火炸药学报    2018, Vol. 41 Issue (3): 278-284   DOI: 10.14077/j.issn.1007-7812.2018.03.011
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引用本文  

屈蓓, 潘清, 唐秋凡, 齐晓飞, 蔚红建, 李吉祯. NEPE推进剂中硝酸酯扩散的分子动力学模拟及实验研究[J]. 火炸药学报, 2018, 41(3): 278-284. DOI: 10.14077/j.issn.1007-7812.2018.03.011
QU Bei, PAN Qing, TANG Qiu-fan, QI Xiao-fei, YU Hong-jian, LI Ji-zhen. Molecular Dynamics Simulation and Experimental Study on Migration of Nitric Ester in NEPE Propellant[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2018, 41(3): 278-284. DOI: 10.14077/j.issn.1007-7812.2018.03.011

基金项目

国家自然科学基金(No.21401124)

作者简介

屈蓓(1987-), 女, 硕士, 助理研究员, 从事固体推进剂配方及工艺研究。E-mail:525482693@qq.com

通信作者

李吉祯(1980-), 男, 博士, 研究员, 从事固体推进剂配方及工艺研究。E-mail:jizhenli@126.com

文章历史

收稿日期:2018-01-16
修回日期:2018-04-26
NEPE推进剂中硝酸酯扩散的分子动力学模拟及实验研究
屈蓓, 潘清, 唐秋凡, 齐晓飞, 蔚红建, 李吉祯     
西安近代化学研究所, 陕西 西安 710065
摘要: 针对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂中硝酸酯迁移扩散影响装药服役寿命的问题,采用分子动力学模拟与液相色谱实验相结合,开展硝酸酯(NG/BTTN)在NEPE推进剂中扩散机理及扩散系数的理论计算研究,并探讨了温度对NG和BTTN在NEPE推进剂中扩散行为的影响。结果表明,NG/PEG体系中NG分子的空间位置对初始位置的偏离程度相比于BTTN/PEG体系中BTTN分子较大,且BTTN分子在两个温度条件下的扩散系数均小于NG分子;实验计算的NG和BTTN在55℃和65℃下扩散系数的数量级与分子动力学模拟计算结果相同,通过模拟计算得到两种温度下NG分子在共混体系中的扩散系数分别为3.42×10-13 m2/s(65℃)和4.81×10-14 m2/s(55℃),BTTN分子在共混体系中的扩散系数分别为2.93×10-13 m2/s(65℃)和4.25×10-14 m2/s(55℃);随温度升高,硝酸酯分子的扩散系数增大,即迁移性增大,这与分子动力学模拟结果一致。
关键词: 硝酸酯增塑聚醚推进剂     NEPE推进剂     硝酸酯     扩散系数     分子动力学模拟    
引言

硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂融合了双基推进剂与复合推进剂的优点,是目前装备导弹所使用的推进剂中能量较高、低温力学性能较好的一种推进剂[1-2]。由于采用了小分子硝酸酯作为NEPE推进剂的主要组分,贮存期间硝酸酯可能会逐渐向推进剂包覆层迁移扩散,对推进剂的性能造成危害,主要表现在以下4方面:(1)使推进剂中硝酸酯的含量降低,导致爆热、比冲等能量指标下降,影响推进剂的内弹道性能[3];(2)降低包覆层的耐烧蚀性能,影响其阻燃效果,并导致包覆层的力学性能变差;(3)推进剂与包覆层界面的粘接强度下降,可能会导致发动机装药点火后爆炸;(4)硝酸酯迁移现象严重时将直接导致装药使用寿命的终结[4-6]。因此,NEPE推进剂中硝酸酯的迁移扩散是影响推进剂装药性能的关键因素之一。

目前,国内针对NEPE推进剂中硝酸酯的迁移性已开展了部分试验研究。尹华丽等[7]根据70℃加速老化试验过程中粘接试件的拉伸强度变化和破坏状态,结合界面推进剂、衬层、绝热层中可迁移组分含量的变化,研究了组分迁移对界面粘接性能的影响,结果表明随着包覆层黏合剂的极性增大,推进剂中硝酸酯和功能助剂向包覆层的迁移量增加。同时,尹华丽等[8]采用高效液相色谱(HPLC)和等离子发射光谱(ICP),并结合粘接强度的变化,研究了NEPE推进剂粘接体系中组分的迁移及对粘接性能的影响,结果发现NEPE推进剂中硝酸酯向衬层中的迁移量随氨基甲酸酯硬段含量的升高而增大。上述研究仅依靠实验方法得到了硝酸酯迁移的趋势以及对推进剂粘接性能的影响,并未开展其扩散机理及扩散系数计算等方面的研究。近年来,分子动力学模拟(MD)[9-10]方法已成为研究推进剂微观性质的重要手段。虞振飞等[11]在介观尺度下研究聚氨酯弹性体中的硝酸酯增塑剂硝化甘油(NG)和1, 2, 4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)的迁移扩散现象,并运用分子模拟软件进行了耗散粒子动力学(DPD)模拟计算,结果表明搭建的硝酸酯/聚氨酯粗粒化模型可用于考察NG和BTTN在聚氨酯中的扩散情况。但有关NEPE推进剂中NG和BTTN迁移扩散的分子动力学模拟研究鲜有报道。

本研究针对NEPE推进剂中硝酸酯迁移扩散影响装药使用寿命的问题,采用分子动力学模拟计算与液相色谱实验相结合,开展硝酸酯在NEPE推进剂中扩散机理及扩散系数的理论计算,并探索了温度对NG和BTTN在NEPE推进剂中扩散行为的影响,从微观角度上更准确地解释了宏观效应的本质,以期为推进剂装药寿命预估提供理论参考。

1 分子动力学模拟 1.1 物理建模过程

依据NG、BTTN、PEG和HMX的化学结构式,采用美国Accelrys公司开发的Materials Studio软件的visualizer模块,建立其分子物理模型;然后根据实际配方组成,构建含有2个PEG分子链、47个NG分子、44个BTTN分子和480个HMX分子的NG/BTTN/PEG/HMX共混体系模型,4种组分的质量比为6:6:4:84。HMX晶体模型及所构建的NG/BTTN/PEG/HMX共混体系模型见图 1

图 1 HMX晶体模型及NG/BTTN/PEG/HMX共混体系模型 Figure 1 Crystal model of HMX and models of NG/BTTN/PEG/HMX mixed system
1.2 MD模拟细节

利用smart minimizer方法对所构建的共混体系模型进行能量优化,然后选用COMPASS力场;应用周期性边界条件,即以立方元胞为中心,周围有26个相邻的镜像立方元胞,以达到利用较少分子模拟宏观性质的目的。各分子起始速度由Maxwell-Boltzmann随机分布给定,Velocity Verlet算法进行求解。对分子间的范德华(vdW)和静电(coulomb)作用力计算分别采用Atom-based和Ewald方法,非键截取半径0.95 nm,样条宽度(spline width)取0.1 nm,缓冲宽度(buffer width)取0.05 nm。分别在55、65℃及1.01×105 Pa条件下,采用Andersen控温方法和Berendsen控压方法利用discover模块进行400 ps、时间步长为1 fs的NPT(正则系综,系统的粒子数N、压强p和温度T恒定)分子动力学模拟,每100 fs取样一次,记录模拟轨迹。后200 ps体系已达到温度和能量平衡(温度和能量随时间的变化率小于5%),可以对其轨迹进行分析。

2 实验 2.1 原料

NEPE推进剂的基础配方(质量分数)为:聚乙二醇(PEG),6.5%;硝化甘油/丁三醇三硝酸酯(NG/BTTN),16%;高氯酸铵(AP),38%;奥克托今(HMX),18%;铝粉(Al),18%;改性六次甲基多异氰酸酯(N-100)及其他,3.5%。

配方中PEG和N-100分别为黏合剂和固化剂,PEG,天津市科密欧化学试剂有限公司,分子质量Mn=6 000 g/mol,羟值25.6 mg KOH/g;N-100中的[NCO]基团含量5.48 mmol/g;NG/BTTN为含能增塑剂,西安近代化学研究所,阿贝尔安定性试验合格;AP,粒径(d50)分别为8.5 μm和120~150 μm,按照质量分数为25%(8.5 μm)和15%(120~150 μm)的比例进行级配,大连高氯酸铵厂;HMX,粒径(d50)为12~25 μm,甘肃银光化学工业集团有限公司;Al粉,粒径(d50)为5 μm,鞍山钢铁集团。

2.2 试样制备

将各组分按照配方加入HKV-Ⅱ型立式捏合机中真空捏合成药浆;将3 mm三元乙丙绝热层材料卷曲成筒状(Φ30 mm×50 mm),并将衬层均匀涂布于绝热层内壁,置于50℃烘箱下固化12~16 h。待衬层处于半固化状态时,将NEPE推进剂药浆浇注于包覆筒内,于50℃烘箱内固化7 d。

《火工品试验方法—71℃老化法》(GJB736.8-1990)兼顾了极限温度试验和加速老化的需求。对于扩散规律的研究,热加速老化温度可选择低于71℃的任意温度,且老化温度越接近于实际贮存温度,试验结果反推至实际贮存温度的可信性越大。而若老化温度接近于常温,实验时间会过长。因此,分别选用55和65℃两个温度将固化后的推进剂药柱置于全密闭的铝塑袋中进行热加速老化实验,密切关注老化过程中药柱的外观变化。55℃下分别在第50、100、150和201 d取样,65℃下分别在第11、21、35、49、65、76和90 d取样。

每次老化试验后,分别截去药柱17 mm长的两个端面,留下中间段15 mm的药柱进行试样切片。然后沿药柱半径方向平行于轴线方向进行切割,切割宽度为3 mm。在切下的药块中,依次从药柱边缘向中心方向切取宽1 mm的药条,药条尺寸为15 mm×4 mm×1.5 mm。

将切下的药条准确称量后切碎,转移至锥形瓶。用移液管移取25 mL提取试剂至锥形瓶,将切碎的药条浸泡24 h,将提取液过滤后采用液相色谱法测定硝酸酯含量。

2.3 液相色谱实验

采用1525型高效液相色谱仪(美国Waters公司),2998二极管阵列紫外检测器,色谱柱为硅胶反相液相色谱柱C18柱(Ф4.6 mm×150 mm,填料粒径5 μm),提取试剂为丙酮。

将约100 mg药柱试样浸泡于25 mL丙酮试剂中,24 h后过滤待测。采用外标法进行液相色谱测试,色谱试验条件为:C18柱(Ф4.6 mm×150 mm,填料粒径5 μm),流动相:乙腈/水(体积比为0.6:0.4);流速1 mL/min;进样量10 μL;紫外检测波段210 nm;运行时间10 min。

3 结果与讨论 3.1 分子动力学模拟硝酸酯扩散运动 3.1.1 均方位移

在55℃和65℃下,对NG/BTTN/PEG/HMX共混体系模型进行分子动力学模拟,得到了两个温度条件下共混体系中增塑剂分子的均方位移(Mean Squared Displacement,MSD),结果如图 2所示。

图 2 不同温度条件下NG和BTTN分子在体系中的MSD Figure 2 MSD of NG and BTTN molecules in the system under different temperature conditions

均方位移反映模拟体系中分子的空间位置对初始位置的偏离程度,即:

$ {\rm{MSD = }}\left\langle {{{\left| {{r_t} - {t_0}} \right|}^2}} \right\rangle $ (1)

式中:rt表示t时刻分子的坐标;r0表示分子的初始坐标。

图 2可知,在200 ps的模拟时间段内,共混体系中增塑剂分子的MSD曲线近似呈直线,其值随模拟时间的增加而增大,且65℃下的MSD曲线斜率明显大于55℃下的MSD曲线斜率,即前者的扩散运动能力强于后者,可见两种增塑剂分子的扩散均在升高温度后增大。

为定量比较两种增塑剂分子的扩散运动能力,将4条MSD曲线进行拟合得到MSD曲线对时间的斜率,将其代入计算分子扩散系数的Einstein-Smoluchowski方程[12]

$ D = \mathop {\lim }\limits_{t \to \infty } \frac{{\left\langle {{{\left| {{r_t} - {t_0}} \right|}^2}} \right\rangle }}{{6t}} $ (2)

得到65和55℃下NG分子在NG/BTTN/PEG/HMX共混体系中的扩散系数分别为3.42×10-13和4.81×10-14 m2/s,BTTN分子的扩散系数分别为2.93×10-13和4.25×10-14 m2/s。比较上述结果可知,BTTN分子在两个温度下的扩散系数均小于NG分子,这可能与BTTN的单分子体积相对较大,扩散运动时受到的阻力更强有关。

3.1.2 径向分布函数

为进一步研究不同温度下共混体系中增塑剂分子的扩散运动能力,以NG、BTTN分子分别与PEG分子共混为切入点,研究它们之间的相互作用力。

径向分布函数g(r)是反映材料微观结构的特征物理量,表示在离所研究原子距离为r处其他原子出现的概率。概率越大,说明这几种原子间的相互作用越强[13-15]。因此,可以通过分析峰值的高低推断作用力的强弱。g(r)计算式为:

$ g\left( r \right) = {N_{AB}}/\rho 4{\rm{ \mathsf{ π} }}{r^2} $ (3)

式中:NAB表示与中心粒子A距离为rr+dr处粒子B数目;ρ表示粒子B的平均数目密度。由于体系涉及的原子种类较多,仅选取了NG分子中-NO2基团顶端氧原子O,和BTTN分子中-NO2基团顶端氧原子O,分别计算了在55和65℃下与PEG分子链段上的H原子之间的径向分布函数,其结果如图 3图 4所示。

图 3 NG与PEG间H—O原子的径向分布函数 Figure 3 Radial distribution functions for H—O in NG and PEG
图 4 BTTN与PEG间H—O原子的径向分布函数 Figure 4 Radial distribution functions for H—O in BTTN and PEG

图 3图 4中数据可知,55℃下,NG与PEG间H—O原子对分别在0.22和0.26 nm附近出现氢键作用力,g(r)值分别为3.7和1.65;而BTTN与PEG间H—O原子对分别在0.21和0.26 nm附近出现氢键作用力,g(r)值分别为4.1和1.75;可见,对于增塑剂与PEG分子间的作用力而言,BTTN/PEG共混体系强于NG/PEG共混体系,且65℃下结果相同。因此,根据上述径向分布函数模拟结果可知,相对于BTTN,NG与PEG分子间的作用力较弱,这可能是NG分子在NG/BTTN/PEG/HMX共混体系中扩散系数大于BTTN的原因之一。

在55和65℃下,温度升高,NG与PEG、BTTN与PEG之间的径向分布函数峰值(NG与PEG间H—O原子中0.22和0.26 nm附近的前两个峰以及BTTN与PEG间H—O原子中0.21和0.26 nm附近的前两个峰)减小,说明温度升高后NG与PEG、BTTN与PEG之间的相互作用力均减小,NG与BTTN的迁移能力更强。这可能是由于NG与BTTN的分子运动更为频繁,使得增塑剂与黏合剂之间的平均分子距离增大而作用力减小,从而使得在更高温度条件下NG与BTTN的迁移能力更强。

因此可以推断温度由55℃升至65℃,硝酸酯分子的扩散系数增大,这与应用Einstein-Smoluchowski方程计算的分子扩散系数数值趋向相吻合。

3.2 液相色谱法研究硝酸酯扩散规律 3.2.1 NG/BTTN的扩散分布

将硝酸酯含量测量值对空间坐标作图,获得硝酸酯扩散分布图,见图 5

图 5 55℃和65 ℃下NG和BTTN的扩散分布图 Figure 5 Distribution of NG and BTTN diffusion at 55℃ and 65℃

加速老化的试验时长是依据范霍夫规则,取温度系数为3,从25℃贮存15年反推至各个加速老化温度的老化时间。由图 5可以看出,55℃下不同部位硝酸酯(NG/BTTN)扩散速度较65℃下更慢,即药柱的加速贮存温度越高,NG和BTTN扩散越快;不同部位硝酸酯(NG/BTTN)的扩散规律为表面浓度比药柱内部略低。硝酸酯(NG/BTTN)在推进剂药柱内的迁移,实际上是从一种热力学平衡态转变为另一种平衡态的热力学跃迁过程,跃迁势垒越大,受温度影响越大。NG/BTTN的迁移量与温度的定量关系具有阿仑尼乌斯方程的特征。

3.2.2 扩散系数的计算

以65℃加速老化为例计算扩散系数。采用Fick第二定律的误差函数解分别对不同老化时间点的硝酸酯浓度分布数据进行曲线拟合,拟合方程为:

$ C\left( {x, t} \right) = {P_1} + {P_2}erf\left( {\frac{x}{{{P_3}}}} \right) $ (4)

式中:${P_3} = \sqrt {4Dt} $,计算不同时间点的P3的平方,并用P32(即4Dt)对4t作图,斜率即为扩散系数D值。

图 6为65℃老化35 d的NG迁移分布拟合曲线,图 7为扩散系数拟合曲线,扩散系数计算结果见表 1

图 6 65℃老化35d的NG迁移分布拟合图 Figure 6 Fitting curve for the migration distribution of NG ageing for 35d at 65℃
图 7 55℃和65℃下NG和BTTN的扩散系数拟合曲线 Figure 7 Fitting curves of diffusion coefficient of NG and BTTN at 55℃ and 65℃
表1 扩散系数计算结果 Table 1 Calculated results of diffusion coefficient

图 7表 1结果可以看出,温度由55℃升至65℃,硝酸酯分子的扩散系数增大,数量级与分子动力学模拟计算结果相同,且BTTN分子在两个温度下的扩散系数均小于NG分子,这与分子动力学模拟结果相一致。

4 结论

(1) 均方位移的计算结果表明,NG/PEG体系中NG分子的空间位置对初始位置的偏离程度相比于BTTN/PEG体系中BTTN分子较大,说明BTTN分子在两个温度条件下的扩散系数均小于NG分子。NG分子在共混体系中的扩散系数分别为3.42×10-13 m2/s(65℃)和4.81×10-14 m2/s(55℃),BTTN分子在体系中的扩散系数分别为2.93×10-13 m2/s(65℃)和4.25×10-14 m2/s(55℃)。

(2) 由径向分布函数分析可知,相对于BTTN,NG与PEG分子间的作用力较弱;随温度升高,NG与PEG、BTTN与PEG之间的r较小处的径向分布函数峰值减小,即NG与PEG、BTTN与PEG之间的相互作用力均随温度升高而减小,这可能是由于NG与BTTN的分子运动更为频繁,使得增塑剂与黏合剂之间的平均分子距离增大而作用力减小,从而使得在更高温度条件下,NG与BTTN的迁移能力更强。

(3) 试验结果表明,NG和BTTN在55、65℃下扩散系数的数量级与分子动力学模拟计算结果相同;温度升高,硝酸酯分子的扩散系数增大,即迁移性增大,这与分子动力学模拟结果一致。


参考文献
[1]
张海燕. 改性NEPE推进剂及其钝感特性[J]. 飞航导弹, 2002(8): 53–55.
ZHANG Hai-yan. Modified NEPE propellant and its insensitive characteristics[J]. Aerodynamic Missile Journal, 2002(8): 53–55.
[2]
Zhang W, Fan X, Wei H, et al. Application of nitramines coated with nitrocellulose in minimum signature isocyanate-cured propellants[J]. Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2008, 33: 279–285. DOI:10.1002/prep.v33:4
[3]
Unver A, Dilsiz N, Volkan M, et al. Investigation of acetylferrocene migration from hydroxyl-terminated polybutadiene based elastomers by means of ultraviolet-visible and atomic absorption spectroscopic techniques[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2015, 96: 1654–1661.
[4]
陈宝喜, 李建军, 苗彩琴. 丁腈橡胶对三元乙丙橡胶包覆剂抗硝化甘油迁移性能的影响[J]. 火炸药学报, 2004, 27(1): 56–58.
CHEN Bao-xi, LI Jian-jun, MIAO Cai-qin. Effect of acrylonitrile-butadiene rubber on nitroglycerin migration from propellant to EPDM inhibitor[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants(Huozhayao Xuebao), 2004, 27(1): 56–58.
[5]
李东林, 王吉贵, 仲绪玲. 推进剂中硝化甘油向包覆层迁移的研究[J]. 火炸药学报, 1995, 18(2): 1–4.
LI Dong-lin, WANG Ji-gui, ZHONG Xu-ling. Study on the migration of nitroglycerine to coating in propellant[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants(Huozhayao Xuebao), 1995, 18(2): 1–4.
[6]
隋玉堂, 杨兴根. 火箭发动机界面脱粘分析及检测新方法[J]. 飞航导弹, 2001(1): 43–46.
SUI Yu-tang, YANG Xing-gen. New method of interface debonding analysis and detection for rocket motor[J]. Aerodynamic Missile Journal, 2001(1): 43–46.
[7]
尹华丽, 李东峰, 王玉, 等. 组分迁移对NEPE推进剂界面粘结性能的影响[J]. 固体火箭技术, 2005, 28(2): 126–129.
YIN Hua-li, LI Dong-feng, WANG Yu, et al. Effect of ingredient migration on interface bnding properties of NEPE propellant[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2005, 28(2): 126–129.
[8]
尹华丽, 王玉, 李东峰. NEPE推进剂粘结体系中的组分迁移及影响[J]. 固体火箭技术, 2009, 35(5): 527–530.
YIN Hua-li, WANG Yu, LI Dong-feng. Ingredient migration and their effect on NEPE propellant bonding system[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2009, 35(5): 527–530.
[9]
Matsuda T, Tai K. Computer simulation of the fracture of perfectly oriented polymer fibers[J]. Polymer, 1997, 38(7): 669–676.
[10]
Pan R, Liu X, Zhang A, et al. Molecular simulation on structure-property relationship of polyimides with methylene spacing groups in biphenyl side chain[J]. Computation Materials Science, 2007, 39(4): 887–895. DOI:10.1016/j.commatsci.2006.10.019
[11]
虞振飞, 付小龙, 蔚红建, 等. 聚氨酯弹性体中NG和BTTN迁移的介观模拟[J]. 含能材料, 2015, 23(9): 858–864.
YU Zhen-fei, FU Xiao-long, YU Hong-jian, et al. Mesoscopic molecular simulation of migration of NG and BTTN in polyurethane[J]. Chinese Journal of Energetic Materials, 2015, 23(9): 858–864. DOI:10.11943/j.issn.1006-9941.2015.09.005
[12]
Hofman D, Fritz L, Ulbrich J, et al. Molecular simulation of small molecules diffusion and solution in dense amorphous polysiloxanes and polyimides[J]. Computational and Theoretical Polymer Science, 2000, 10(5): 419–436. DOI:10.1016/S1089-3156(00)00007-6
[13]
FU Xiao-long, FAN Xue-zhong, JU Xue-hai, et al. Molecular dynamic simulations on the interaction between an HTPE polymer and energetic plasticizers in a solid propellant[J]. RSC Advances, 2015, 5: 52844–52851. DOI:10.1039/C5RA05312A
[14]
Sun Ting, Xiao Ji-jun, Liu Qiang, et al. Comparative study on structure, energetic and mechanical properties of a 3-CL-20/HMX cocrystal and its composite with molecular dynamics simulation[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2014(2): 13898–13904.
[15]
焦东明, 杨月诚, 强洪夫, 等. 铝粉氧化对端羟基聚丁二烯界面吸附影响的分子模拟[J]. 火炸药学报, 2009, 32(6): 79–83.
JIAO Dong-ming, YANG Yue-cheng, QIANG Hong-fu, et al. Molecular simulation of effect of aluminum powder oxidation on interface adsorption for HTPB[J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants(Huozhayao Xuebao), 2009, 32(6): 79–83.
Molecular Dynamics Simulation and Experimental Study on Migration of Nitric Ester in NEPE Propellant
QU Bei, PAN Qing, TANG Qiu-fan, QI Xiao-fei, YU Hong-jian, LI Ji-zhen     
Xi'an Modern Chemistry Research Institute, Xi'an 710065, China
Abstract: Aiming at the problem affecting the service life of charge due to the migration and diffusion of nitric ester in nitric ester plasticized polyether (NEPE) propellants, the theoretical calculation of diffusion mechanism and diffusion coefficient of nitric ester (NG/BTTN) in NEPE propellants was carried out through the combination of molecular dynamics (MD) simulation and high performance liquid chromatography (HPLC) experiment. The influence of temperature on the diffusion behavior of NG and BTTN in NEPE propellant was explored. The results indicate that the spatial position of NG molecules in NG/PEG system which deviates from initial position is larger than that of BTTN molecules in BTTN/PEG system. In addition, the diffusion coefficients of BTTN molecules are less than that of NG molecules under two temperature conditions. The order of magnitude of diffusion coefficients of NG and BTTN at 65℃ and 55℃ calculated by experiment are the same with the results calculated by the MD simulation. The diffusion coefficients of NG molecules in the blends obtained by simulation calculation is 3.42×10-13 m2/s at 65℃ and 4.81×10-14 m2/s at 55℃. The diffusion coefficients of BTTN molecules in the system is 2.93×10-13 m2/s at 65℃ and 4.25×10-14 m2/s at 55℃. With increasing the temperature, the diffusion coefficients of nitric ester molecules increase, that is, the migration increases, which is consistent with the results of MD simulation.
Key words: nitric ester plasticized polyether propellant     NEPE propellant     nitric ester     diffusion coefficient     molecular dynamics simulation