金属氢化物的表面改性及应用研究

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氢能是二十一世纪的绿色环保新能源,H2的分子量最小,单位质量燃烧热值最高,且具有燃烧性能良好、点火速度快、燃烧产物不破坏环境等特点,是一种优良的火箭燃料。但是受目前技能条件的限制,在固体火箭推进剂中没有办法添加液态的氢,最有可能的方法是通过金属氢化物把氢引进到固体推进剂中。金属氢化物是发展前途较好的一种储氢材料,具有储氢量大,性质稳定的特点,其燃烧热要比金属的燃烧热更高,这一特点使其在含能材料方面具有很高的研究应用价值。本文分别使用端羟基聚丁二烯(HTPB)和十八烷基胺对氢化钛(TiH2)、氢化镁(MgH2)以及氢化锂(LiH)进行了表面包覆改性,以便于提高氢化物与固体推进剂主要成分高氯酸铵(AP)的相容性,增加氢化物在固体推进剂中的分散性,同时研究了改性氢化物对AP热分解性能的影响。1.以固体推进剂常用粘结剂-端羟基聚丁二烯(HTPB)为包覆剂,2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)为固化剂对氢化钛(TiH2)、氢化镁(MgH2)进行了表面包覆改性,以十八烷基胺为包覆剂对氢化锂(LiH)进行了表面包覆改性。采用FTIR、SEM、XRD、XPS、TG/DSC等对包覆结果进行了表征;用SEM、XRD、TG/DSC表征了包覆前后的LiH。结果表明,在TiH2、MgH2和LiH的表面包覆了一层致密有机膜;包覆后的TiH2和MgH2中均出现了N-H键的吸收振动峰;HTPB对TiH2和MgH2的包覆对TiH2和MgH2的晶型和热力学性能并没有产生明显的影响;包覆改性后的TiH2和MgH2中均检测到了C、N、O三种元素,没有检测到Ti和Mg元素;HTPB包覆TiH2的包覆率是40.97%,HTPB包覆MgH2的包覆率是63.45%;在纯LiH颗粒的表层也成功的包覆了十八烷基胺;十八烷基胺对LiH的包覆对LiH的晶型产生了轻微的影响;十八烷基胺包覆LiH的包覆率是25%。2.通过对包覆后的金属氢化物和AP的复合粒子进行XRD分析可知,HTPB对TiH2、MgH2的包覆有效的阻止了AP对TiH2和MgH2的氧化。观察TiH2和MgH2在HTPB中的分散性可知,包覆之后的TiH2和MgH2在HTPB中都具有很好的分散性。3.三种金属氢化物对AP热分解的影响结果表明,TiH2对AP的热分解过程具有较好的促进作用,随着添加TiH2含量的增加,TiH2对AP在低温时的热分解呈现出一定的阻碍作用,能够使AP在高温时的热分解温度降低,使AP的热分解放热量增加。MgH2能够显著的促进AP的热分解,随着添加MgH2含量的增多,MgH2对AP在低温时的热分解具有一些阻碍作用,能够使AP在高温时的热分解温度降低,增加了AP的热分解放热量。LiH的添加使得AP在低温和高温时的分解峰合并成一个放热峰,并且能够明显地促进AP的热分解。添加了LiH之后,AP在高温时的分解温度降低,放热量增加。4.三种金属氢化物对AP动力学研究结果表明,改性TiH2和AP复合粒子在低温分解时的活化能是101.1296KJ/mol,在高温分解时的活化能是162.062KJ/mol;改性MgH2和AP复合粒子在低温分解时的活化能是104.27KJ/mol,高温分解时的活化能是141.44KJ/mol;改性LiH和AP复合粒子在分解时的活化能是88.757KJ/mol。与纯AP的活化能相比,包覆后的TiH2、MgH2和LiH能够明显的降低AP热分解的活化能,这表明包覆后的金属氢化物对AP的热分解过程具有明显的促进作用。
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