فهرست مطالب

تحقیق و توسعه مواد پرانرژی - سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 31، بهار و تابستان 1397)
  • سال چهاردهم شماره 1 (پیاپی 31، بهار و تابستان 1397)
  • تاریخ انتشار: 1398/09/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • فاطمه ابریشمی*، سیدعلی پورموسوی، نرگس زهری صفحات 1-13

    مواد منفجره قابل ذوب- ریخته گری به دلیل کاربردهای فراوانی که در نارنجک ها، خمپاره ها، گلوله های توپ، کلاهک ها و مین های ضدنفر دارند، مورد توجه قرار گرفته اند. پژوهش بر روی این دسته از مواد در طول بیش از چند دهه پیرامون مواد پرانرژی مختلف نظیر ترکیبات آروماتیک با گروه های C-NO2، N-NO2 و O-NO2، اصلاح و بهبود روش های سنتزی ترکیباتی که در حال حاضر در فرمولاسیون ها استفاده می شوند و آماده سازی فرمولاسیون های قابل ذوب-ریخته گری با ترکیبات مختلف صورت گرفته است. تراوش، تغییر حجم بالا از مایع به جامد، خنک کنندگی فوق العاده، رشد برگشت ناپذیر، شکنندگی و حساسیت غیرقابل پیش بینی، معایب فرمولاسیون های ذوب-ریخته گری فعلی هستند. این مقاله مروری اجمالی در مورد برخی از مواد منفجره قابل ذوب-ریخته گری را ارائه می دهد.

    کلیدواژگان: مواد منفجره قابل ذوب- ریخته گری، تری نیتروتولوئن، چگالی، حساسیت، سرعت انفجار، فشار انفجار
  • زهرا خدادادی، ستاره غلامی، سید قربان حسینی* صفحات 15-33

    آمونیوم پرکلرات (AP) یکی از اکسنده های اصلی در پیشرانه های جامد کامپوزیتی است. از این رو سنتز و کاربرد نانوذرات به عنوان کاتالیزور برای بهبود تجزیه ی گرمایی  AP یکی از موضوعات حیاتی در زمینه ی تحقیقات کاتالیزوری می باشد. نانو مواد بسیاری نظیر نانوذرات فلزی،  نانو اکسید فلزات، نمک فلزات و ترکیبات آلی فلزی به عنوان کاتالیزور برای بهبود تجزیه ی گرمایی AP به کار گرفته شده اند. در سال های اخیر نانوذرات به صورت یکنواخت بر بستر به ویژه بسترهای کربنی نشانده می شوند تا سطح فعال افزایش یابد و از تجمع نانوذرات جلوگیری شود تا بتوان خاصیت کاتالیزوری نانوذرات را افزایش داد. تمامی این افزودنی ها می توانند سرعت تجزیه، سرعت سوزش و بازده احتراق پیشرانه های جامد را با تغییر هدایت گرمایی، سد انرژی ترمولیز، گرمای واکنش و مکانیسم واکنش فاز گازی اجزاء اصلی پیشرانه نظیر  APافزایش دهند. در این مقاله ابتدا تاثیر نانوذرات فلزی و اکسید فلزی بر خواص تجزیه ی گرمایی آمونیوم پرکلرات مرور شده و سپس به بررسی اثر پوشش دهی این نانوافزودنی ها بر بسترهای پایه ی کربنی پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: آمونیوم پرکلرات، نانوذرات فلزی، نانوذرات اکسید فلزی، بستر کربنی، تجزیه گرمایی
  • کاظم براتی*، کیوان نصرت زادگان، بنیامین حسین دوست صفحات 35-50

    به علت اهمیت زیاد آمونیوم دی نیترآمید (aDN) به عنوان یک اکسیدکننده در پیشرانه های جامد و مایع، سنتز آن توجه زیادی را به خود جلب کرده است و روش های جدید و ابتکاری از سوی پژوهشگران سراسر جهان در این مورد معرفی شده و توسعه یافته است. موشک های سوخت مایع از سوخت و اکسیژن (یا سایر اکسید کننده ها) در حالت مایع تشکیل شده است. این اجزاء از قبل و یا در یک محفظه احتراق با هم ترکیب شده و مشتعل می شوند. جریان سوخت به موتور را می توان کنترل، مقدار تراست تولید شده را می توان تنظیم و موتور را می توان خاموش نمود. انتخاب سوخت برای موتور موشک های با سوخت مایع به عوامل زیادی نظیر سهولت عملیات  آماده سازی ، هزینه، سمیت و خطرات زیست محیطی و عملکرد بستگی دارد. هیدرازین از سال های 1960 میلادی به عنوان یک پیشرانه تک جزئی مایع استاندارد برای استفاده های تجاری و نظامی مطرح بوده است. با افزایش آگاهی از مباحث زیست محیطی (سمیت و سرطان زا بودن) و ایمنی در جا به جایی هیدرازین، ضرورت یافتن دیگر پیشرانه های تک جزئی مایع افزایش پیدا کرده است.. در طی سالیان گذشته پیشرانه های تک جزئی غیرسمی بر پایه آمونیوم دی نیترآمید (ADN) از سوی دانشمندان مورد آزمایش قرار گرفته اند و Isp بهتری از پیشرانه های حاوی هیدرازین نشان داده اند. در این مقاله مروری بر تهیه، بررسی خواص و تستهای عملیاتی پیشرانه های مایع تک جزئی بر پایه ADN ارائه شده است.

    کلیدواژگان: پیشرانه های مایع تک جزئی، آمونیوم دینیترآمید، هیدرازین، پیشرانش فضایی
  • منصور شهیدزاده*، اصغر بداقی صفحات 51-61

    نرم کننده ها مولکول های کوچک با وزن مولکولی کم هستند. این ترکیب ها نوعا ساختار استری دارند. نرم کننده ها دمای انتقال شیشه ای و ویسکوزیته پلیمر زمینه را کاهش می دهند و موجب افزایش انعطاف پذیری و فرایند پذیری مواد پلیمری می شوند. مشکل اساسی این افزودنی ها، این است که با گذشت زمان از بافت پلیمری مهاجرت می کنند و به بافت پلیمری تراوش می کنند.. در نتیجه خواص فیزیکی و مکانیکی پلیمر زمینه را تحت تاثیر قرار می دهند. راهکارهای مختلفی مانند افزایش وزن مولکولی نرم کننده، انتخاب ساختار اولیگومری برای نرم کننده، افزودن نانوذرات مواد معدنی و... برای کاهش و حذف مهاجرت مورد بررسی قرار گرفته است. راهکاری که اخیرا بسیار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته، استفاده از نرم کننده های واکنش پذیر است. در این راهکار نرم کننده به صورت کووالانسی به زنجیرهای پلیمر زمینه متصل می شود و از مهاجرت جلوگیری می کنند.

    کلیدواژگان: نرم کننده واکنش پذیر، مهاجرت، دمای انتقال شیشه ای، ویسکوزیته
  • مهدی پورمرتضوی*، سیده فاطمه حسینی، مریم منظوری صفحات 63-72

    پتاسیم نیترات به عنوان اکسیدکننده، یکی از اجزاء اصلی در برخی ترکیبات پیروتکنیک است. این نمک از ارزانترین نیترات های قلیایی و طبیعی در دسترس است که به طور گسترده در ترکیبات پیروتکنیکی مولد مادون قرمز،  فلیر و ترکیبات تاخیری به کار می رود. در نتیجه، بررسی خواص حرارتی آن از قبیل پایداری حرارتی، طول عمر، آنتالپی، دمای اشتعال، سینتیک تجزیه حرارتی و... از اهمیت بالایی برخوردار است. به منظور تخمین این ویژگی ها از روش های آنالیز حرارتی همچون وزن سنجی گرمایی، گرماسنجی روبشی تفاضلی و آنالیز حرارتی تفاضلی استفاده می شود. همچنین پایداری حرارتی ترکیب به مقدار، نوع و اندازه ذرات اکسیدکننده و نوع سوخت بستگی دارد. به همین منظور در این مقاله مروری بر رفتار حرارتی پتاسیم نیترات به صورت خالص و در مخلوط های پیروتکنیکی به عنوان اکسیدکننده در حضور سوخت های مختلفی (سیلیسیم، بور، آهن، لاکتوز، آلومینیوم، قلع و زیرکونیوم)  صورت خواهد گرفت. در نهایت، تاثیر سرعت حرارت دهی، اندازه ذرات، پیرشدگی و هم چنین حضور سایر نیترات ها بر رفتار حرارتی مخلوط های پیروتکنیکی شامل پتاسیم نیترات مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

    کلیدواژگان: پتاسیم نیترات، پیروتکنیک، وزن سنجی گرمایی، آنالیز حرارتی تفاضلی، گرماسنجی روبشی تفاضلی
  • سعید بابایی*، فائزه باغانی صفحات 73-86

    استفاده از مواد منفجره، بدون غیر حساس سازی می تواند منجر به انفجارهای فاجعه بار شود. در نتیجه، علاقه زیادی نسبت به چگونگی کاهش حساسیت مواد منفجره ایجاد شده است، زیرا کاهش حساسیت نسبت به ضربه و اصطکاک باعث کاهش خطرات ناشی از تولید، انتقال و نگهداری آن ها می شود. علاوه بر این، با توجه به کاربردهای خاص، سعی می شود همزمان با کاهش حساسیت، خواص ویژه ای نیز به مواد منفجره افزوده شده و قابلیت های آنان افزایش یابد. یکی از راه های کاهش حساسیت و همچنین افزودن خواص ویژه به مواد منفجره، پوشش دهی می باشد. از جمله این روش ها می توان به روش حلال-ضدحلال، سل-ژل، میکروکپسوله سازی، افشاندن-خشکاندن، مکانیکی-شیمیایی، تبخیر امولسیون حلال، احیاء شیمیایی در محل و فراصوت اشاره نمود. بسته به چگونگی روش پوشش دهی، نوع ماده پوشش شونده و همچنین درصد وزنی عامل پوشش دهنده نسبت به عامل پوشش شونده، می توان خواص متفاوتی را در مواد منفجره ایجاد نمود. این خواص توسط آزمون های مختلف قابل شناسایی است. در این مقاله مروری ضمن لزوم و اهمیت پوشش دهی مواد منفجره نیترامینی به منظور افزایش پایداری حرارتی و ایمنی همراه با عدم تغییر در محتوای انرژی آن ها به انواع روش های پوشش دهی سطح ذکر شده و سپس مطالعه ریخت شناسی و رفتار حرارتی اینگونه ترکیبات پرانرژی پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: پوشش دهی، مواد منفجره، نیترآمین ها، ریخت شناسی، تجزیه حرارتی
  • مرتضی غفوری*، سید حمزه سیادت، محمدعلی دهنوی صفحات 87-92

    بروز هر گونه نوسان و اغتشاش در فشار محفظه احتراق باعث خروج از شرایط پایداری احتراق می شود. دامنه این نوسانات به شرایط عملکردی موتور بستگی دارد و همیشه نامطلوب هستند، حتی اگر تبعات انفجار و تخریب نداشته باشند. در این مقاله ضمن بررسی فرآیند پدیده احتراق پیشرانه جامد مرکب و ناپایداری احتراق آن، اثرات مخرب احتمالی که ممکن است بر روی عملکرد موتور تاثیر گذار باشد بیان می شود. در ادامه به بررسی مطالعات تجربی عوامل موثر بر ناپایداری احتراق پرداخته ، سپس نمونه ای از مدل های حاکم بر ناپایداری احتراق را تشریح و در نهایت به مقایسه و نتیجه گیری چندین مدلسازی و شبیه سازی صورت گرفته، پرداخته شده است.

    کلیدواژگان: ناپایداری احتراق، فشار محفظه، پیشرانه جامد، مدلسازی و شبیه سازی، سوزش سایشی
|
  • F. Abrishami*, S. A. Pourmosavai, N. Zohari Pages 1-13

    Melt cast explosives have been considered for many applications in grenades, mortars, artillery shells, warheads and antipersonnel mines. The research has been done on the various energetic materials over several decades, such as aromatic compounds with C-NO2, N-NO2, and ONO2 groups, improved the synthesis of compounds, which are currently used in formulations and the preparation of melt cast formulations with various compositions. Exudation, high volume change from liquid to solid, super cooling, irreversible growth, fragility and unpredictable sensitivity are the disadvantages of existing melt cast formulations. This article is a systematic overview of melt cast explosives.

    Keywords: Melt Cast Explosives, Trinitrotoluene, Density, Sensitivity, Detonation Velocity, Detonation Pressure
  • Z. Khodadadipoor, S. Gholami, S. G. Hosseini Pages 15-33

    Ammonium Perchlorate (AP) is one of the most important oxidizer in composite solid propellants. Therefore, synthesis and application of nanoparticles as catalyst for improving thermal decomposition of AP is an important issue in catalysis research. There are a lot of nanomaterials for the thermal decomposition of AP such as nano metal particles, metal oxides, metals salts, and organometallic compounds. In recent years, in order to enhance catalytic activity, nanoparticles deposited on the carbon supports (Such as carbon nanotubes, graphene, graphene aerogels, etc.)to increase active surface and prevent agglomeration of nanoparticles. The synergistic effect between nanoparticles and supports based carbon can enhance catalytic activity . These additives can enhance the burning rate and combustion efficiency of the corresponding solid propellants by changing the thermal conductivity, energy barrier of thermolysis, heat of reaction, and gas-phase reaction mechanisms of the main ingredients of AP. In this paper, the effects of nano metals and nano metal oxides on the thermal decomposition of AP are reviewed and then the effect of these additives on supports based carbon is investigated.

    Keywords: Ammonium Perchlorate, Nano Metal Particle, Nano Metal Oxide Particle, Carbon Support, Thermal Decomposition
  • K. Barati*, K. Nosratzadegan, B. Hosseindoost Pages 35-50

    Owing to the prime importance of ammonium dinitramide (ADN) as an oxidizer in solid propellants, its synthesis has received a great amount of interest. There have been several new and innovative synthesis routes developed by researcher’s worldwide. Liquid-fuel rockets consist of a fuel and oxygen (or other oxidizer) in liquid state. These components are already being combined together or combined in a combustion chamber and ignited them. Can be controlled the fuel flow to the engine, regulated the amount of thrust produced and turned off the engine. Many factors go into choosing a propellant for a liquid propellant rocket engine. The primary factors include ease of operation, cost, hazard, environment and performance. For commercial and military use, hydrazine has been the standard liquid monopropellant since 1960s. Increased environmental awareness and safety issues in handling hydrazine made the propellant community to find other liquid monopropellant alternatives. Over the year’s nontoxic liquid monopropellants based of ADN have been experimented by scientists all over the world. In terms of specific impulse, ADN based monopropellant outperforms hydrazine. This paper reviews the preparation, characterization and functional testing of liquid propellant based ADN is presented.

    Keywords: Liquid Monopropellant, Ammonium Dinitramide, Hydrazine, Space Propulsion
  • *A. Bodaghi, M. Shahidzadeh Pages 51-61

    Plasticizers are small molecules that have low molecular weight. These compounds typically have an esteric structure. The plasticizers reduce the glass transition temperature and the viscosity of the matrix polymer and enhance the flexibility and processability of polymer materials. The main problem of these additives is that they migrate from the polymeric matrix and exude to the surface of polymer. As a result, the physical and mechanical properties of the polymer are affected. Various strategies, such as increasing molecular weight of plasticizer, selection of oligomeric structure for plasticizer, adding nanoparticles of minerals, etc., have been investigated to reduce and eliminate migration. An approach that has recently been interest to researchers is the use of reactive plasticizers. In this approach, plasticizers covalently attaches to the polymer chains and prevents migration.

    Keywords: Reactive Plasticizers, Glass Transition Temperature, Click Chemistri, Azid Polimer
  • S.F. Hosseini, S.M. Pourmortazavi*, M. Manzouri Pages 63-72

    Potassium nitrate as oxidant is one of the main components in the some pyrotechnic compounds. This salt is the cheapest amongst the alkali nitrates and naturally available that widely used in pyrotechnic compounds of infrared, flare and delay compounds. Consequently, the investigation its thermal properties have considerable significance such as thermal stability, lifetime, enthalpy, deflagration thermal, thermal decomposition kinetics, etc. are of great importance. In order to estimate these properties, thermal analysis methods such as thermogravimetric analysis, differential scanning thermometry and differential thermal analysis are used. The thermal stability of the composition depends on the amount, type and size of the oxidizing particles and the type of fuel.In orther to, in this paper, a review will be made of the thermal behavior of potassium nitrate form pure and in pyrotechnic mixtures as oxidizing agents in the presence of various fuels (silicon, boron, iron, lactose, aluminum, tin and zirconium). Finally, the effect of heating rate, particle size, aging and also the presence of other nitrates on the thermal behavior of pyrotechnic mixtures containing potassium nitrate will be investigated.

    Keywords: Potassium Nitrate, Pyrotechnic, Thermogravimetric Analysis, Differential Thermal Analysis, Differential Scanning Calorimetery
  • S. Babaee*, F. Baghani Pages 73-86

    Use of explosives, without desensitization could be lead to tragic explosions. Therefore a great interest to how decreasing of explosives sensitivities has been created. Because sensitivity decreasing to impact and friction can be cause to reduce dangers of their production, transmission and maintenance. Furthermore due to special applications, it tries to along with reduce sensitivities, special properties to explosives are added and their capabilities will increase. One way to reduce sensitivity and also adding special properties to explosives is coating. Depending on the coating method process, type of coated compound and also weight percent of coating agent to coated compound it is possible to create different properties for explosives. These properties are detectable by various tests. In this overview article, within introducing of different methods for coating nitramine explosives, morphological characteristics as well as their thermal behavior before and after coating are investigated.

    Keywords: Coating, Explosives, Nitramines, Morphology, Thermal analysis
  • M. Ghafoori*, H. Khanizadeh, S. H. Syadat, M. A. Dehnavi Pages 87-92

    The oscillation and turbulence in the combustion chamber pressure causes to the combustion instability. The range of these oscillations depends on the propellant formulation, and components of the structure and the grain design, as well as the operating conditions of the motor. It is possible that the combustion instability doesn't lead to explosion and destruction, however, it is not desirable to the ideal design. In this paper, while study the process of solid propellant combustion and combustion instability, its possible effects on motor performance are discussed. The factors affecting the formation of instability, such as grain dimensions, combustion gas flow rate, erosive burning and combustion chamber pressure have been studied. In addition to the review of empirical method for the combustion instability study, the prediction of combustion instability in composite solid-propulsion motors by means of modeling, numerical solution and simulation methods is described

    Keywords: Unstable Combustion, Gas Generators, Solid Propellants, Modeling, Simulation, Erosive Burning