋒，胡松啟，劉林林，趙鳳起

(1.西北工業(yè)大學(xué) 燃燒、熱結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710072；2.西安近代化學(xué)研究所 燃燒與爆炸技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710065)

引 言

增塑劑是固體推進(jìn)劑配方的主要組分，其作用是降低黏合劑的黏度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，提高固體推進(jìn)劑的固含量、能量水平和加工性能，賦予固體推進(jìn)劑裝藥良好的力學(xué)性能，總體來說，增塑劑對固體推進(jìn)劑的能量、感度、燃燒性能、力學(xué)性能等的影響巨大。目前固體推進(jìn)劑的含能增塑劑主要為硝化甘油(NG)，NG具有能量高、增塑能力強(qiáng)等優(yōu)勢，但其極高的機(jī)械感度也導(dǎo)致固體推進(jìn)劑的高感度，增加了固體推進(jìn)劑的危險性。

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)的不斷演變，航空母艦戰(zhàn)斗群、新一代戰(zhàn)斗機(jī)、武裝直升機(jī)等高性能高價值武器平臺不斷涌現(xiàn)[1-2]，為避免推進(jìn)劑的殉爆導(dǎo)致高價值武器平臺的損失，要求推進(jìn)劑在保持較高能量的同時具有較低的感度(主要包括熱感度和機(jī)械感度)[3-4]。因此，要降低推進(jìn)劑的敏感性就必須采用新的物質(zhì)替代NG，降低增塑劑自身的敏感性，同時為了保持推進(jìn)劑的能量水平，增塑劑的能量也需要盡量提高，然而能量與感度是一對矛盾體，高能與鈍感往往難以同時滿足。多年研究發(fā)現(xiàn)，含能鈍感增塑劑可以大幅度降低推進(jìn)劑的感度，同時具有較高能量，因此得到了廣泛應(yīng)用。

目前，關(guān)于全面綜述含能鈍感增塑劑對推進(jìn)劑性能影響的綜述文獻(xiàn)較少[1-6]，因此，本文系統(tǒng)綜述了目前在推進(jìn)劑中應(yīng)用廣泛、效果突出的3種典型含能鈍感增塑劑：三羥甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、硝氧乙基硝胺類增塑劑中的丁基-硝氧乙基硝胺(BuNENA)、偕二硝基類增塑劑中的BDNPF(雙2,2-二硝基丙醇縮甲醛)和BDNPA(雙2,2-二硝基丙醇縮乙醛)的混合物(BDNPF/A)對推進(jìn)劑性能的影響，并對典型含能鈍感增塑劑的優(yōu)劣進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上對今后含能鈍感增塑劑的發(fā)展方向進(jìn)行了分析和展望。

1 硝酸酯類典型增塑劑TMETN在推進(jìn)劑中的應(yīng)用

含硝酸酯基(—ONO2)的硝酸酯類增塑劑含氧量高，有利于提高推進(jìn)劑的能量水平，因此應(yīng)用最為廣泛，最典型的是NG，但NG存在感度高、蒸汽壓高和易遷移等缺點(diǎn)。其他常用硝酸酯類增塑劑如硝化二乙二醇(DEGDN)、二縮三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)、三羥基甲乙烷三硝酸酯(TMETN)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)等都有與NG相似的分子結(jié)構(gòu)，且部分特性優(yōu)于NG[5]。在眾多硝酸酯類增塑劑中，三羥甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)是一種具有代表性的鈍感增塑劑，已在20世紀(jì)90年代被用于替代雙基推進(jìn)劑配方中的NG[6]。

張杏芬[7]報道了TMETN等幾種含能增塑劑的性能，研究結(jié)果見表1。

表1 幾種含能增塑劑的性能對比

從表1可以看出，幾種鈍感增塑劑的含氧量、密度、能量均小于NG；單元推進(jìn)劑的比沖及密度大小排序均為：BTTN>TMETN>DEGDN>TEGDN>BuNENA。因此可以看出，在能量方面，BTTN及TMETN在含能鈍感增塑劑中較為突出。熔點(diǎn)大小排序?yàn)椋篋EGDN>TMETN>TEGDN>BTTN>BuNENA，揮發(fā)性大小排序?yàn)椋?DEGDN>BTTN>TEGDN>TMETN>BuNENA，從熔點(diǎn)和揮發(fā)性比較，可以看出BuNENA的熔點(diǎn)最低，揮發(fā)性最低，同時撞擊感度也較低。

1.1 TMETN對推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響

張超、王可等[8-9]通過分子動力學(xué)(MD)和耗散分子動力學(xué)(DPD)方法，采用分子鏈段分析方法研究了TMETN對硝化棉(NC)的增塑效果，以及TMETN和NG混合配比對混合體系的相互作用、力學(xué)性能、徑向分布函數(shù)、O—NO2最大引發(fā)鍵長(Lmax)等參數(shù)的影響。張超等[8]比較了NC/TMETN為不同質(zhì)量比時推進(jìn)劑的性能，認(rèn)為1.3∶1.0時TMETN對NC具有較好的增塑效果，此時經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑20℃時的拉伸強(qiáng)度達(dá)16.22MPa，撞擊感度(特性落高)為67.7cm，摩擦感度為4%，NC分子鏈構(gòu)型圖見圖1，NC/TMETN分子鏈構(gòu)型圖見圖2。王可等[9]通過設(shè)計不同的比例對比，經(jīng)比較，認(rèn)為NC和TMETN質(zhì)量比為1∶0.667時推進(jìn)劑的力學(xué)性能最好。文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]的研究結(jié)論有所差異可能是因?yàn)樵谀M過程中對條件的設(shè)置有差異造成的，這也說明模擬仿真與真實(shí)情況既有相似之處也有一定的誤差。

圖1 NC分子鏈構(gòu)型圖

圖2 NC/TMETN黏結(jié)體系平衡構(gòu)型

推進(jìn)劑的力學(xué)性能也體現(xiàn)在增塑劑對黏合劑的增塑作用上。陳京等[10]通過模擬仿真的方法研究了TMETN/NG混合酯對雙基推進(jìn)劑的作用，認(rèn)為兩者質(zhì)量比為3∶1時推進(jìn)劑的力學(xué)效果最好，其原因是兩種硝酸酯增塑劑可以同時與NC形成強(qiáng)的氫鍵作用，并為共混體系提供較高的模量與較低的最大引發(fā)鍵長。唐秋凡等[11]通過模擬仿真的方法研究了NG/TMETN混合酯對雙基推進(jìn)劑的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)NG取代質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%TMETN以上時才能有效改善體系的增塑效果；推進(jìn)劑中NG與TMETN質(zhì)量比大于2∶3時，推進(jìn)劑樣品才能正常固化；NG與TMETN質(zhì)量比控制在3∶2～4∶1時，既能保證CMDB推進(jìn)劑固化均勻，在增強(qiáng)推進(jìn)劑力學(xué)性能的同時又能降低推進(jìn)劑的機(jī)械感度。通過試驗(yàn)研究表明：純TMETN對NC的增塑效果較差，在70℃下很難固化成型，這使得TMETN應(yīng)用于澆鑄改性雙基推進(jìn)劑中存在一定難度。

通過上述研究可以看出，現(xiàn)有研究主要集中在TMETN與NC的質(zhì)量比對力學(xué)性能的影響，以及TMETN和NG組合形成混合酯后再增塑NC，沒有單獨(dú)TMETN替代NG后推進(jìn)劑的力學(xué)性能對比。研究表明[11]，純TMETN對NC的增塑效果較差，需要與NG混合增塑才能達(dá)到理想的效果。

1.2 TMETN對高能鈍感推進(jìn)劑能量性能及燃燒性能的影響

對TMETN基推進(jìn)劑的燃燒性能的研究主要集中在NC/TMETN雙基體系和NC/TMETN/FOX-7改性雙基配方體系，其原因是加入FOX-7后推進(jìn)劑相對能量較高、感度較低，符合鈍感推進(jìn)劑的發(fā)展方向。張超等[12]發(fā)現(xiàn)TMETN基改性雙基推進(jìn)劑(不含鋁)燃速在14.90～18.65mm/s之間，6～16MPa下的壓強(qiáng)指數(shù)在0.63～0.35之間。李軍強(qiáng)等[13]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，NC/TMETN/FOX-7/Al基推進(jìn)劑燃速在21.19～24.47mm/s，8～14MPa的壓強(qiáng)指數(shù)低于0.20。陳沛、趙鳳起等[14-15]發(fā)現(xiàn)鉀鹽對NC/TMETN雙基推進(jìn)劑的燃燒性能影響較大，使推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)大幅度增加，原因是鉀鹽與鉛的氧化物在推進(jìn)劑熄火表面形成了PbF6，從而完全破壞了鉛化物的催化作用。

1.3 TMETN對推進(jìn)劑安全性能的影響

有關(guān)TMETN熱分解特性的研究主要集中在分解峰溫、分解曲線、放熱焓、活化能以及壓力對TMETN熱分解性能的影響及分解時鍵的斷裂[16-17]。TMETN的分解特性與硝化甘油不同。常壓下，TMETN有一個分解放熱峰，在有壓力的情況下，TMETN有一主一次兩個分解放熱峰，隨著壓力的增大，分解峰溫和放熱量都隨著壓力的增大而增大。在常壓0.1MPa下，TMETN的分解峰溫為202.3℃，活化能為165.6kJ/mol，TMETN分解的初始步驟也是O—NO2斷裂，釋放出NO2，6MPa時TMETN的活化能降為119.2kJ/mol。

從表1[7]可以看出，幾種鈍感增塑劑的鈍感性能均優(yōu)于NG，但是揮發(fā)性都大于NG，揮發(fā)性大小排序?yàn)椋築uNENA

TMETN能大幅度降低雙基系推進(jìn)劑的機(jī)械感度。含有NG和RDX等組分的改性雙基推進(jìn)劑具有較高的沖擊波感度，當(dāng)配方中感度較高的NG和RDX被感度較低的TMETN和FOX-7全部取代時，隔板值(用來表征爆轟危險等級，隔板值越低表明安全性越高)由41.4mm降至16.5mm，降幅達(dá)60%[18]。同時，用TMETN取代NG是降低雙基推進(jìn)劑撞擊感度的重要途徑，當(dāng)TMETN的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、10%、20%和30%時，推進(jìn)劑的特性落高(2kg落錘)對應(yīng)為27.4、41.4、44.7和59.6cm[19]。

張超等[8]經(jīng)過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)NC/TMETN質(zhì)量比為1.3∶1.0時推進(jìn)劑撞擊感度為67.7cm，摩擦感度為4%，比NC/NG推進(jìn)劑感度大幅度下降。

可以看出，TMETN能顯著降低推進(jìn)劑的機(jī)械感度，TMETN基推進(jìn)劑的燃燒性能可調(diào)節(jié)范圍廣，但是存在對NC塑化能力不夠的問題，需要引入質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%以上的NG才能達(dá)到良好的塑化效果。

2 硝氧乙基硝胺類典型增塑劑BuNENA在推進(jìn)劑中的應(yīng)用

硝氧乙基硝胺(R-NENA)兼有硝胺基和硝酸酯基兩種基團(tuán)，R可以是甲基、乙基、丙基、丁基、異丁基等[5]，其相關(guān)性能見表2[20]。R-NENA系列增塑劑中，大多數(shù)熔點(diǎn)較高、揮發(fā)性大，但丁基-硝氧乙基硝胺(BuNENA)的熔點(diǎn)最低、揮發(fā)性小，BuNENA玻璃化溫度-82℃，分子結(jié)構(gòu)見圖3[7,21]。

表2 硝氧乙基硝胺類(NENA)系列產(chǎn)品的理化性能

圖3 BuNENA分子結(jié)構(gòu)圖

BuNENA對硝化纖維素(NC)的溶塑效果好、揮發(fā)性較低，可作為鈍感增塑劑用于NC基推進(jìn)劑和GAP基推進(jìn)劑配方[22-25]。DENG等[26]研究了3種鍵合劑對GAP、BuNENA、HMX、AP和Al為主要組分的高能推進(jìn)劑體系力學(xué)性能的影響。RodriaoI Caro等[27]研究了以HTPE、BuNENA、HMX、AP和N-3200為主要組分的高能推進(jìn)劑制備工藝和性能，可以看出，BuNENA已應(yīng)用于HTPE推進(jìn)劑。

2.1 BuNENA對推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響

齊曉飛等[28]采用MD方法對比發(fā)現(xiàn)，BuNENA比NG對NC的混溶性更好。趙昱等[29]研究了BuNENA對改性聚疊氮縮水甘油醚(GAP)膠片力學(xué)性能的影響，發(fā)現(xiàn)GAP黏合劑膠片的增塑比由0.6增至1.6，膠片的拉伸強(qiáng)度由0.22MPa降至0.06MPa。增塑比超過1.8時，膠片過軟無法成型。

趙本波等[30]研究表明，BuNENA替代NG后，雙基推進(jìn)劑50、20和-40℃斷裂伸長率均提高，尤其是低溫斷裂伸長率可達(dá)13.63%，是NG/NC推進(jìn)劑的1.63倍。

Kalapcrao等[31]研究了BuNENA在AP/Al/RDX基推進(jìn)劑、NC/NG基推進(jìn)劑、NC/NG/RDX基推進(jìn)劑中的應(yīng)用，BuNENA替換AP/Al/RDX改性雙基推進(jìn)劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.97%的DEP，延伸率從15.0%增至19.0%，拉伸強(qiáng)度保持不變。在雙基推進(jìn)劑中采用BuNENA替代DEP，推進(jìn)劑中DEP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，BuNENA分別取代3.5%和7%時對推進(jìn)劑的影響為：延伸率從10.2%先增至10.3%然后降至7.9%，拉伸強(qiáng)度從1323N/mm2先降至1294N/mm2再增至1480N/mm2。NC/BuNENA/RDX(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%RDX)推進(jìn)劑延伸率為23.2%。

EvaLandsem等[32]研究了HMX-GAP-BuNENA基推進(jìn)劑的性能。配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：60%HMX，21.7%GAP、9.54%BuNENA；其最大拉伸強(qiáng)度為0.33MPa，延伸率51.1%，模量為2.50MPa，黏度為43Pa·s。

2.2 BuNENA對推進(jìn)劑能量性能及燃燒性能的影響

BuNENA對推進(jìn)劑燃燒性能、力學(xué)性能的影響也得到了諸多關(guān)注。何利明等[32]通過研究認(rèn)為，以GAP/NC/BuNENA/RDX/CL-20/Al為主體的鈍感交聯(lián)改性推進(jìn)劑可以集高能(理論比沖2700N·s/kg)、鈍感、低特征信號于一身。

Kalapcrao等[31]通過研究發(fā)現(xiàn)，BuNENA替換AP/Al/RDX改性雙基推進(jìn)劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.97%的DEP，推進(jìn)劑的燃速、能量、力學(xué)性能、機(jī)械安定性都提高。其中7MPa的燃速從12.4mm/s提高到14.6mm/s,但5.0～7.0MPa壓強(qiáng)區(qū)間的壓強(qiáng)指數(shù)從0.49增至0.70；爆熱從4536kJ/kg增至4927kJ/kg，相對增加8.6%，理論燃溫基本不變，僅相差1℃。在雙基推進(jìn)劑中采用BuNENA替代DEP，推進(jìn)劑中DEP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，BuNENA分別取代3.5%和7%，對推進(jìn)劑的影響為：7MPa時燃速從7.5mm/s提高到9.0mm/s、9.4mm/s,但5.0～7.0MPa時壓強(qiáng)指數(shù)從0.61先降至0.35再增至0.53；爆熱從3746kJ/kg增至3801kJ/kg、4137kJ/kg，理論燃溫基本不變，從1008K依次增加到1076K、1115K。NC/BuNENA/RDX(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%RDX)推進(jìn)劑7MPa時燃速為7.6mm/s,5.0～7.0MPa時壓強(qiáng)指數(shù)為0.65；爆熱為4431kJ/kg，理論燃溫1227K。

EvaLandsem等[33]研究了HMX-GAP-BuNENA基推進(jìn)劑的綜合性能，配方(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：60%HMX，21.7%GAP，9.54%BuNENA；燃速為6.3mm/s(6.9MPa)，8.1mm/s(10MPa)，壓強(qiáng)指數(shù)為0.66，理論比沖2154N·s·kg-1，理論特征速度1345m/s。Thomas等[34]研究了含質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%～70%HMX的HMX/GAP/BuNENA推進(jìn)劑，6.9MPa的燃速在7.1～9.2mm/s之間，5～16MPa壓強(qiáng)指數(shù)小于等于0.6。TomasL等[35]研究了含質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%BuNENA的GAP/BuNENA/RDX/FOX-7的鈍感無煙推進(jìn)劑，認(rèn)為該體系的沖擊感度較低，在不加催化劑的情況下低壓燃燒不穩(wěn)定。

2.3 BuNENA對推進(jìn)劑安全性能的影響

祿旭等[36]研究了BuNENA和NG的熱分解特性，得出結(jié)論：BuNENA活化能(Ea)為124.15kJ/mol，指前因子(lnA)=25.92s-1；NG活化能(Ea)為108.01kJ/mol，lnA為22.16s-1。BuNENA的分解放熱焓當(dāng)升溫速率為2.5、5、10、15℃/min時分別為2252.90、2325.31、2465.33、2499.75J/g?？梢钥闯?，BuNENA活化能比NG高，這意味著BuNENA的熱安定性比NG好。

趙本波等[30]研究表明，雙基推進(jìn)劑中BuNENA取代NG后，推進(jìn)劑的起始分解溫度和第一分解階段峰溫由120.31℃和151.54℃分別提高至144.58℃和179.47℃，均提高24℃以上，且BuNENA/NC雙基推進(jìn)劑在80、90、100℃下的揮發(fā)速率常數(shù)均低于NG/NC推進(jìn)劑。

BuNENA對推進(jìn)劑的機(jī)械感度及易損性的影響同樣得到了廣泛關(guān)注。吳芳等[37]研究結(jié)果表明，BuNENA可顯著降低PBT推進(jìn)劑的機(jī)械感度，HMX質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在13%以下，BuNENA質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在12%以下，BuNENA/PBT/HMX推進(jìn)劑危險等級評定為1.3級，理論比沖大于267s，玻璃化溫度(Tg)為-65℃，-60～+70℃寬溫力學(xué)性能優(yōu)良。Murray等[38]開展了NG/BTTN含(—O—NO2)、2,2-二硝基丙醇縮甲醛與2,2-二硝基丙醇縮乙醛混合物(A3)含(—C—NO2)、BuNENA含(—O—NO2和—N—NO2)3種典型增塑劑品種對PBT推進(jìn)劑機(jī)械感度(撞擊感度和摩擦感度)、靜電感度3項安全性能影響研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 增塑劑品種對推進(jìn)劑安全性能的影響

由表3可知，BuNENA作為增塑劑時推進(jìn)劑的撞擊感度和摩擦感度最低。

Murray等[38]分析認(rèn)為，含能化合物在外界機(jī)械作用刺激下感度的大小與其分子中含能基團(tuán)的性質(zhì)、數(shù)量、分子鍵、分子靜電勢等有一定關(guān)系。硝基化合物的起爆過程取決于分子中優(yōu)先斷裂的弱鍵，稱為“觸發(fā)鏈”，鍵能從大到小的順序?yàn)? —C—NO2>—N—NO2>—O—NO2[39]?！狢—NO2鍵離解能在251～293kJ/mol之間，—N—NO2、—O—NO2的離解能一般約為167kcal/mol。但C或N上連接的硝基多于一個時，鍵的離解能會大幅降低[39-40]。配方組成固定時，增塑劑的品種對推進(jìn)劑的機(jī)械感度、靜電感度等安全性能影響很大。含有3個—O—NO2的小分子增塑劑NG/BTTN的機(jī)械感度和靜電感度最高，每個分子含有2組—C(NO2)2的大分子增塑劑A3的機(jī)械感度和靜電感度次之，含有1個—O—NO2和1個—O—NO2的中分子增塑劑BuNENA的機(jī)械感度最低，靜電感度介于NG/BTTN和A3之間。因此，低感度的高能疊氮黏合劑PBT選擇低感度的BuNENA增塑劑配伍，推進(jìn)劑本體即具備良好的機(jī)械感度和靜電感度。

趙本波等[30]通過研究發(fā)現(xiàn)BuNENA替代NG后，雙基推進(jìn)劑的特性落高(H50)由8.1cm提高至27.1cm，摩擦感度由94%降低至18%。

Kalapcrao等[31]等通過研究發(fā)現(xiàn)， BuNENA替換AP/Al/RDX改性雙基推進(jìn)劑中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.97%的DEP，分解溫度從180℃提高至183℃，特性落高從23.5cm增至27.0cm，摩擦感度從14.0%降至12.8%，理論燃溫僅相差1℃。在雙基推進(jìn)劑中采用BuNENA替代DEP，推進(jìn)劑中DEP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，BuNENA分別取代3.5%和7%，使推進(jìn)劑分解溫度從183℃提高至184℃、186℃，特性落高從23.5cm升至27.0cm、27.0cm，摩擦感度從36.0%降至28.8%、28.8%。NC/BuNENA/RDX(含質(zhì)量分?jǐn)?shù)15%RDX)推進(jìn)劑分解溫度為187℃，特性落高為27.0cm，摩擦感度為22.0%。

通過上述研究可以看出，BuNENA目前已在DB推進(jìn)劑、CMDB推進(jìn)劑及GAP基推進(jìn)劑中進(jìn)行了應(yīng)用探索。BuNENA能降低推進(jìn)劑的危險等級、機(jī)械感度，降低推進(jìn)劑的熱危險性，大幅度提升推進(jìn)劑的力學(xué)性能尤其是低溫力學(xué)性能，對硝化棉的增塑作用優(yōu)于NG。有學(xué)者研究了增塑劑的鈍感機(jī)制，認(rèn)為主要決定于含能基團(tuán)中易斷裂的鍵類型及其數(shù)量。尚未深入研究如何同時兼顧能量和感度，這是今后應(yīng)該重點(diǎn)發(fā)展的方向，可以指導(dǎo)新型含能鈍感增塑劑的分子設(shè)計。

3 偕二硝基類典型增塑劑BDNPF/A在推進(jìn)劑中的應(yīng)用

偕二硝基類增塑劑含兩個硝基，因?yàn)橄鄬δ芰枯^高而受到重視[41]。偕二硝基類增塑劑的代表物質(zhì)是BDNPF/A，雙2,2-二硝基丙醇縮甲醛 (BDNPF)和雙2,2-二硝基丙醇縮乙醛 (BDNPA)屬于偕二硝基類增塑劑，能量較高，但由于其熔點(diǎn)較高，常溫下為固體，在推進(jìn)劑中使用會降低配方的低溫力學(xué)性能。BDNPF/A增塑劑是BDNPF和BDNPA的等質(zhì)量比混合物，BDNPF/A常溫下為液體，常溫下黏度為0.25Pa·s，較適合在鈍感、高性能的推進(jìn)劑和炸藥配方中使用[42]。美國海軍已將其用于北極星A-3潛地導(dǎo)彈一級發(fā)動機(jī)中[43]。

3.1 BDNPF/A對推進(jìn)劑力學(xué)性能的影響

齊曉飛等[27]采用MD模擬方法，通過相同條件下的對比模擬試驗(yàn)表明:與NG相比，BDNPF/A與NC的混溶性更好。

王曉倩等[44]通過研究發(fā)現(xiàn):BDNPF/A與2，2-二硝基丙醇正己酸酯(DNPH)復(fù)配后，復(fù)配增塑劑玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有效降低，制備的PET彈性體的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可降至-83.1℃，PET推進(jìn)劑玻璃化轉(zhuǎn)變溫度降至-67.1℃；通過調(diào)整固化參數(shù)和增塑劑比，推進(jìn)劑低溫(-55℃)的最大抗拉強(qiáng)度由6.020MPa降至3.393MPa，最大伸長率由5.4%提升至58.2%。

王旭波等[45]研究發(fā)現(xiàn)，在PET推進(jìn)劑中采用BDNPF/A與BuNENA復(fù)配作為復(fù)合增塑劑取代BDNPF/A后，PET 推進(jìn)劑具有較好的力學(xué)性能；常溫(20℃)抗拉強(qiáng)度 0.956MPa，最大伸長率 75.0%，BSFΦ118比沖提高5.4s；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于-60℃；60℃老化12周后常溫抗拉強(qiáng)度為0.651MPa，降低了39.8%，最大伸長率為52.1%，降低了28.0%。

Gore等[46]研究發(fā)現(xiàn)，BDNPF/A引入CMDB推進(jìn)劑中后推進(jìn)劑的抗拉強(qiáng)度由1.18MPa增至1.37MPa，但是延伸率由36%降低至22%。

3.2 BDNPF/A對推進(jìn)劑能量性能及燃燒性能的影響

Gore等[47]研究表明，在AP-CMDB推進(jìn)劑中引入BDNPF/A替代DEP后推進(jìn)劑1.9、2.9、4.9、6.8、8.8、10.8MPa壓強(qiáng)下的燃速均大幅度提高，其中10.8MPa的燃速從19.8mm/s提高到29.2mm/s, 替代后推進(jìn)劑的比沖從248s提高到254s，提高了6s。在AP/Al-CMDB推進(jìn)劑引入BDNPF/A替代DEP后推進(jìn)劑1.9、2.9、4.9、6.8、8.8、10.8MPa壓強(qiáng)下的燃速均有增加，其中10.8MPa時燃速從27.6mm/s提高至31.2mm/s，替代后推進(jìn)劑的比沖也從257s提高至262s，提高了5s。在RDX-CMDB推進(jìn)劑中引入BDNPF/A替代DEP后推進(jìn)劑在6.8～10.8MPa時燃速增加0.7～0.9mm/s，比沖從244s增至254s。在RDX-CMDB推進(jìn)劑中引入BDNPF/A替代DEP后推進(jìn)劑的熱分解第一、第二分解峰溫分別從199.6、226.4℃分別變化為196.6、228.8℃(升溫速率為5℃/min)，在AP/DEP推進(jìn)劑中引入BDNPF/A替代DEP后，推進(jìn)劑的分解峰溫由179.0℃變化為174.0℃。

Gore等[46]研究還發(fā)現(xiàn)，加入BDNPF/A后，DB和CMDB推進(jìn)劑燃燒時表面可形成熱的反作用力，促進(jìn)凝聚相的分解，從而提高推進(jìn)劑的燃速。BDNPF/A引入CMDB推進(jìn)劑中，4.9、6.8、10.8MPa燃速分別從9.2、11.0、14.5mm/s增至12.3、15.2、20.0mm/s，推進(jìn)劑的氧平衡由-26%增至-15%。

Eisele等[48]研究發(fā)現(xiàn)，鋁基聚二甲基氧硅烷(PDMS)推進(jìn)劑在10MPa時燃速為600mm/s，引入BDNPF/A后推進(jìn)劑的燃速提高到660mm/s，相對提高約10%。

3.3 BDNPF/A對推進(jìn)劑安全性能的影響

Gore等[46]研究表明，在RDX-CMDB推進(jìn)劑中引入BDNPF/A替代DEP后推進(jìn)劑的熱分解第一、第二分解峰溫分別從199.6、226.4℃分別變化為196.6、228.8℃(升溫速率為5℃/min)，在AP/DEP推進(jìn)劑中引入BDNPF/A替代DEP后，推進(jìn)劑的分解峰溫由179.0℃變化為174.0℃。

Gore等[47]對BDNPF/A進(jìn)行了敏感性能測定并與其他增塑劑進(jìn)行了比較，NG的撞擊感度(特性落高)為1cm，DEP、BDNPF、BDNPA的特性落高為170cm，NG-DEP以及NG-BDNPF/A的特性落高分別為90和85cm?？梢钥闯?，BDNPF及BDNPA的撞擊感度比NG優(yōu)良，與惰性增塑劑DEP相當(dāng)。與NG組合形成混合硝酸酯，BDNPF/A與DEP的撞擊感度效果相當(dāng)。

盡管BDNPA/F自身及應(yīng)用于推進(jìn)劑后的機(jī)械感度都較低，但其一個重要缺點(diǎn)為BDNPA化學(xué)和熱穩(wěn)定性較差。在150℃真空下加熱48h,BDNPF基本保持不變，而BDNPA至少分解30%，形成了新的固體和液體產(chǎn)物，接著進(jìn)一步分解，并且BDNPA比BDNPF對酸性水解敏感[49-50]。為了解決BDNPF/A熱穩(wěn)定性的問題，研究人員又開發(fā)了2,2-二硝基-1,3-二硝氧基丙烷 (NPN)等新的偕二硝基類增塑劑，但NPN的熱穩(wěn)定依然沒有得到解決[51-52]。

綜上所述，BDNPF/A使CMDB推進(jìn)劑拉伸強(qiáng)度提高，延伸率下降；在能量及燃燒性能方面，在RDX-CMDB中加入BDNPF/A改性后，有效提高了推進(jìn)劑的氧平衡、爆熱及比沖，在AP-CMDB推進(jìn)劑中采用BDNPF/A替代DEP，燃速大幅度提高。在安全性方面，NG-BDNPF/A撞擊感度與NG-DEP相當(dāng)。BDNPF/A鈍感性能優(yōu)良，與DEP相當(dāng)；BDNPF/A引入推進(jìn)劑后提高了燃速、能量及拉升強(qiáng)度，但是也存在缺點(diǎn)：熱穩(wěn)定性不夠，這影響了其在推進(jìn)劑中的應(yīng)用。從偕二硝基類典型增塑劑的發(fā)展及應(yīng)用還可以看出，增塑劑的熔點(diǎn)等輔助性能對推進(jìn)劑力學(xué)性能也有重要影響，熔點(diǎn)高導(dǎo)致增塑劑在常溫下是固體，增塑能力差，帶來推進(jìn)劑的力學(xué)性能差，分散性、均勻性都存在問題，影響了其在推進(jìn)劑中的應(yīng)用。

4 總結(jié)與展望

含能鈍感增塑劑優(yōu)異的鈍感性能和較高的能量使其作為NG的替代者，可以大幅度降低推進(jìn)劑的機(jī)械感度，并且具有優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性；作為惰性增塑劑的替代者時，可以大幅度提高推進(jìn)劑的能量，能提高推進(jìn)劑的燃速，可有效解決推進(jìn)劑能量與鈍感的矛盾，并且力學(xué)性能、燃燒性能優(yōu)良。但也存在一些問題：有的含能鈍感增塑的能量與NG相比較低；鈍感機(jī)理研究不透徹；有些含能鈍感增塑劑對推進(jìn)劑增塑效果較差，增塑能力不足。隨著武器裝備的發(fā)展，對彈藥的鈍感性能要求越來越高，含能鈍感增塑劑必然發(fā)揮更大的作用，建議以下幾方面可作為今后研究的重點(diǎn)：

(1)加強(qiáng)含能鈍感增塑劑的鈍感機(jī)理研究。含能鈍感增塑劑的鈍感機(jī)理研究較少，鈍感機(jī)理可以指導(dǎo)后續(xù)含能鈍感增塑劑的研發(fā)，可以合成出高能與鈍感并存的增塑劑，提高武器裝備的低易損性。

(2)加強(qiáng)含能鈍感增塑劑對固體推進(jìn)劑的塑化機(jī)理和增塑效能的研究。增塑劑增塑效果的優(yōu)劣直接影響推進(jìn)劑的力學(xué)性能，從而影響推進(jìn)劑中加入高能炸藥的最高含量，因此應(yīng)加強(qiáng)塑化機(jī)理方面研究，從而提高其增塑效能。