含能材料缓燃表层的智能构筑及其等离子体点火机理研究

Under the background of safe combustion of energetic materials at high loading density, high pressure (300-500MPa), high temperatrure (2000-2300K),transience and in a strong plasma radiation envrionment,this project deals with smart assembly of all dimensional deterred surface layer of energetic materials and interaction with plasma to reduce the initial burning rate of energetic materials while with easy ignition. Titanium dioxide (TiO2) nanoparticles were modified with poly(Dodecafluoroheptyl methacrylate). Then the migration and fixing process and technique parameters of modified TiO2 nanoparticles enriched on the surface of nitrocellulose were determined to form the all dimensional deterred surface layer appropriately. The sheath effect and chemical effect of deterred nitrocellulose ignited by plasma were analyzed to clarify the chemical and physical mechanism of plasma ignition of energetic materials. The burning rate model was established based on experimental results by the close vessel and quench burning test, considering the influence of the thickness and contents of deterred layer and high temperature resulted from plasma on the burning rate. The project will be great benefit to the controlling of combustion behavior of energetic materials and their application.

针对在高装填密度（增加20%以上）、高压(300-500MPa)、高温(2000-2300K)、瞬时条件下以及等离子体强辐射环境中的安全燃烧背景，本项目旨在智能构筑含能材料全尺寸缓燃表层，研究含能材料缓燃表层与等离子体相互作用机理，达到抑制起始燃速的同时又能提高点火能力的目的。本研究利用甲基丙烯酸十二氟庚酯均聚物对二氧化钛纳米粒子进行表面接枝改性，探究表面改性后二氧化钛纳米粒子在硝化纤维素成型过程中向表面迁移、锚定并形成全尺寸缓燃表层的机理和方法，分析等离子体在表面阻燃硝化纤维素的鞘效应和化学效应，揭示表面阻燃硝化纤维素等离子点火的化学与物理机制，建立燃速计算理论模型。本研究对实现含能材料燃烧行为的调控及应用具有重要意义。

针对实现含能材料在高装填密度、高压（300～500MPa）、高温（2400～2600K）、瞬时条件下以及等离子体强辐射环境中的稳定和安全燃烧背景，本项目利用含氟聚合物对二氧化钛纳米粒子进行表面改性，制备了低表面自由能的含氟高分子－二氧化钛纳米复合粒子；然后利用含氟粒子较低的表面自由能和外界约束条件等驱动力，在含能材料表面智能构筑全尺寸的含氟高分子－二氧化钛纳米复合粒子缓燃表层，并研究其与等离子体相互作用机理。结果表明，二氧化钛含氟聚合物纳米粒子分散性得到了改善，表面自由能减低，呈现不规则的核壳结构。含氟聚合物纳米粒子功能助剂的添加和智能钝感发射药的成型与现有发射药挤压成型工艺相容，含氟聚合物复合粒子可迁移富集在发射药表层，其表观燃速取决于含氟链段以及TiO2缓燃粒子在发射药表层的相对含量。智能钝感发射药的力学性能有所提高，含氟功能助剂对其热分解有缓燃作用，热分解的产物种类及浓度也发生了变化。等离子体有利于增强发射药点火和燃烧，与传统点火方式相比，等离子体点火方式能降低点火能量，并且能缩短点火延迟时间。其机理可用热点点火理论描述，并建立了等离子体点火条件下发射药燃速计算模型。本研究项目提出的含能材料智能构筑原理和方法可以达到抑制发射药起始燃速的同时又能提高点火能力的目的，为含能材料燃烧性能的调控及应用提供了理论指导。