TDI在现代武器装备中的应用进展

杨彩云 王新志 赵进进

摘  要：本文论述了甲苯二异氰酸酯（TDI）在军事工业武器装备中的应用状况，其不仅在高性能固体推进剂中作为固化剂使用，而且在高能炸药中作为粘结剂使用。

关键词：TDI;推进剂;应用

1.引言

甲苯二异氰酸酯（TDI）是常用的多异氰酸酯的一种，而多异氰酸酯是聚氨酯（PU）材料和重要基础原料。

本文主要讨论TDI在武器装备领域中的应用。在军事工业中二异氰酸酯可以作为固化剂与端羟基聚丁二烯与环氧类、有机二元酸或反应生成的一种聚氨酯，这种聚氨酯具有良好的力学及工艺性能，广泛用于复合推进剂的粘合剂，固体推进剂耐烧蚀包覆材料等^[1]。

2.TDI在高能固体推进剂中的应用

随着固体火箭发动机技术的不断发展，对固体推进剂的能量性能要求越来越高，大剂量硝酸酯增塑的聚醚类推进剂（NEPE推进剂）就是为了满足这种发展需求而被研究开发出来的一种高能固体推进剂，这种推进剂既保留了双基推进剂的能量特性，又具有聚醚类复合固体推进剂优良的力学性能，具有广阔的应用前景^[2]。但在NEPE推进剂工程应用前，必须首先解决最薄弱的衬层/推进剂界面的粘接问题。

为了提高衬层与推进剂的界面粘接性能，国内外开展了大量的研究工作。在衬层/推进剂粘接体系设计中，必须考虑衬层和推进剂中粘合剂体系的固化反应速率，衬层和推进剂配方通过采用相同的固化剂，将界面区域两个主要部分的固化速率的差别减到最小，为推进剂和衬层的粘接提供活性表面。固化剂则视情况分别选用异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、脂肪族二聚二异氰酸酯（DDI）等多异氰酸酯类化合物。这类化合物通过异氰酸酯基团（-NCO）与活泼氢在界面区域的化学反应，从而提高界面粘接性能。

Ingvar和Jeffery^[3]研制了一种HTPB/DDI衬层配方，与NEPE推进剂的粘接性能优良，90°剥离强度达到9.64N/cm，而一般衬层与NEPE推进剂的90°剥离强度仅为1.05N/cm。

尹华丽^[4]等人采用富立叶变换红外光谱（FTIR）和全反射红外光谱（FTIR/ATR），研究了半固化的HTPB/TDI衬层表面的活性基团以及不同的-NCO基团与不同羟基的反应速率。研究结果表明：半固化的HTPB/TDI衬层表面含有大量的-NCO基团;HTPB/TDI衬层和NEPE推进剂粘合剂相的-NCO基与-OH的交叉反应速度较NEPE推进剂的固化反应速度快得多。HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂界面的化学反应机理是粘合剂相中-OH基和-NCO基的交叉反应，其中衬层中TDI分子的-NCO基与PEG分子的-OH基的反应速度稍快于NEPE推进剂中N100分子的-NCO基与HTPB分子的-OH基的反应;在界面区域，HTPB/TDI衬层与NEPE推进剂通过氨基甲酸酯键形成化学粘接。

3.TDI在高能PBX炸药中应用

浇注高聚物粘结炸药（PBX）是一种典型的多组分颗粒填充型聚合物复合材料，其组分中包括含能成分和聚合物粘结剂。含能成分在 PBX 中占的比率依据配方的不同而各不相同，一般情况下都在 80% ～90% 范围内以满足 PBX 应用时的能量需求。聚合物粘结剂组分所占的比例虽很小，但固化网络的性质及其固化反应动力学决定着 PBX 的工艺、力学、贮存等性能。

陈清元^[5]等人采用傅立叶变换红外光谱（FT-IR）对端羟基聚丁二烯（THPB）/甲苯二异氰酸酯（TDI）不同配比体系的反应速率进行了测定，并比较了不同THPB/TDI 配比的反应体系。结果表明不同配比体系的活化能不相同，当THPB/TDI 的摩尔比为2：1 时反应体系具有两个表观活化能。

金平^[6]等人对端羟基聚丁二烯/甲苯二异氰酸酯甲苯溶液体系进行了反应动力学研究，用基团分析方法计算了相应体系的活化能，并对无催化剂和有催化剂的体系作了比较。结果表明二丁基二月桂酸象对上述体系有强的催化作用，使体系的活化能降低，反应速度加快。对于对端差基聚丁二烯/甲苯二异氰酸酯体系，无催化剂时前后期反应活化能分别为29.1kJ/mol、37.4 kJ/mol。

4.结论

TDI具有优良的性能，不仅在民用工业中具有广泛的用途，而且在军事工业是不可缺少的重要化工原材料，随着尖端武器装备对高性能固体推进剂的和高能不敏感炸药的迫切需求，相信在将来，TDI在将来的武器装备中的应用越来越广泛。

参考文献

[1]  Kakade S D，Navale S B，Narsimhan V L. Studies on interface properties of propellant liner for case-bonded composite propellants[J]. Energetic Materials，2003，21：73-85.

[2]  郑剑. 高能固体推进剂技术回顾与展望[J]. 固体火箭技术，2001，24（3）：28-34.

[3]  Ingvar A w，Jeffery Oyler. nitrate ester plasticized energetic compositions method of making and rocket motor assemblies containing the same [P]. 6632378.2003.影響研究[J].化学推进剂与高分子材料，2013，11（3）：52-55.

[4]  尹华丽，王清和. 界面粘结性能的影响因素[J].固体火箭技术，1998，21（3）：40-46.

[5]  陈清元，陈中华，程时远，等. HTPB/TDI的反应动力学研究[J]. 高分子材料科学与工程，1996，12（3）：45-49.

[6]  金平，陈建定. HTPB/TDI、HDI聚合反应动力学研究[J]. 功能高分子学报，1998，11（4）：493-497