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Combustion of GAP/HMX and GAP/TAGN Energetic Composite Materials

2000; Wiley; Volume: 25; Issue: 2 Linguagem: Inglês

10.1002/(sici)1521-4087(200004)25

1521-4087

Naminosuke Kubota, Takuo Kuwahara,

Thermal and Kinetic Analysis

Energetic composite materials (ECM) have high thermodynamic potential and flexible design capability. Two types of ECM were formulated as mixtures of glycidyl azide polymer (GAP) and crystalline materials. The crystalline materials evaluated were cyclotetramethylene tetranitramine (HMX) and triaminoguanidine nitrate (TAGN). The thermochemical properties of HMX and TAGN were different to each other: HMX is a high energy material but the burning rate is lower than that of TAGN. TAGN produces hydrogen as a combustion product and the thermodynamic potential becomes high even though the flame temperature is low. The results of burning rate measurement tests indicate that the burning rates of both ECM are decreased significantly by the addition of HMX and TAGN even though the burning rates of GAP, HMX, and TAGN are higher than those of the ECM. The temperature sensitivity of burning rate of GAP is reduced significantly by the addition of HMX and remains unchanged by the addition of TAGN. The reduced burning rates of GAP/HMX and GAP/TAGN are caused by the reduced heat flux transferred back from the gas phase to the burning surface. The reduced heat release at the burning surface of GAP/HMX is responsible for the reduced temperature sensitivity. Verbrennung von energetischen Komposit-Materialien auf Basis von GAP/HMX und GAP/TAGN Energetische Komposit-Materialien weisen ein hohes thermisches Potential mit vielfältigen Designmöglichkeiten auf. Es wurden zwei Komposits aus Mischungen von GAP und kristallinen Materialien formuliert. Bei den kristallinen Materialien handelt es sich um HMX und TAGN. Sie unterscheiden sich in ihren thermochemischen Eigenschaften: Der Energieinhalt von HMX ist höher als der von TAGN, es zeigt aber eine niedrigere Abbrandrate. Da bei der Verbrennung von TAGN Wasserstoff entsteht, weist es trotz seiner niedrigen Verbrennungstemperatur ein hohes thermisches Potential auf. Die beiden Komposit-Mischungen ergeben deutlich geringere Abbrandraten als die der Einzelkomponenten GAP, HMX und TAGN. Die Temperaturempfindlichkeit der Abbrandrate von GAP wird durch den Zusatz von HMX deutlich reduziert und durch TAGN nicht beeinflußt. Die niedrigeren Abbrandraten von GAP/HMX und GAP/TAGN erklären sich aus einem geringeren Wärmerückfluß von der Gasphase zur Abbrandoberfläche. Die geringere Wärmefreisetzung an der Abbrandoberfläche von GAP/HMX ist für die geringe Temperaturempfindlichkeit verantwortlich. Combustion de matériaux composites énergétiques à base de GAP/HMX et de GAP/TAGN Les matériaux composites énergétiques offrent un potentiel thermique élevé et de nombreuses possibilités en matiére de dimensionnement. On a formulé deux composites à partir de mélanges de GAP et de matériaux cristallins. Les materiaux cristallins utilisés sont l'octogène et le TAGN. Ils se distinguent par leurs propriétés thermochimiques: le contenu énergétique de l'octogéne est supérieur à celui du TAGN, mais sa citesse de combustion est plus faible. Etant donné que le TAGN produit de l'hydrogène lors de la combustion, il possède un potentiel thermique élevé en dépit de sa faible température de combustion. Les deux mélanges composites donnent des citesses de combustion nettement plus faibles que celles des composants individuels GAP, HMX et TAGN. La sensibilité à la température de la vitesse de combustion du GAP est nettement réduite par l'addition de HMX et reste inchangée par l'addition de TAGN. Les vitesses de combustion plus faibles du GAP/HMX et du GAP/TAGN s'expliquent par un flux thermique plus faible de la phase gazeuse à la surface de combustion. Le dégagement de chaleur plus faible sur la surface de combustion du GAP/HMX est responsable de la sensibilité de la sensibilité en température réduite.