2.2 NPBA与HMX界面作用的实验结果

2.2.1 NPBA与HMX的粘附功和界面张力

采用动态接触角测试仪的Wilhelmy吊片法和Modified washburn法，分别测试了合成的3种NPBA和HMX在不同液体中的接触角θ，结果见表3.

表3 NPBA和HMX在不同液体中的接触角

由表3中测试结果，应用Owens-Wendt-Rabel-Kaelble(OWRK)表面张力计算方法，分别拟合得到3种NPBA和HMX的表面张力γ、极性分量γp和非极性分量γd(结果见表4)，计算公式如下：

表4 NPBA和HMX的表面张力

由表4中测试结果，计算得到3种NPBA分别与HMX之间的界面张力γAB为

计算得到3种NPBA分别与HMX之间的粘附功WAB.界面张力和粘附功计算结果见表5.

表5 NPBA与HMX之间的界面张力和粘附功

由表5可知，NPBA3与HMX的粘附功最大(113.34 mN/m)，且界面张力最小(4.81 mN/m)，表明3种NPBA中NPBA3与HMX的浸润性(粘结性)最好，且外力破坏粘接界面需做的功(粘结强度)最大。与NPBA1相比，虽然NPBA2与HMX的粘附功相对较大(分别为75.06 mN/m和78.38 mN/m)，但其界面张力相对也大(分别为21.51 mN/m和24.12 mN/m)，表明NPBA2与HMX的粘结强度大于NPBA1，但浸润性略弱。

从上述实验结果可知，用—COOCH2CH2OH基团取代—COOCH3基团(用HEA取代MA链节)，或增加—CN基团数量(增加AN链节)，NPBA更容易吸附于HMX颗粒表面，增强了二者间的粘结性；同时，增加—CN基团数量，或用—COOCH3基团取代—COOCH2CH2OH基团，有利于NPBA在HMX颗粒表面浸润和铺展，增强了二者间的亲和性。

2.2.2 NPBA对推进剂力学性能的影响

分别在-40℃、20℃、50℃温度条件下，采用单向拉伸实验得到了含与不含NPBA推进剂的最大拉伸强度σm和最大伸长率εm，其结果见表6.

由表6可知，加入NPBA后，推进剂的强度得到不同程度的提高，表明3种NPBA均有效吸附于HMX颗粒表面，并与固化剂发生交联反应，从而显著提高了推进剂的强度。3种NPBA中，NPBA3提高推进剂强度的程度最为显著，NPBA2次之，NPBA1再次，与粘附功的大小次序一致。

此外，比较表6中的伸长率数据可知，相对于NPBA1和NPBA3，—OH基团数量最多的NPBA2提高推进剂伸长率的程度最小，原因可能是—OH基团数量过多导致键合剂与粘结剂过度交联，反而对推进剂的伸长率造成不利影响。

表6 NPBA对推进剂力学性能的影响

上述实验结果与2.1节中模拟结果相符，结合能与粘附功之间存在对应关系，即NPBA与HMX的结合能越大其粘结性能越好，增加推进剂强度的效果越好。

3结论

1)HMX与NPBA界面原子间存在近程、远程范德华力和氢键作用力，这些作用力的强弱与—CN基团的数量、—COOCH2CH2OH基团的数量及其空间位阻作用有关。

2)NPBA与HMX的粘附功与结合能之间存在对应关系，即二者间的粘附功越大其结合能越大；用—COOCH2CH2OH基团取代—COOCH3基团，或增加—CN基团数量，整体上增强了NPBA与HMX晶体的界面作用力，使复合体系结合能增加，推进剂强度增大。

3)本文采用的MD模拟方法对于研究NPBA与HMX之间的界面作用具有较高的准确度，可用于指导NPBA分子设计。