بخشی از مقاله
چکیده
امروزه با موفقیت تکنولوژی پیشرانه جامد مرکب، پلیمرهای پرانرژی جایگزینی بسیار مناسب برای پلیمرهای خنثی میباشند. با توجه به حضور گروههای پرانرژی مانند نیترات استر - ONO2 - و آزیدو - N3 - در ساختار این پلیمرها، کاهش نیاز به مواد منفجره پرکننده، کاهش حساسیت نسبت به محرکهای خارجی و افزایش عملکرد سیستم میتواند از نتایج این جایگزینی باشد. PGN با انرژی، چگالی و تعادل اکسیژن بسیار بالا و همچنین حساسیت بسیار پایین در مقایسه با سایر پلیمرهای پرانرژی متداول، پلیمری بسیار مناسب به منظور استفاده در سیستمهای بایندری است. اما مشکل کهولت و بازگشت -پخت این پلیمر مانع از توسعه روزافزون آن میباشد که در این مطالعه به همین موضوع پرداخته شده و پس از بررسی خصوصیات پخت و عوامل موثر بر آن روشی برای تولید پلیمری با عاملیت بالا، عمر نگه داری طولانی مدت و بدون بازگشت-پخت و همزمان حفظ خواص مکانیکی مطلوب و خاصیت پرانرژی بودن منحصر به فرد این پلیمر، ارائه شده است.
-1 مقدمه
در دهه 1950، دانشمندان متوجه نیاز به توسعه بایندرهای پرانرژی مشتق از پلیمرهای پرانرژی برای فرمولاسیونهای مواد پرانرژی شدند . - Ang & Pisharath, 2012 - در سالهای اخیر نیز پلیمرهای پرانرژی به عنوان جایگزین بالقوه برای بایندرهای پلیمری خنثی در سیستمهای پیشرانه ریخته گری، ترکیبات منفجره و پیروتکنیکها مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفتهاند . - Paraskos, Dewey, & Edwards, 2010 - عبارت پلیمرهای پرانرژی اشاره به حضور بخشهای پرانرژی از قبیل فلوئورو - F - ، نیترو - -NO2 - ، نیترات - -NO3 - یا آزید - -N3 - در بایندر دارد.
دو روش برای سنتز پلیمرهای پرانرژی وجود دارد: - 1 پلیمره کردن یک مونومر نیتراته - 2 افزودن گروههای پرانرژی به یک پلیمر خنثی . - Agrawal, 2010 - وجود گروههای عاملی پرانرژی در پلیمر نیاز به مواد منفجره پرکننده را کاهش میدهد و بدین وسیله فرمولاسیونهایی با حساسیت کمتر نسبت به محرکهای خارجی به دست میآید. همچنین با استفاده از بایندرهای پرانرژی به جای خنثی امکان دستیابی به عملکرد بهتر وجود خواهد داشت.
یک انتخاب فوری با کاربرد بایندری برای پلیمر پرانرژی نیترو سلولز NC بود. با این وجود NC یک سری خواص مکانیکی نامطلوب، به ویژه ازدیاد طول بسیار پایین در دماهای کمتر از دمای محیط دارد. با وجود به کارگیری چندین روش برای بهبود این ویژگی، هیچ یک از این روشها منجر به فرمولاسیونهایی با عملکرد قابل قبول نشد. بنابراین سری جدیدی از پلیمرهای پرانرژی برپایه پلیاتر با هدف ویژه کاربردهای بایندری توسعه یافتند. پلیگلیسیدیل نیترات - PGN - - که با نام پلیگلین نیز شناخته میشود - - شکل - 1 اولین پلیمر پرانرژی یافت شده برای کاربردهای بایندری بود . - Ang & Pisharath, 2012 -
شکل -1 ساختار شیمیایی PGN
کار اولیه روی PGN توسط تلن1 و همکارانش در دهه 1950 در مرکز جنگ سطحی نیروی دریایی 2 - NSWC - انجام شد. دومین ارزیابی به عنوان پیشرانه در آزمایشگاه پیشرانش جت 3 - JPL - انجام گرفت . - Ang & Pisharath, 2012 - اما توسعه PGN به دلیل خطرناک بودن فرآیندهای تهیه مونومر ، خالص سازی و پلیمره کردن آن به تاخیر افتاد. بازگشت به تحقیقات سنتزی آن سالها زمان برد. تا اینکه در دهه 1990، تولید تجاری PGN و بررسی کاربردهای آن دوباره شروع شد - Zhang, . - Luo, Wang, & Luo, 2015 در اوایل دهه 1990، آژانس تحقیقات دفاعی - DRA - در انگلستان، از دینیتروژن پنتوکسید - N2O5 - به عنوان عامل نیتراته کننده استفاده مفیدی برد و یک فرآیند ایمن برای تهیه محلول مونومر GN از گلیسیدول با بازدهی و خلوص بالا - شکل - 2 ایجاد کرد . - Ang & Pisharath, 2012 -
شکل -3 سنتز PGN
PGN که به صورت یک پلیمر گلیسیدیل نیترات دو عاملی سنتز میشود، با یک ایزوسیانات چند عاملی پخت میشود تا عاملیتی بیشتر از 2.3 داشته و پلیمری با اتصالات عرضی یورتانی به وجو آورد. پلیایزوسیاناتهای آلیفاتیک به عنوان عاملهای پخت انتخاب میشوند. با وجود اینکه پیش پلیمر گلیسیدیل نیترات زمان نگه داری قابل قبولی دارد، اما معلوم شد که PGN پخت شده متداول، به طور ذاتی تحت تاثیر دماهای بالا برای دورههای طولانی مدت دچار بازگشت-پخت 1 میشود. اگر پیشگیری انجام نگیرد پس از مدتی، PGN پخت شده میتواند دچار بازگشت- پخت شود تا حدی که تبدیل به یک مایع روان شود . - Sanderson & Martins, 2004 - به همین دلیل، پخت PGN و عوامل موثر بر آن از اهمیت بالایی برخوردارند و در این تحقیق سعی شده که این موضوع مورد بررسی قرار گیرد.
-2 روشهای مختلف سنتز مونومر گلیسیدیل نیترات و پلیمره کردن آن به PGN
همانطور که قبلا اشاره شد در اوایل دهه 1990 ، با استفاده از دینیتروژن پنتوکسید - N2O5 - به عنوان عامل نیتراته کننده یک فرآیند ایمن برای تهیه محلول مونومر GN از گلیسیدول با بازدهی و خلوص بالا ارائه شد. اما به منظور اطمینان از تبدیل کامل گلیسیدول به GN، بایستی گلیسیدول قبل از فرآیند نیتراته کردن با تقطیر خالص سازی شود - Ang & Pisharath, . - 2012 سپس برای سنتز GN توسط ATK Thiokol یک روش جدید منتشر شد که به تکنیکهای تقطیر و تبخیر قبل از پلیمره کردن GN - شکل - 4 نیازی ندارد . - Paraskos, Sanderson, & Cannizzo, 2004 -
شکل -4 سنتز گلیسیدیل نیترات از گلیسرین
در یک مطالعه ترمودینامیکی، پارامترهای موثر در تبدیل هر چه بیشتر گلیسرین به 1، -3 دی نیتروگلیسرین، نسبت مولی نیتریک اسید به گلیسرین، دمای واکنش، نسبت مولی گلیسرین به دیکلرومتان و فشار بیان شده و حالتهای بهینه برای آن نیز ارائه شده است . - Astuti, Supranto, & Prasetya, 2015 - پلیمره کردن GN به PGN با روش پلیمره کردن باز شدن حلقه کاتیونی در حضور کاتالیست اسیدی و آغازگر الکلی چند عاملی - پلیال - - شکل - 5 انجام میگیرد . - Paraskos et al., 2004 -
