【摘 要】
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为了研究微孔含能材料的挤出发泡工艺,本文以超临界二氧化碳（SC-CO2）作为发泡剂,醋酸纤维素（CA）作为硝化棉（NC）代料,在单螺杆挤出机中制备了微孔含能材料,并通过大量实验探究了工艺条件对微孔结构的影响规律;通过狭缝流变仪对发泡条件下含能材料的流动性能进行了研究;最后基于POLYFLOW软件模拟了含能材料在挤出口模中的泡孔长大过程和压力分布情况。本文的研究结果对微孔含能材料,尤其是高燃速发射药
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为了研究微孔含能材料的挤出发泡工艺,本文以超临界二氧化碳（SC-CO2）作为发泡剂,醋酸纤维素（CA）作为硝化棉（NC）代料,在单螺杆挤出机中制备了微孔含能材料,并通过大量实验探究了工艺条件对微孔结构的影响规律;通过狭缝流变仪对发泡条件下含能材料的流动性能进行了研究;最后基于POLYFLOW软件模拟了含能材料在挤出口模中的泡孔长大过程和压力分布情况。本文的研究结果对微孔含能材料,尤其是高燃速发射药、微孔发射药的连续化加工具有一定的指导作用。结果表明,随着SC-CO2注气量的增加,发泡样品的密度ρf降低了0.15 g·cm-3,泡孔密度从1.48×1014个/cm~3增加到了8.7×1015个/cm~3,泡孔直径减小了18.6μm。随着醇酮溶剂用量的增加,孔隙率先增加了3.84%,随后降低至29.10%,泡孔直径增大了66.3μm,泡孔密度减小。提高螺杆转速使泡孔密度从5.6×1013个/cm~3增加到了7.9×1015个/cm~3,泡孔直径减小了55.6μm。随着模具温度的升高,泡孔直径增大了12.1μm,泡孔密度降低了46%,孔隙率增加了9.47%,当温度升至30℃后,孔隙率出现下降趋势。流变性能测试结果显示,随着CO2注气量的增大,CA的黏度降低,流动性能提高,两传感器间的压降速率从1.12×10~5 Pa·s-1提高至1.35×10~5 Pa·s-1。挤出温度升高和溶剂比增加都会使CA的剪切黏度下降。螺杆转速的提高降低了SC-CO2/CA的黏度,并使压降速率从1.27×10~5 Pa·s-1增加至4.457×10~5 Pa·s-1。泡孔长大过程的模拟结果显示,随着CO2注气量增加,口模出口处的泡孔半径从32μm减小至7μm,口模出口处的流体密度也随之降低。口模温度从40℃升高至60℃后,口模出口处泡孔半径由12.5μm增大至43μm,模拟结果与实验结论具有良好的一致性。随着入口角的增大,口模入口处最大压力略微增加。毛细管段长度增加一倍,口模入口处最大压力从4.8×10~6Pa增加到了9.6×10~6 Pa,但压降速率基本不变。随着毛细管段直径从1 mm增加至4 mm,口模入口处最大压力从1.5×10~9 Pa减小至6.1×10~5 Pa,且压降速率显著降低。
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