Συμπεριφορά πυρόλυσης συμπολυμερούς αζιδίου πολλαπλών βραχιόνων ως καύσιμο στερεού πυραύλου
Η υψηλή ενέργεια για καύσιμο πυραύλων είναι ένας από τους κύριους στόχους που επιδιώκουν οι επιστήμονες. Οι ομάδες αζίδο έχουν θετική θερμότητα σχηματισμού και απελευθερώνουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας κατά την πυρόλυση. Επομένως, πολλά πολυμερή αζιδίου (όπως GAP, PBAMO και PAMMO) χρησιμοποιούνται ως συνδετικό καύσιμο για πύραυλους.
Ωστόσο, παρουσιάζουν κακές ιδιότητες χαμηλής θερμοκρασίας λόγω του χαμηλού μοριακού τους βάρους και της μικρής κύριας αλυσίδας πολυαιθέρα.
Για να λύσουμε αυτά τα προβλήματα, έχουμε σχεδιάσει και συνθέσει ένα συμπολυμερές αζιδίου πολλαπλών βραχιόνων (POG) το οποίο έχει υψηλό μοριακό βάρος και χαμηλή θερμοκρασία μετάπτωσης υάλου. Η συμπεριφορά πυρόλυσης του POG για χρήση ως καύσιμο πυραύλων παίζει καθοριστικό ρόλο στον ρυθμό καύσης και στα χαρακτηριστικά ασφαλείας.
Με βάση τη σύνθετη πολλαπλή πυρόλυση του POG, μελετήθηκαν οι κινητικές και ο μηχανισμός αποσύνθεσής του σε ένα πείραμα και μέσω μιας λεπτομερούς προσομοίωσης. Η αποσυνέλιξη της μαθηματικής συνάρτησης είναι μια απλή και αποτελεσματική μέθοδος για μια αντίδραση πολλαπλών σταδίων. Η συνάρτηση asym2sig είναι ευεργετική για την αποσυνέλιξη των καμπυλών πυρόλυσης POG. Μέσω μεθόδων αποσυνέλιξης και κινητικής ανάλυσης, οι κινητικές τριπλέτες της πυρόλυσης POG αποκτήθηκαν επιτυχώς, αποκαλύπτοντας ότι n-th Το μοντέλο παραγγελίας και το μοντέλο 3D διάχυσης συναντούσαν τα δύο διαφορετικά πυρολυτικά στάδια του POG (Εικ.1).
Για περαιτέρω διερεύνηση της διαδικασίας πυρολυτικής αντίδρασης, η υπολειμματική μορφολογία και τα αέρια προϊόντα συλλαμβάνονται από SEM και TG-FTIR-MS. Αυτά τα αποτελέσματα δεν μπορούν να λάβουν ενδιάμεσες αντιδράσεις και η θερμοκρασία καύσης του καυσίμου πυραύλων μπορεί να φτάσει χιλιάδες βαθμούς Κελσίου. Ως εκ τούτου, η μοριακή προσομοίωση είναι μια καλή μέθοδος για την πυρόλυση POG σε υψηλές θερμοκρασίες. Μέσω της προσομοίωσης ReaxFF-MD, οι ενδιάμεσες αντιδράσεις του -N3 παρατηρήθηκε αποσύνθεση.
Με βάση αυτά τα πειράματα και τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, προτείναμε τη «θεωρία μετάβασης σταυροειδών στρώματος» της πυρόλυσης POG. Η αντίδραση κυκλοποίησης δια- και ενδομοριακής σταυροσύνδεσης των νιτρενίων, που παράγεται από πυρόλυση ομάδας αζιδο, σχηματίζει ένα νέο διασυνδεδεμένο στρώμα μετάβασης που καθυστερεί την αποσύνθεση του υπερδιακλαδισμένου πυρήνα πολυαιθέρα. Ο λεπτομερής μηχανισμός πυρόλυσης του POG παρουσιάζεται στο Σχ.2. Η μελέτη μπορεί να προσφέρει χρήσιμες πληροφορίες για τον μηχανισμό και την κινητική της πυρόλυσης για την αποτελεσματική χρήση του POG ως καυσίμου πυραύλων.
Αυτά τα αποτελέσματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Multistep pyrolysis Behaviour of core-shell type hyperbranched azide copolymer:Kinetics and αντίδραση μηχανισμός μέσω πειράματος και προσομοίωσης, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Fuel .
Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Guangpu Zhang, Jinqing Li, Mengyun Zhang, Shixiong Sun και Yunjun Luo από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας του Πεκίνου.
