فهرست مطالب

فصلنامه مواد پر انرژی
سال سیزدهم شماره 3 (پیاپی 39، پاییز 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/07/23
  • تعداد عناوین: 7
|
  • یدالله بیات*، مصطفی چیذری صفحات 145-151

    در پیشرانه های مرکب بایندر نقشی کلیدی در عملکرد پیشرانه دارد. بایندرها به دو دسته خنثی و پرانرژی تقسیم می شوند. گلیسیدیل آزید پلیمر (GAP) یکی از مهمترین بایندرهای پرانرژی محسوب می شود ولی خواص مکانیکی و حرارتی مطلوبی ندارد. هدف این طرح بهبود خواص GAP بواسطه ی کوپلیمر کردن آن با پلی کاپرولاکتون است. کوپلیمر تری بلاک پر انرژی جدید با استفاده از پلی گلیسیدیل آزید (GAP) به عنوان ماکرو آغازگر و روش پلیمری شدن کاتیونی حلقه گشا با استفاده از مونومر کاپرولاکتون و در حضور دی بوتیل تین دی لورات به عنوان کاتالیست با راندمان 91 درصد سنتز و روش سنتز نیز بهینه شد. تشکیل کوپلیمر سه دسته ای پلی کاپرولاکتون- پلی گلیسیدیل آزید - پلی کاپرولاکتون با استفاده از13CNMR,lHNMR,GPC وIR  تایید شد. رفتار حرارتی کوپلیمر سنتز شده نیز با استفاده از DSC-TGA بررسی شد که نتایج نشان دهنده افزایش پایداری حرارتی و کاهش دمای انتقال شیشه ای کوپلیمر سنتز شده نسبت به GAP است.

    کلیدواژگان: کوپلیمر، بایندر، پلی گلیسیدیل آزید، پلی کاپرولاکتون
  • میلاد قانع قره باغ، عباس کبریت چی*، مهدی اشرفی صفحات 153-161

    پلی بوتادی ان با انتهای هیدروکسیل (HTPB) رایج ترین بایندر مورد استفاده در پیشرانه های جامد مرکب می باشد اما به دلیل غیرپرانرژی بودن، به لحاظ عملکردی صرفا یک جرم مرده محسوب می شود؛ بنابراین جایگزینی HTPB با یک پلیمر پرانرژی احساس می شود. در این پژوهش، از رزین پلی بوتادی ان نیترودار شده با انتهای هیدروکسیل (NHTPB) با میزان نیتراسیون 2/12% به همراه رزین HTPB به عنوان بایندر بهره گرفته شد. بدین ترتیب، فرمولاسیون پایه پیشرانه HTPB (HB) تهیه شد و به عنوان نمونه شاهد، با دو فرمولاسیون پخت شده دیگر یعنی فرمولاسیون پیشرانه با نسبت 5% NHTPB به 95% HTPB (NH5) و فرمولاسیون پیشرانه با نسبت 10% NHTPB به 90% HTPB (NH10) از لحاظ خواص فیزیکی-مکانیکی، نرخ سوزش و حساسیت مقایسه شد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان NHTPB به HTPB از 5% به 10%، مدول یانگ، نرخ سوزش و حساسیت به ضربه و اصطکاک نسبت به پیشرانه شاهد افزایش و دانسیته اتصالات عرضی، میزان سختی و تنش بیشینه کاهش یافت.

    کلیدواژگان: پیشرانه جامد مرکب، رزین NHTPB، خواص فیزیکی- مکانیکی، نرخ سوزش، حساسیت به ضربه و اصطکاک
  • اسماعیل بزرگ صنوبری، حمیدرضا قاینی* صفحات 163-169

    در این پژوهش،  شرایط سنتز کربن فعال از پسماند پسته برای حداکثر جذبCOD  (مقدار اکسیژن مورد نیاز برای اکسیداسیون کل مواد) پساب واحد تولید رزین نیترو پلی بوتادی ان با گروه های انتهایی هیدروکسیل Nitro-HTPB در یک سیستم ناپیوسته بهینه شده است. به منظور بهینه سازی عوامل موثر بر آماده سازی کربن فعال از جمله نسبت عامل فعال ساز، دمای کربونیزاسیون و زمان فعال سازی از روش پاسخ سطحی با نرم افزار Design Expert استفاده شد شرایط بهینه برای نسبت عامل فعال ساز اسید فسفریک 76/2، دمای کربونیزاسیون بهینه C°  34/524 و زمان فعال سازی 04/38 دقیقه به دست آمد؛ که در این صورت کربن فعال آماده شده قادر به جذب 90 درصد COD پساب بود. مدل هم دمای فرندلیچ تطابق مناسبی با نتایج آزمایش داشت. کربن فعال آماده شده تحت آنالیزهای طیف مادون قرمز  (FTIR)و میکروسکوپ الکترونی روبشی(FESEM) قرار گرفت که به ترتیب پیوندهای به وجود آمده و مورفولوژی سطح را نشان دادند.

    کلیدواژگان: کربن فعال، COD، Nitro-HTPB، کربونیزاسیون، روش پاسخ سطحی
  • زهرا خدادادی پور، قربان حسینی*، مجتبی مهیاری، جواد محبی صفحات 171-179

    از آن جایی که تمایل به کلوخه ای شدن در نانو ذرات باعث کاهش فعالیت کاتالیزوری آن ها در پیشرانه ها می شود، بنابراین یک روش برای جلوگیری از تجمع و حفظ فعالیت کاتالیزوری نانو ذرات، بارگذاری آن ها روی بستر می باشد. گرافن سه بعدی دارای سطح ویژه بالا و ساختار متخلخل  می باشد. همچنین، گرافن سه بعدی یک بستر کارآمد برای رشد و اتصال نانو ذرات با میزان بارگذاری بال و پراکندگی بهتر می باشد. در این کار، ابتدا نانو ذرات اسپینل کرومیت مس و نانوکامپوزیت کرومیت مس/گرافن سه بعدی (CuCr2O4@3D-GFs) سنتز گردید. سپس به منظور مشخصه یابی آن ها آنالیزهای XRD و FESEM و TG انجام شد. نانوذرات اسپینل کرومیت مس و نانوکامپوزیت CuCr2O4@3D-GFs تهیه شده به عنوان کاتالیزور در فرآیند تجزیه گرمایی آمونیوم پرکلرات (AP) استفاده شدند و تاثیر کاتالیستی آن ها با آزمایش های DSC و TGA بررسی شد. نتایج تجزیه گرمایی AP در حضور 4%وزنی نانوذرات اسپینل کرومیت مس و %2 و 4% وزنی نانوکامپوزیتCuCr2O4@3D-GFs  تهیه شده با روش حلال-ضدحلال نشان داد که دو پیک گرمازای AP به یک پیک گرمازا تبدیل شد و پیک تجزیه دما بالای AP به ترتیب در دمای 348، 332 و  °C 321 ظاهر شد.

    کلیدواژگان: آمونیوم پرکلرات، تجزیه گرمایی، نانو کاتالیزور، کرومیت مس، گرافن سه بعدی
  • فاطمه ابریشمی*، محسن کارگر، حمزه سوری صفحات 181-188

    استفاده از نرم کننده ها در فرمولاسیون پیشرانه های جامد به ویژه پیشرانه های جامد دوپایه اجتناب ناپذیر است. پایه پلیمری پیشرانه های جامد دوپایه، نیتروسلولز می باشد. نرم کننده باعث افزایش انعطاف پذیری، کاهش ویسکوزیته و کاهش دمای انتقال شیشه ای آن می شود. نرم کننده های پرانرژی آزیدو استری، گروهی از نرم کننده های پرانرژی هستند که سازگاری خوبی با اجزای بایندرهای پرانرژی موجود در پیشرانه های جامد دارند. در این مقاله پنج نرم کننده آزیدواستری مختلف اتیلن گلیکول بیس آزیدواستات (EGBAA)، تری متیلن گلیکول بیس آزیدواستات (BAAGTM)، تترامتیلن گلیکول بیس آزیدواستات (TMGBAA')، پنتااریتریتول تتراکیس آزیدواستات (AAPETK) و آزیدو استر چند شاخه ای (HB-AZ) طی دو مرحله تشکیل استر و آزیددار شدن با بازده بین %55-92 با موفقیت سنتز شدند. آزیدو استرهای سنتز شده به وسیله ی طیف سنجی FT-IR و1H-NMR  شناسایی شدند. با بررسی پارامتر های مختلف مشخص گردید که نرم کننده پنتااریتریتول تتراکیس آزیدواستات و آزیدو استر چند شاخه ای در مقایسه با دیگر نرم کننده های آزیدواستری سنتز شده در کاهش مهاجرت نیتروگلیسرین موثرترند.

    کلیدواژگان: : نرم کننده، آزیدو استر، مهاجرت، نیتروگلیسرین، سوخت دوپایه
  • محمود گرجی* صفحات 189-195

    در شبیه سازی و مدل سازی پدیده های انتقال جرم و  طراحی تجهیزات جداسازی; و پیش بینی میزان انتقال جرم سوخت های امتزاج پذیر در حال تماس با یکدیگر، نیاز به داشتن ضرایب نفوذ است. در این تحقیق، یک دستگاه دیافراگم سل به منظور اندازه گیری ضریب نفوذ مایع-مایع ساخته شد. سپس ثابت سل دستگاه با استفاده از محلول کلرید پتاسیم 5/0 مولار معادل cm-2 188/0 به دست آمد.  بر اساس ثابت سل به دست آمده، ضرایب نفوذ دوجزئی برای محلول 5/0 مولار کلرید سدیم و محلول نرمال هپتان- بنزن با استفاده از دستگاه دیافراگم سل ساخته شده در دمای 25 درجه سانتی گراد به ترتیب 5-10×6/1 و cm2/s 5-10×38/2 به دست آمد. این ضرایب در مراجع به ترتیب برابر با 5-10×5/1 و cm2/s 5-10×29/2 گزارش شده اند. سپس با استفاده از برون یابی داده های ضریب نفوذ برای سیستم دوجزئی هپتان-بنزن، ضرایب نفوذ در رقت بی نهایت بنزن در هپتان، و هپتان در بنزن در دمای 25 درجه سانتی گراد به ترتیب برابر با 5-10×14/3 و cm2/s 5-10×88/1 به دست آمد. این ضرایب در مراجع به ترتیب برابر با 5-10×40/3 و cm2/s5-10×10/2 گزارش شده اند. نتایج ضرایب نفوذ اندازه گیری شده تطابق خوبی با  مقادیر موجود در مراجع نشان داد. درنهایت بررسی اثر دانسیته محلول های مایع در بخش بالا و پایین سل بر مقدار ضریب نفوذ اندازه گیری شده نشان داد که محلول با دانسیته بالاتر باید در بخش پایینی سل قرار گیرد.

    کلیدواژگان: اندازه گیری، ضریب نفوذ، مایع، دیافراگم سل
  • محمد رزمجویی، فتح الله امی*، محمد شهبازی صفحات 197-208

    در این بررسی، ابتدا به معرفی مدل های مختلف تحلیل جریان درون موتور موشک سوخت جامد پرداخته می شود. سپس با توجه به اینکه برخی از این مدل ها قادر به پیش بینی اثرات پدیده های مهمی همچون سوزش فرسایشی و شتاب طولی نمی باشند، بنابراین برای احتساب این اثرات بر روی بالستیک داخلی، با استفاده از معادلات جریان عمومیت یافته، یک مدل شبه یک بعدی استخراج شده است. جریان شبه یک بعدی غیر لزج و تراکم ناپذیر همراه با اصطکاک، تزریق جرم، تغییر سطح مقطع جریان به عنوان معادلات حاکم در نظر گرفته می شود. سپس با فرض شبه دائمی بودن جریان، در نظر گرفتن میزان افت فشار و تغییرات قطر گلوگاه نازل و صرف نظر کردن از انتقال حرارت در دیواره ها، در هر لحظه از زمان از معادلات حاکم در طول موتور انتگرال گیری شده و مشخصات جریان درون موتور از جمله توزیع فشار، دما و عدد ماخ در طول موتور و همچنین مشخصات عملکردی موتور مانند فشار محفظه در طی فرآیند سوزش به صورت تابعی از زمان تعیین شده است. با توجه به اینکه اثر سوزش فرسایشی بر نرخ سوزش سوخت جامد در شرایط مختلف محیطی حائز اهمیت است، برای مقایسه نتایج بدست آمده از این مدل سازی با روش های تجربی، از مدل سادرهلم برای مدل سازی سوزش فرسایشی استفاده شده است.

    کلیدواژگان: موتور سوخت جامد، بالستیک داخلی، شبه یک بعدی، مدل سادرهلم، سوزش فرسایشی، فشار محفظه
|
  • M. Chizari, Y. Bayat* Pages 145-151

    Binder has a key role in the performance of composite propellants. GAP is one of the most important energetic binders, however, it has not suitable mechanical and thermal properties, and Tg. The aim of this investigation is to improve the properties of GAP by its copolymerization with polycaprolactone. New energetic triblock copolymer was synthesized with a yield of 91% using glycidyl azide polymer (GAP) as a macroinitiator and following cation ring polymerization method using caprolactone monomer in the presence of dibutyltin dilaurate as catalyst. The synthesized PCL-GAP-PCL triblock copolymer was characterized using GPC, 13CNMR, ˡ HNMR, IR and its thermal behavior has been investigated using DSC
    TGA. The results show increasing of thermal stability and reduction of glass transition temperature of the synthesized copolymer compared to GAP.

    Keywords: Triblock Copolymer, Binder, Glycidyl Azide Polymer, Polycaprolactone
  • M. Qane Qarabagh, A. Kebritchi*, M. Asharafi Pages 153-161

    Hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) is the most commonly used binder in composite solid propellants. However, due to its non-energetic characteristic, it is recognized as a dead weight in practice. Therefore, replacing HTPB with an energetic polymer is essential. In this research,
    nitrated hydroxyl terminated polybutadiene resin (NHTPB) with 12.2% nitration rate, in combination with HTPB resin was used as binder . Thus, the HTPB propellant base formulation (HB) was prepared as a reference sample and its physical-mechanical properties, burning rate, and sensitivity were compared with two other cured formulations: the propellant formulation with binder ratio of 5% NHTPB and 95% HTPB (NH5) and the other with binder ratio of 10% NHTPB and 90% HTPB (NH 10). The results showed that, with increasing NHTPB to HTPB ratio from 5% to 10%, Young's modulus, burning rate, impact, and friction sensitivities were increased in comparison to reference propellant. In addition, the cross-linking density, hardness, and tension were decreased

    Keywords: Composite Solid Propellant, NHTPB Resin, Physical-Mechanical Properties, Burning Rate, Impact Friction Sensitivity.
  • E. Bozorg Senovbari, H. R. Ghayeni* Pages 163-169

    In this research, synthesis procedure of activated carbon (AC) was optimized from pistachio waste in order to maximize the COD (Chemical Oxygen Demand) removal from nitro hydroxyl-terminated polybutadiene (nitro-HTPB) resin production unit wastewater through a batch system. For this purpose, Response Surface Methodology (RSM) was applied to optimize the effective factors in AC synthesis preparation condition including impregnation ratio, carbonization temperature, and activation time. The optimal conditions for impregnation ratio by phosphoric acid, carbonization temperature, and activation time were 2.76, 524.34°C, and 38.04 min, respectively. It was obtained that, the as-synthesized AC (in accordance with the proposed condition set) is able to remove 90% of COD. The study shows that the “Freundlich isotherm” model was consistent with the results. Moreover, FT-IR and FESEM analysis were used to characterize bonds and surface morphology respectively.

    Keywords: Activated Carbon, COD, Nitro HTPB, Carbonization, Response Surface Methodology
  • Z. Khodadadipour, S. G. Hosseini*, M. Mahyari, J. Mohebbi Pages 171-179

    Since Nanoparticles (NPs) tend to agglomerate, their catalytic activities decrease during propellant operation. Therefore, loading the nanoparticles onto the support is a general method to prevent the agglomeration and maintain the catalytic activities of the nanoparticles. Three dimensional (3D) graphene has high surface area and porous structure. Furthermore, 3D-graphene is an efficient support to grow and anchor NPs with high loading and better dispersity. In this study, firstly CuCr2O4 spinel NPs and CuCr2O4@3D-GFs nanocomposite were synthesized. Then, the structure and particles size were determined by XRD, FESEM and TGA. The as-prepared CuCr2O4 NPs and CuCr2O4@3D-GFs nanocomposite were used as a promising catalyst for the thermal decomposition of ammonium perchlorate (AP) and their catalytic performance was investigated by differential scanning calorimetry and thermal gravimetric analysis (DSC/TGA). Thermal decomposition of AP in the presence 4 wt % CuCr2O4 NPs and 2 and 4 wt % CuCr2O4@3D-GFs nanocomposite prepared by solventantisolvent method showed that two exothermic peaks of AP merges into one peak and high-temperature decomposition appeared at 348, 332 and 321°C, respectively

    Keywords: Ammonium Perchlorate, Thermal Decomposition, Nano Catalyst, Copper Chromite, Three-Dimensional Graphene
  • F. Abrishami*, M. Karegar, H. Souri Pages 181-188

    Useing plasticizers in the formulation of solid propellants especially double-base solid propellants is inevitable. Double base propellants are composed of nitrocellulose (NC) polymer. Plasticizers increase flexibility and reduce viscosity and glass transition temperature. Energetic azido ester plasticizers are compatible with energetic binders in solid propellants. In this work, five different azido plasticizers as ethyleneglycol bisazidoacetate (EGBAA), trimethylene glycol bisazidoacetate (TMGAA), tetramethylene glycol bisazidoacetate (TMGBAA'), pentaerythritol tetrakis azidoacetate (PETKAA) and hyper-branched azidoester (HB-AZ) were successfully synthesized in two steps (formation of ester and azidation) with 55-92% yields. The synthesized azidoesters were identified by FT-IR and 1H-NMR spectroscopies. Study of the different parameters showed that pentaerythritol tetrakis azidoacetate and hyper-branched azidoester are more effective in reduction of the nitroglycerin migration than the other synthesized azidoesters.

    Keywords: Plasticizers, Azido Ester, Migration, Nitroglycerine, Double Base Propellants.
  • M. Gorji* Pages 189-195

    In simulation and modeling of mass transfer phenomena, design of separation equipment; and predicting the mass transfer of miscible fuels, the mass transfer coefficients is required. In this study, a diaphragm-cell was manufactured to measure the liquid-liquid diffusion coefficient. The cell constant was obtained to be 0.188 cm-2 with 0.5 molar solution of potassium chloride solution. Based on this value, the binary diffusion coefficients of 0.5 molar sodium chloride and heptane-benzene solutions were obtained as 1.6×10-5 and 2.38×10-5 cm-2/s at 25 °C, respectively. These coefficients have been previously reported respectively as 1.5×10-5 and 2.29×10-5 cm2/s at 25 °C. Afterward, the infinite dilution diffusion coefficients of heptane in benzene and benzene in heptane at 25 °C were obtained as 3.14×10-5 and 1.88×10-5 cm2/s, respectively. These coefficients have also been previously reported as 3.4×10-5 and 2.10×10-5 cm-2/s respectively. The measured diffusion coefficients showed a good agreement with literature values. Finally, investigating the effect of liquid density of upper and lower part of the diaphragm cell on the measured value of diffusion coefficient showed that the solution with higher density should be charged in the lower part of the cell.

    Keywords: Measurement, Diffusion Coefficient, Liquid, Diaphragm-Cell.
  • M. Razmjooei, M. Shahbazi, F. Ommi* Pages 197-208

    In this study, different flow analysis models in solid rocket motor are presented. Amongst these models, some are not capable of predicting the effects of significant phenomena such as erosive burning and longitudinal acceleration. In order to consider these effects on the internal ballistic, a quasi-one-dimensional model was developed which employs generalized flow equations. A non-viscous and incompressible quasi-one-dimensional flow with friction, mass injection and flow crosssection variation were taken into account in the governing equations. Then, assuming quasi unsteady flow and considering pressure drop and variation of nozzle throat diameter, and also neglecting the heat transfer in the walls, the governing equations were integrated along the engine length at each time increment. Finally, the flow characteristics inside the engine including the distribution of pressure, temperature, and Mach number along the engine as well as functional characteristics of the engine such as chamber pressure during the burning process were determined as a function of time. Erosive burning effects on the burning rate are of great importance at various conditions. Therefore,, the results of the model were compared with the experimental data of Saderholm model

    Keywords: Rocket Solid Propellant, Internal Ballistic, Quasi-One-Dimensional, Saderholm Model, Erosive Burning, Pressure Chamber