فهرست مطالب

مواد پر انرژی - سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 31، پاییز 1395)

فصلنامه مواد پر انرژی
سال یازدهم شماره 3 (پیاپی 31، پاییز 1395)

  • تاریخ انتشار: 1395/10/08
  • تعداد عناوین: 7
|
  • سجاد دمیری *، کریم اسماعیل پور، سکینه رحیمی صفحات 3-12
    آمینوگوانیدینیوم: گوانیدینیوم تری فلوئورواستات (AG: GTFA) یک مخلوط مایع یونی پرانرژی و غیر حساس برای استفاده در فرمولاسیون های انفجاری ذوب-ریخته گری می باشد که امروزه استفاده از آن در صنایع دفاعی موردتوجه قرارگرفته است. در بخش اول این تحقیق، مایع یونی آمینوگوانیدینیوم تری فلوئورواستات (AGTFA) با راندمان تقریبی65% و نقطه ذوب oC 2 58 از هیدروژناسیون نیتروگوانیدین (NQ) در حضور پودر روی و تری فلوئورواستیک اسید در مقیاس آزمایشگاهی تهیه شد. آنگاه گوانیدینیوم تری فلوئورواستات (GTFA) با راندمان 98 و نقطه ذوب°C 160 از گوانیدین کربنات تولیدی از گوانیدین نیترات، سنتز گردید. در ادامه، آنالیزهای کمی و کیفی لازم، ازجمله نقطه ی ذوب، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای هیدروژن (1HNMR)، کربن (13 C NMR) و فلوئور (19 F NMR) و آنالیز حرارتی دیفرانسیلی (DTA) و گرماوزن سنجی (TG) به منظور شناسایی و تایید کیفیت مواد حدواسط یا محصولات صورت گرفت. سپس دو ماده GTFA با نقطه ذوب بالا و AGTFA با نسبت وزنی 1: 1 مخلوط گردید که درنتیجه آن یک مایع یونی پرانرژی مرکب AG:GTFA با نقطه ذوب °C 84- 76 حاصل شد و کیفیت محصول با آنالیز حرارتی مطالعه گردید. مایع یونی مذکور با توجه به مشکلات نشت اجزای تری نیتروتولوئن در مهمات ذوب-ریخته گری و تغییرات حجمی آن ها، قابلیت استفاده و جایگزینی در کاربرد مذکور را دارد.
    کلیدواژگان: مایع یونی پرانرژی، آمینوگوانیدینیوم، گوانیدینیوم تری فلوئورواستات، سنتز، ذوب، ریخته گری
  • احمد ملایی *، سید مهدی سدابی، مهدی اشرفی صفحات 13-19
    در این تحقیق به اثر اندازه ذرات و شکل پودر آلومینیم بر خواص سینتیکی و ترمودینامیکی تجزیه حرارتی HMX در یک فرمولاسیون PBX پرداخته شد. پودر آلومینیم نانوساختار بکار رفته، ورقه ای شکل و دارای ضخامت nm 40-30 بوده است. پارامترهای سینتیکی و ترمودینامیکی با دو روش محاسباتی کسینگر و فلاین- وال اوزاوا (FWO) مبتنی بر داده های کالریمتری روبشی تفاضلی و تحت شرایط غیرهم دما با نرخ های گرمایش 5، 10، 15 و 20 درجه سلسیوس بر دقیقه بررسی و نتایج با داده های بدست آمده از فرمولاسیون حاوی پودر میکرونیزه مقایسه شد. بررسی های انجام شده نشان داد که جایگزینی پودر نانوساختار به جای پودر میکرونیزه موجب کاهش انرژی فعال سازی واکنش تجزیه حرارتی HMX به میزان kJ/mol 35 و در نتیجه کاهش پایداری حرارتی فرمولاسیون می شود. علاوه براین فاکتور پیش نمایی، دمای بحرانی انفجار گرمایی و دمای کوک آف 500 روز فرمولاسیون به طور محسوسی کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: پودر آلومینیم نانو ساختار، HMX، آنالیز حرارتی، پارامترهای سینتیکی، خواص ترمودینامیکی
  • نگار ذکری، رضا فارغی علمداری *، وحید مالکی صفحات 21-28
    استفاده از نرم کننده پرانرژی N-بوتیل-N-(2-نیتروکسی اتیل) نیترآمین (بوتیل ننا) در ساختار پیشرانه ها دارای مزایایی از جمله عدم مهاجرت در سوخت، پایداری حرارتی بالا، حساسیت پایین فرمولاسیون، بهبود خواص مکانیکی و افزایش ایمپالس بدلیل پایین بودن وزن مولکولی گازهای حاصل از احتراق می باشد. در این مطالعه دو نوع مایع یونی اسیدی [(Ph)3P(CH2)4 SO3H][PTSA]) و [(Ph)3P(CH2)4 SO3H][HSO4]) ) سنتز و شناسایی شدند و به عنوان کاتالیزورهای سبز و قابل بازیافت در سنتز نرم کننده پرانرژی بوتیل ننا مورد استفاده قرار گرفتند. این کاتالیزورها در حضور اسیدنیتریک 65% و یا اسید نیتریک 100% به خوبی واکنش تهیه بوتیل ننا از طریق نیتراسیون n-بوتیل اتانول آمین را کاتالیز کرده اند. استفاده از این مایعات یونی در سنتز بوتیل ننا با مزایایی همچون راندمان بالای تولید محصول، زمان کوتاه واکنش، بکارگیری کاتالیزور سبز، غیر سمی و غیرخورنده، قابلیت بازیابی و استفاده مجدد از کاتالیزور و نهایتا صرفه اقتصادی همراه می باشد.
    کلیدواژگان: پیشرانه، نرم کننده پرانرژی، N، بوتیل، N، (2، نیتروکسی اتیل) نیترآمین، مایعات یونی اسیدی، کاتالیزور قابل بازیافت
  • محمدرضا نایب حسینی *، محمد فردوسی صفحات 29-35
    تعین زمان انبارداری پیشرانه ها یکی از مسائل مهم است. که تعیین آنها نیازمند تحلیل دقیق پارامترهای سینتیکی واکنش تخریب است. یکی از روش های بررسی واکنش تخریب و تعیین پارامترهای سینیتکی واکنش تخریب، استفاده از، آنالیز حرارتی است. در این مقاله ابتدا با استفاده از روش کالریمتری روبشی تفاضلی (DSC)، واکنش تخریب حرارتی در یک نمونه پیشرانه تک پایه، درسه سرعت گرمادهی 1، 2 و K/min 3 بررسی شد. سپس با استفاده از روش مستقل از مدل هم تبدیلی فریدمن، انرژی فعالسازی متوسط در حدود kJ/mol 185تعیین گردد، سپس با استفاده از تحلیل سینتیکی ترکیبی روش Ma’lek و رسم Master Plot، مدل واکنش و فاکتور پیش نمایی تعیین می گردد. میزان فاکتور پیش نمایی در حدود s-118+10× 75/2و مدل سینتیکی تعیین شده واکنش از نوع واکنش مرتبه ای و به صورت f(α)=(1-α)2.2 سپس با توجه به پارامترهای سینتیکی و مدل واکنش، محاسبات تخمین طول عمر به ازاء کاهش 5% در کسر تبدیل انجام شد و میزان طول عمر برای دمای 0C25در حدود 4/22 سال پیش بینی گردید. تمامی مراحل انجام محاسبات از ابتدا تا انتها در نرم افزار MATLAB کد نویسی گردیده است
    کلیدواژگان: آنالیز حرارتی، سینتیک، پیشرانه، طول عمر، تخریب حرارتی، هم تبدیلی فریدمن
  • ناصر دشتیان گرامی، غلامحسین لیاقت *، غلامحسین رحیمی، نجمه خضراییان صفحات 37-46
    در این مقاله، فرآیند نفوذ پرتابه های پیشرو در سرجنگی های دو مرحله ای ضد استحکامات به روش های تجربی و عددی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. معمولا این نوع پرتابه ها از نوع خرج گود و یا شکل یافته انفجاری می باشند. در این تحقیق هندسه و جنس لاینر پرتابه های پیشرو به عنوان دو پارامتر اساسی در فرآیند نفوذ مورد توجه ویژه قرار گرفته است. آزمون های برخورد اجرا شده بر روی اهداف بتنی توسط پرتابه های پیشرو با لاینرهای مخروطی و کروی با جنس های آلومینیوم و مس، تطابق بسیار خوبی را با نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی انجام شده با استفاده از نرم افزار AUTODYN نشان می دهد. نتایج حاکی از آن است که استفاده از پرتابه های خرج گود با لاینرهای آلومینیومی نسبت به پرتابه های شکل یافته انفجاری با لاینرهای آلومینیومی و نیز نسبت به لاینرهای مخروطی و شکل یافته انفجاری مسی، نفوذ، قطر تونل و تخریب بالاتری در اهداف بتنی به جای می گذارد و بنابراین انتخاب آنها می تواند گزینه مناسبتری برای پرتابه های پیشرو در سرجنگی های دو مرحله ای باشد.
    کلیدواژگان: نفوذ، پرتابه دو مرحله ای، پرتابه پیشرو، بتن، خرج گود، EFP
  • منصور شهیدزاده *، منا رضایی صفحات 47-57
    پلی استرپلی ال های پر انرژی به عنوان بایندر جایگزین در پیشرانه های جامد کامپوزیت پر انرژی استفاده می شوند. در این تحقیق، ابتدا پلیمر پلی (2،2- بیس برمو متیل)-3،1- پروپیلن آدیپات از طریق واکنش تراکمی مستقیم 2،2دی برمو-3،1- پروپان دی ال و آدیپیک اسید سنتز شده و سپس آزیداسیون این پلیمر در حضور سدیم آزید، منتهی به تشکیل پلی آزیدو استر شد. پلی آزیدواستر با استفاده از آنالیز های DSC، GPC، FTIR، 1HNMR و آنالیز عنصری شناسایی و مشخصه یابی شد. شد. نتایج کروماتوگرافی ژل تراوا نشان می دهد که میانگین عددی جرم مولکولی پلی آزیدو استر حدود 5900 دالتون است همچنین نتایج DSC/TGA نشان میدهد که پلی آزیدو استر در طی یک فرایند سه مرحله ای تجزیه میشود. که دو مرحله اول مرتبط با تجزیه گروه های آزیدومتیل است .همچنین برای تفسیر کاهش دمای انتقال شیشه ای پلی آزیدو استر ، حرکت میل لنگی در واحد تکراری پلیمر ازطریق حرکت همزمان زاویه دووجهی ملشد و مشخص شد که انرژی اکتیواسیون برای پلی آزیدواستر کمتراست و این پلیمر با سهولت بیشتری حرکت میل لنگی را انجام می دهد و به همین دلیل دمای انتقال شیشه ای آن کمتر از پلی برمواستر است.
    کلیدواژگان: 2، 2 دی برمو، 3، 1، پروپاندی ال، آدیپیکاسید، پلیمریزاسیون تراکمی، پلی آزیدو استر پلی ال، بایندر
  • سعید بابایی *، علی نجفی صفحات 59-68
    در این تحقیق تاثیر نرم کننده های فتالاتی در ترکیب عایق اتیل سلولز و نانوکامپوزیت اتیل سلولز/ سیلیکا بر میزان مهاجرت نیتروگلیسرین از یک نمونه پیشرانه دوپایه بررسی گردید. برای این منظور ابتدا نمونه های مختلف عایقی و نانوکامپوزیتی حاوی 10، 15 و 20 درصد در قسمت رزینی (phr) از نرم کننده های دی اتیل فتالات، دی بوتیل فتالات و بیس2-اتیل هگزیل فتالات تهیه شد و سپس پیشرانه دوپایه با روش ساندویچی تحت آزمون مهاجرت قرار گرفت. تغییرات وزن نمونه (به عنوان معیاری از مهاجرت) در زمان های مشخص اندازه گیری شد و سپس مقدار نیتروگلیسرین موجود در نمونه ها توسط روش کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) اندازه گیری شد. نتایج نشان می دهد که با افزایش مقدار نرم کننده از 10 به 20 phr، در نمونه حاوی دی اتیل فتالات میزان افزایش وزن از 14/14 به 98/15 درصد و مقدار نیتروگلیسرین از 67/12 به 74/14 درصد افزاش داشته است. در نمونه ی حاوی دی بوتیل فتالات نیز میزان تغییر وزن از 61/19 به 86/25 درصد و مقدار نیتروگلیسرین از 56/14 به 86/19 درصد افزایش یافت. در ادامه استفاده از نرم کننده ی بیس2-اتیل هگزیل فتالات با غلظت phr 10 در ترکیب عایق، میزان افزایش وزن و مقدار نیتروگلیسرین به ترتیب 89/31 و 23/25 درصد را نشان می دهد. همچنین با افزایش مقدار دی اتیل فتالات از 10 به 20 phr، در نانوکامپوزیت اتیل سلولز/سیلیکا (حاوی phr 5/0 نانوسیلیکا با متوسط اندازه ذره 12 نانومتر) میزان تغییر وزن و مقدار نیتروگلیسرین تقریبا ثابت ولیکن در نانوکامپوزیت اتیل سلولز/دی بوتیل فتالات/سیلیکا میزان تغییر وزن از 48/21 به 95/26 درصد و مقدار نیتروگلیسرین از 27/16 به 30/21 درصد افزایش یافت.
    کلیدواژگان: مهاجرت، نیتروگلیسرین، پیشرانه دوپایه، عایق، اتیل سلولز، نرم کننده
|
  • S. Damiri*, K. Esmaeilpour, S. Rahimi Pages 3-12
    Aminoguanidinium: guanidinium trifluoroacetate (AG:GTFA) has recently been considered in the defense industries as an insensitive and energetic ionic liquid for using in melt-pour explosive formulations. In the first section of this research, aminoguanidinium trifluoroacetate (AGTFA) with efficiency of %65 and melting point of 58.0±2.0 °C was synthesized by hydrogenation of nitroguanidine (NQ) in the presence of zinc powder and trifluoroacetic acid. Then, in the next section, guanidinium trifluoroacetate (GTFA) with efficiency of %98 and melting point of 160.0 °C was synthesized by using guanidinium carbonate intermediate, prepared from guanidine nitrate. The various quantitative and qualitative analytical methods such as melting point, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), 1H, 13C, and 19F nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), differential thermal analysis (DTA) and thermal gravimetric (TG) techniques were applied to approve the quality of ionic liquids and their intermediates. Finally, two products of AGTFA and GTFA were mixed in 1:1 weight ratio to achieve a homogenized AG:GTFA energetic ionic liquid, having a relatively low melting point near to 76-84 °C. This interesting ionic liquid can be considered as trinitrotoluene (TNT) replacement, due to exudation and volume change problems in TNT based melt-pour explosive formulations.
    Keywords: Energetic Ionic Liquid, Aminoguanidinium, Guanidinium Trifluoroacetate, Synthesis, Melt, Pour
  • A. Mollaei*, S. M. Sodabi, M. Ashrafi Pages 13-19
    In this research, the effects of the particle size and shape of aluminum powder on the kinetics and thermodynamic properties of HMX thermal decomposition in a PBX formulation were investigated. Nano-structured aluminum powder has flaked shape and thickness of about 20-30 nm. Kinetics and thermodynamic parameters were calculated by both Kissinger and Flynn-Wall-Ozawa (FWO) methods based on differential scanning calorimetry under non-isothermal condition with heating rate of 5, 10, 15 and 20 °C/min. Results compared with the same composition formulated by micronized aluminum powder. Calculations showed that the activation energy of thermal decomposition of HMX decreased 35 kJ/mol by replacement of nano-structured Al powder instead of micronized particle. Furthermore pre-exponential factor, Critical Temperatures for the Thermal Explosion, and 500-day cookoff temperature decreased significantly.
    Keywords: Nano, Structured Aluminum Powder, HMX, Thermal Analysis, Kinetics Parameters, Thermodynamic Properties
  • N. Zekri, R. Fareghi Alamdari *, V. Maleki Pages 21-28
    Use of energetic plasticizer, N-Butyl-N-(2-Nitroxyethyl) Nitramine (BuNENA), in the propellants’ formulations, has some advantages such as not migration in the fuel, high thermal stability, low sensitivity of the propellant formulation, improvement in mechanical properties and raising the impulse due to light molecular weight of combustion gases. In this study two acidic ionic liquids ([(Ph)3P(CH2)4SO3H][PTSA] and [(Ph)3P(CH2)4SO3H][HSO4]) were synthesized, characterized and used in the synthesis of BuNENA energetic plasticizer, as green and reusable catalysts. These catalysts have efficiently catalyzed the synthesis reaction of BuNENA via the nitration of n-butyl ethanol amine in the presence of nitric acid 65% or nitric acid 100%. Use of these ionic liquids in the synthesis of BuNENA has some benefits such as high yield of the product, short reaction time, use of green, non corrosive, non toxic and reusable catalyst and finally economic procedure.
    Keywords: Propellant, Energetic Plasticizer, N, Butyl, N, (2, Nitroxyethyl) Nitramine, Acidic Ionic Liquids, Reusable Catalyst
  • M. R. Nayebhosseini*, M. Ferdowsi Pages 29-35
    Determinations of lifetime for propellants require exact evaluation of thermal decomposition kinetic parameters. Thermal analysis is one of the tools for investigation of thermal decomposition reaction and its kinetic parameters. In this article, thermal decomposition process for a single-base propellant is investigated under 1, 2 and 3 K/min heating rates. Then by using Friedman isoconversionalmodel free method, average activation energy is determined about 185 kJ/mol. In continuous by using Ma’lek combined kinetic analysis and plotting master curves, kinetic model (f(α)) and pre-exponential factor (A) are determined. Results are: f (α) = (1-α) 2.2, A=2.75×10 s-1. Finally predicted lifetime for 250C and 5% degree of conversion are about 22.4 years.It is necessary to said that all calculation steps from start up to end are programming in MATLAB software.
    Keywords: Thermal Analysis, Kinetic, Propellant, Lifetime, Thermal Decomposition, Friedman Icoconversional
  • Nasser Dashtian Gerami, Gholam Hossein Liaghat *, Gholam Hossein Rahimi, Najmeh Khazraiyan Pages 37-46
    In this paper, the penetration process of the follow warhead in anti structure tandem projectiles is investigated by numerical and experimental methods. These projectiles are usually shaped charge or EFP. In the follow projectile, geometry and material are considered as the two main parameters. Numerical modeling of the problem has been performed in AUTODYN code. The numerical results have been compared with the experimental ones and show good agreement with experimental tests. The results indicate that the use of shaped charge with aluminum liner has higher penetration and destruction to concrete target than EFP with copper and aluminum liner and shaped charge with copper liner, thus shaped charge follow projectile with aluminum liner is a best choice for use in anti structure tandem warhead.
    Keywords: Penetration, Tandem Warhead, Follow Projectile, Concrete, Shaped Charge, EFP
  • Mansoor Shahidzadeh *, Mona Rezaei Pages 47-57
    polyester polyol can be used in high energy propellant as a binder.In this research, polyazido polyester was synthesized from direct polycondensation reaction between adipic acid and 2,2-bis(bromomethyl)-1,3-propanediol. Then, azidation of poly bromoester afford polyazidoester as an energetic polyester. polyazidoester have identified and characterized by FTIR,HNMR,GPC,DSC and elemental analysis methods. The result of GPC showed that the molecular weight of synthesized polyester is about 5900 Dalton..The result of TGA/DSC showed that the thermal decomposition of polyazidoester involved three steps. it is found that the first and second steps were mainly corresponding to the thermal decomposition of azidomethyl groups (CH2N3) to methylnitrene group, and the third step was mostly corresponding to the thermal decomposition of the remaining polyester backbone. Also for interpreting the dropping of glass transition temperature of azidoester ,the crankshaft motion of repeating unit was modeled by grid search about two -O*-CH2-C(CH2Br)2-CH2OH dihedral angles using semiempirical calculation. The results have shown that the activation energy of crankshaft motion of the polyester segments have reduced by substitution of brome with azide which caused the Tg of polyazidoester is lower incomparison to polybromoester .
    Keywords: 2, 2, Bis(Bromomethyl), 1, 3, Propanediol, Adipic Acid, Condensation Polymerization, Poly Azido Ester, Binder
  • S. Babaee*, A. Najafi Pages 59-68
    In this research, the effect of phthalate plasticizers in ethyl cellulose and ethyl cellulosesilica composite was investigated on the nitroglycerin migration from a double base propellant. In this manner, first different insulator and nanocomposite samples containing 10, 15 and 20 phr of diethyl phthalate, dibutyl phthalate and bis 2-ethylhexyl phthalate were prepared and then the double base propellant was examined under migration test by sandwich method. Changes in sample weight (as migration criteria) for significant times were determined and then nitroglycerine amounts were measured by liquid chromatography (HPLC) technique. The results showed that with increasing of the amount of plasticizer from 10 to 20 phr, in sample containing diethyl phthalate, the insulator weight was increased from 14.14 to 15.98 percent and nitroglycerin amount was added from 12.67 to 14.74 percent. Also in the sample containing dibutyl phthalate, the weight gain was increased from 19.61 to 25.86 and nitroglycerin amount was added from 14.56 to 19.86 percent. In follows, use of bis 2-ethylhexyl phthalate with 10phr concentration in the insulator showed the increased weight and nitroglycerin amount of 31.89 and 25.23 percent respectively. Furthermore with increasing of diethyl phthalate concentration from 10 to 20 phr in ethyl cellulosesilica nanocomposite (involving 0.5 phr silica with an average particle size of 12 nanometer), the weight gain and nitroglycerin is nearly constant, but at ethyl cellulose dibutyl phthalatesilica composite the insulator weight was increased from 21.48 to 26.95 percent and nitroglycerin amount was added from 16.27 to 21.30 percent.
    Keywords: Migration, Nitroglycerin, Double Base Propellant, Insulator, Ethyl Cellulose, Plasticizer