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Abbreviation (ISO4): Journal of Materials Engineering      Editor in chief: Xiangbao CHEN

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2023 , Vol. 51 >Issue 11: 94 - 102

DOI: https://doi.org/10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000104

RESEARCH ARTICLE

Characteristics of interfacial wettability and adhesiveness between ammonium perchlorate and azide-polyether

  • Haiyang YU ,
  • Lei DENG ,
  • Chen CHEN ,
  • Xing ZHOU
Expand
  • College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410000，China

Received date: 2023-02-23

  Revised date: 2023-08-11

  Online published: 2024-03-10

Fold

Abstract

In order to improve the interfacial wettability and adhesiveness between matrix and filler in the preparation process of azide-polyether based solid propellant and the processing property of the slurry， the effects of the kind of bonding agents and plasticizers and the ratio of plasticizers on the binding energy of 3， 3-diazide methyl epoxy butane and tetrahydrofuran copolymer （PBT） based matrix and ammonium perchlorate （AP） were calculated by using molecular dynamics calculation method. Three main crystal planes （011）/（201）/（210） of AP were considered. The results show that the rational plasticizers， plasticizer ratios and bonding agents can effectively improve the interface wetting characteristics of ammonium perchlorate and azide-polyether based solid propellants.The binding energy between ammonium perchlorate and PBT matrix system was the highest when dibutyl phthalate （DBP） is used as plasticizer， BUNE is used as bonding agent， and the plasticizer ratio is 0.6. The experimental results of contact angle were used to verify the calculation results. The main factors affecting the characteristics of the interfacial wettability between ammonium perchlorate and azide-polyether in solid propellant slurry were obtained， providing a guidance for improving the interface wettability and adhesiveness， and also the processing property of propellants.

Key words： solid propellant; azide-polyether; interfacial wettability and adhesiveness; processing property; molecular dynamics

Cite this article

Haiyang YU , Lei DENG , Chen CHEN , Xing ZHOU . Characteristics of interfacial wettability and adhesiveness between ammonium perchlorate and azide-polyether[J]. Journal of Materials Engineering, 2023 , 51(11) : 94 -102 . DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2023.000104

复合固体推进剂作为当今火箭、导弹和空间飞行器固体发动机所使用的最为广泛的动力源，其高能化研究是现阶段的研究热点［1-2］。与传统复合固体推进剂中使用的丁羟（HTPB）黏合剂相比，3，3-二叠氮甲基环氧丁烷与四氢呋喃共聚物（PBT）具有能量密度高、热安定性好、生成热好等特点，是综合性能较为优良的新型含能黏合剂［3-5］。在复合固体推进剂中，替代HTPB作为基体主要组分，能够有效地提升复合固体推进剂的能量性能。
然而，叠氮类黏合剂自其应用以来，其与氧化剂高氯酸铵（AP）界面粘接性弱、润湿性差等缺点［6-7］一直是研究人员关注研究的重点。PBT中含有弱极性的叠氮基基团，使得其与AP界面的粘接性表现与HTPB黏合剂完全不同，传统的癸二酸二辛酯（DOS）、己二酸二辛脂（DOA）、苯二甲酸二乙酯（DEP）等增塑剂、三乙醇胺-三氟化硼络合物（T313）键合剂在含叠氮类黏结剂的固体推进剂体系中无法达到很好的效果。因此，选择新的增塑剂、键合剂来增强AP与PBT界面的相互作用，是提高含叠氮类黏结剂固体推进剂工艺性能、力学性能的重要途径。
采用分子动力学方法（MD），可对材料之间的相互作用进行计算模拟，近年来已有研究人员将MD方法应用于含能材料领域及推进剂体系之中。陈芳等［8］采用分子动力学（MD）方法模拟计算了聚氨酯（Estane 5703）、三元乙丙橡胶（EPDM）、氟聚物（F2311）三种高聚物分子分别与2，6-双（苦氨基）-3，5-二硝基吡啶（PYX）（011）晶面构建的高聚物黏结炸药（PBXs）体系的结合能、内聚能密度、径向分布函数以及力学性能。结果表明，聚氨酯与（011）PYX晶面之间相互作用最强，（011）PYX晶面与高聚物分子间的相互作用主要为静电相互作用。陈思彤等［9］研究了增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）、硝化甘油（NG）、1，2，4-丁三醇三硝酸酯（BTTN）与黏合剂预聚物聚乙二醇（PEG）的相容性。采用分子动力学模拟计算了PEG，TMETN，NG，BTTN四种纯物质的溶度参数及分子内和分子间径向分布函数，得到相容性优劣顺序为：TMETN/PEG>BTTN/PEG>NG/PEG。Yang等［10］采用分子动力学模拟方法研究了硝酸甘油（NG）/三乙酸甘油（GTA）混合增塑剂对固体推进剂中硝酸纤维素（NC）黏合剂增塑剂性能的影响。径向分布函数和结合能表明，NC/增塑剂共混物具有较强的分子间范德华键和氢键相互作用。Di等［11］针对三唑固体推进剂固化体系具有独特的湿度不敏感性，设计了三唑固化含烷基共聚物体系，并采用分子动力学方法模拟了其与六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）的相互作用行为。与不含炔基的中性聚合物黏结剂-聚氨酯固化体系相比，界面强度可直接提高12.43%。张崇民等［12］综述了分子动力学模拟方法在固体推进剂研究中的应用，从推进剂的主要组分（氧化剂、黏合剂、增塑剂、金属颗粒、固化剂和键合剂）出发，总结了分子动力学方法对推进剂组分的微观结构、热分解和力学性能等特性的模拟应用现状和前景。综合来看，目前分子动力学方法对材料之间的相互作用模拟手段主要是从两种物质的相互作用能角度出发，对推进剂两种组分之间相容性、分解性能、内聚能等相关性质进行模拟研究，但对于叠氮黏合剂及其与AP之间的界面润湿黏附性能的研究相对匮乏。
本工作采用分子动力学计算方法，计算研究PBT与AP表面的结合能，并结合接触角测试结果，筛选能够有效增强AP与PBT表面作用力的AP/PBT类固体推进剂用增塑剂和键合剂，得到影响固体推进剂料浆中高氯酸铵与叠氮聚醚基体体系界面润湿黏附特性的主要因素及影响规律，为提高此类推进剂界面润湿黏附特性与工艺性能提供指导。

1 计算与实验方法

1.1 界面结合能计算方法

1.1.1 分子模型构建

运用Materials Studio（MS）软件包中的Visualizer模块，根据各自的结构式，分别建立PBT黏合剂、AP氧化剂、增塑剂（双2，2-二硝基丙醇缩甲醛（BDNPF）/双2，2-二硝基丙醇缩乙醛（BDNPA）混合物（A3）、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、丁基硝氧乙基硝胺（Bu-NENA）和醇胺类键合剂（T313，BUNE，DPE）的分子模型。其中，A3增塑剂是由双2，2-二硝基丙醇缩甲醛和双2，2-二硝基丙醇缩乙醛按质量比为1∶1混合构成。PBT是以羟基封端的无规共聚物，其单体摩尔比为1∶1。
运用Forcite模块对所构建的分子模型进行结构优化，选取能量最低的分子模型来构建无定型模型。优化后的PBT黏合剂、增塑剂、键合剂的分子模型如图1所示。
图1 结构优化后的黏合剂、增塑剂和键合剂分子模型（a）PBT分子链；（b）BDNPF；（c）BDNPA；（d）DBP；（e）Bu-NENA；（f）BUNE；（g）DPE；（h）三乙醇胺（T313键合剂主要成分）

Fig.1 Molecular models of binders，plasticizers and bonding agents after optimized（a）PBT co-polymer；（b）BDNPF；（c）BDNPA；（d）DBP；（e）Bu-NENA；（f）BUNE；（g）DPE；（h）triethanolamine(main component of T313)

1.1.2 无定型基体模型的构建

在298 K，101 kPa条件下，利用Amorphous cell模块，分别构建添加不同种类增塑剂的PBT基体（PBT/A3，PBT/DBP，PBT/Bu-NENA）、不同增塑比的PBT/DBP基体（增塑比分别为0.2，0.6和1）、不同种类键合剂的PBT/DBP基体（PBT/DBP/T313，PBT/DBP/BUNE，PBT/DBP/DPE）的共混物无定型分子模型。其中，增塑比是指增塑剂与黏合剂的质量比。运用Forcite模块对所构建的共混物无定型分子模型进行结构优化，选取能量最低的模型作为用于相互作用能计算的无定型基体模型。不同基体体系混合物无定型分子模型参数如表1所示，无定型基体模型如图2所示。
表1 不同基体体系混合物无定型分子模型参数

Table 1 Parameters of amorphous molecular models for mixtures of different matrix systems

Blend Ratio ofplasticizer Mass fraction ofbonding agent/% Number of molecules Initial density/（g·cm-3）
PBT/A3（PBT/BDNPF/BDNPA） 1.0 — 3/9/9 1.28
PBT/DBP 0.2 — 3/11 1.13
PBT/DBP 0.6 — 3/31 1.05
PBT/DBP 1.0 — 3/52 1.05
PBT/Bu-NENA 1.0 — 3/49 1.20
PBT/DBP/BUNE 1.0 5 3/52/8 1.05
PBT/DBP/DPE 1.0 5 3/52/9 1.05
PBT/DBP/T313 1.0 5 3/52/10 1.05
图2 不同基体体系混合物无定型分子模型（a）PBT/A3；（b）PBT/Bu-NENA；（c）PBT/DBP（增塑比0.2）；（d）PBT/DBP（增塑比0.6）；（e）PBT/DBP（增塑比1.0）；（f）PBT/DBP/BUNE；（g）PBT/DBP/DPE；（h）PBT/DBP/T313

Fig.2 Amorphous molecular models of mixtures of different matrix systems（a）PBT/A3;（b）PBT/Bu-NENA;（c）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 0.2);（d）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 0.6);（e）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 1.0);（f）PBT/DBP/BUNE;（g）PBT/DBP/DPE;（h）PBT/DBP/T313

1.1.3 相互作用计算模型的构建

选择AP晶体的三个主要晶面（011），（201），（210）为研究对象，研究不同种类的PBT基体与AP各个晶面的相互作用。运用Material Studio软件中晶面切割模块建立AP的不同晶面与1.1.2节中建立的无定型分子模型所组成的相互作用计算模型。其中，AP晶体计算模型大小选择为a=4.5 nm，b=4.5 nm，c=11.5 nm，α=β=θ=90°。无定型基体模型与AP晶面大小相匹配。真空层选取为4.0 nm，以保证相互作用计算的准确性，构建相互作用计算模型如图3所示。
图3 不同基体体系与（210）AP晶面相互作用计算模型 （a）PBT/A3；（b）PBT/Bu-NENA；（c）PBT/DBP（增塑比0.2）；（d）PBT/DBP（增塑比0.6）；（e）PBT/DBP（增塑比1.0）；（f）PBT/DBP/BUNE；（g）PBT/DBP/DPE；（h）PBT/DBP/T313

Fig.3 Calculation model of the interaction energy between different matrix systems and （210）AP crystal planes（a）PBT/A3；（b）PBT/Bu-NENA;（c）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 0.2);（d）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 0.6);（e）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 1.0);（f）PBT/DBP/BUNE;（g）PBT/DBP/DPE;（h）PBT/DBP/T313

分子动力学（MD）模拟在Materials Studio上运行，计算过程中的力场采用Compass Ⅱ力场［13］，动力学过程采用NVT系综，时间步长为1 fs，总时间共1000 ps。库仑非键相互作用使用Ewald加和法，范德华相互作用采用原子加和法，截断半径为1.55 nm。
对动力学后的平衡体系，通过单点能计算分析基体部分与AP界面之间的相互作用能大小，结合能的计算公式为：
E b i n d = - E i n t e r = - [ E t o t a l - ( E A P + E m a t r i x ) ]
式中：E bind为AP与基体之间的结合能；E inter为AP与基体的相互作用能；E total为AP与基体体系的总能量；E AP为AP部分的总能量；E matrix为基体部分的总能量。

1.2 润湿黏附性能表征方法

采用滴重法［14］测试不同增塑剂、不同增塑比、不同键合剂PBT基体的液体表面张力；将Ⅰ类AP（40~60目）使用压片机压片，采用接触角测试方法测试已知表面张力的参比液（水、溴萘、乙二醇、甘油、甲酰胺）在AP表面的接触角数据，拟合得到AP固体表面张力；采用接触角测试方法测试不同PBT基体在AP固体表面的接触角。
由Young公式［15］
γ s l = γ s - γ l c o s θ
式中：γ sl为固-液界面表面张力；γ s和γ l分别为固、液两相的表面张力；θ为液体在固体表面的接触角。可计算不同PBT基体与AP固体的界面表面张力。
在润湿黏附过程中，液体表面和固体表面消失，产生液-固界面，这个过程中表面吉布斯自由能变化的负值为该液体与固体的黏附功（ W a），如式（3）所示。
W a = - Δ G σ = γ s + γ l - γ s l = γ l ( 1 + c o s θ )
式中：ΔG σ为润湿黏附过程中单位界面吉布斯自由能变化值。
推进剂料浆在混合过程中的工艺性能受到基体与填料之间的润湿和黏附过程的共同作用影响［7，16］ 。界面黏附功值大且界面张力小，说明填料-基体界面润湿好、黏结强，料浆容易形成具有流动性的整体；界面黏附功值小且界面张力值大，说明填料-基体界面润湿性差、黏结弱，填料与基体无法形成复合物；界面黏附功和界面张力值均大，说明基体与填料界面润湿困难，料浆易形成沙状；界面黏附功和界面张力值都小，说明界面润湿好但粘接不好，在混合、真空浇注的过程中易出现分层，且固化后的推进剂药柱力学性能差。因此，评估推进剂填料-基体的润湿黏附性能需同时考虑黏附功和界面张力的影响，定义润湿黏附性能特征参数χ *：
χ * = W a / γ s l
润湿黏附性能特征参数χ *可反映不同PBT基体与AP固体界面之间的润湿黏附性能。χ *越大，即基体-填料界面黏附功与界面张力的比值越大，基体与AP固体的润湿黏附性能越好，对推进剂药浆工艺性能的促进作用越好。

2 结果与分析

2.1 增塑剂种类对界面结合能的影响

采用第1.1节中所述界面结合能分子动力学计算方法计算PBT与不同种类的增塑剂组成的基体在AP三个主要晶面的相互作用，计算完成后相互作用状态如图4所示，界面结合能如表2和图5所示，其中E el为静电相互作用能，E vwd为分子间作用力（范德华力）相互作用能。
图4 不同种类增塑剂的PBT基体体系与（210）AP晶面计算完成时相互作用状态（a）PBT/A3；（b）PBT/Bu-NENA；（c）PBT/DBP

Fig.4 Interaction between PBT matrix system of different plasticizers and （210）AP crystal plane after calculated （a）PBT/A3;（b）PBT/Bu-NENA;（c）PBT/DBP

表2 增塑剂种类对基体体系与AP晶面的相互作用影响

Table 2 Influence of plasticizers in the interaction force between AP and PBT/plasticizer mixtures

Mixture Crystal plane E el/（J·m-2） E vwd/（J·m-2） E bind/（J·m-2）
PBT/A3 （011） 0.153 0.133 0.278
（201） 0.120 0.143 0.268
（210） 0.120 0.146 0.272
PBT/DBP （011） 0.153 0.133 0.293
（201） 0.130 0.150 0.286
（210） 0.126 0.156 0.289
PBT/Bu-NENA （011） 0.133 0.134 0.274
（201） 0.147 0.139 0.292
（210） 0.127 0.146 0.281
图5 不同增塑剂种类的基体体系在AP晶面的结合能

Fig 5 Binding energy of matrix systems with different kinds of plasticizers on the AP crystal plane

取基体与AP三个主晶面结合能的最大值为该基体与AP界面的结合能。由表2可知，基体与AP相互作用力包括静电和范德华力两部分，对总结合能的相互作用贡献相当。其中，使用DBP为增塑剂的PBT/DBP基体体系与AP晶面的结合能最强，为（011）晶面的0.293 J/m2；使用Bu-NENA为增塑剂的基体与AP晶面结合能与PBT/DBP体系相近，但主要结合晶面为（201）晶面。同时由图5可知，在三种增塑剂中，PBT/A3与PBT/DBP体系对于AP的（011）的结合能最大，（210）晶面结合能次之，（201）晶面结合能最小。而PBT/Bu-NENA体系对（201）AP晶面的结合能最大。
综合来看，结合AP三个主要晶面的结合能，采用DBP作为AP/PBT推进剂体系的增塑剂对增大体系界面结合能最佳。同时，在调节工艺性能时，还应重点考虑增塑剂的流变性、密度等对料浆性能的影响。

2.2 增塑比对界面结合能的影响

采用第1.1节中所述界面结合能分子动力学计算方法计算不同增塑比的PBT/DBP基体在AP三个主要晶面的相互作用，计算完成后相互作用状态如图6所示，界面结合能计算结果如表3和图7所示。
图6 不同增塑比的PBT/DBP基体体系与（210）AP晶面计算完成时相互作用状态 （a）0.2；（b）0.6；（c）1.0

Fig.6 Interaction between PBT/DBP matrix system with different ratios of plasticizers and （210）AP crystal plane after calculated（a）0.2;（b）0.6;（c）1.0

表3 增塑比对PBT/DBP基体体系与AP晶面的相互作用影响

Table 3 Influence of the quality of plasticizer in the interaction force between AP and PBT/DBP mixtures

Ratio of plasticizer Crystal plane E el/（J·m-2） E vwd/（J·m-2） E bind/（J·m-2）
0.2 （011） 0.171 0.132 0.306
（201） 0.147 0.132 0.284
（210） 0.158 0.129 0.290
0.6 （011） 0.156 0.135 0.296
（201） 0.134 0.137 0.277
（210） 0.178 0.152 0.334
1.0 （011） 0.153 0.133 0.293
（201） 0.130 0.150 0.286
（210） 0.126 0.156 0.289
图7 不同增塑比DBP/PBT体系与AP晶面的结合能

Fig.7 Binding energy of DBP/PBT matrix system with different ratios of plasticizers on AP crystal plane

由表3可知，增塑比为0.6的PBT/DBP基体体系与（210）AP晶面结合能最高，为0.334 J/m2，且与增塑比为0.2及1.0的PBT/DBP基体体系相比，晶面结合能的增加主要是由范德华力引起。邓蕾等［17］采用分子动力学计算方法计算了PBT与增塑剂之间的相互作用，认为增塑剂的引入会在基体内部形成少量的氢键。因此，在一定范围内，在PBT基体交联网络中加入小分子的DBP，可以形成氢键使基体与AP之间的相互作用增强。但随着增塑比进一步增加，过量的增塑剂无法完全进入PBT基体交联网络中，降低了基体与AP之间形成的氢键浓度，从而导致PBT/DBP基体体系与AP表面的结合能降低。
由图7可知，增塑比为0.6的PBT/DBP基体体系与增塑比为0.2和1.0的体系相比，（011）晶面和（201）晶面的结合能相差较小。由此可知，加入增塑剂所形成的氢键作用是使基体与AP的（210）晶面的相互作用增强。
综合来看，选择合适的增塑比对于推进剂的工艺性能具有重要意义，对于AP/PBT体系，增塑比选取0.6，有利于增加基体与AP的结合能，进而提高基体与AP的润湿黏附特性，提高工艺性能。

2.3 键合剂对界面结合能的影响

采用第1.1节中所述界面结合能分子动力学计算方法计算不同键合剂种类的PBT/DBP基体在AP三个主要晶面的相互作用，计算完成后相互作用状态如图8所示，界面结合能计算结果如表4和图9所示。
图8 添加不同键合剂的PBT/DBP基体体系与（210）AP晶面计算完成时相互作用（a）BUNE；（b）DPE；（c）T313

Fig.8 Interaction between PBT/DBP matrix system with different bonding agents and （210）AP crystal plane after calculated （a）BUNE;（b）DPE;（c）T313

表4 键合剂对PBT/DBP基体体系与AP晶面的相互作用影响

Table 4 Influence of bonding agents in the interaction force between AP and PBT/DBP matrix mixtures

Type of bonding agents Crystal plane E el/（J·m-2） E vwd/（J·m-2） E bind/（J·m-2）
None （011） 0.153 0.133 0.293
（201） 0.130 0.150 0.286
（210） 0.126 0.156 0.289
BUNE （011） 0.199 0.118 0.325
（201） 0.185 0.132 0.323
（210） 0.262 0.222 0.492
T313 （011） 0.145 0.134 0.287
（201） 0.161 0.139 0.306
（210） 0.152 0.137 0.297
DPE （011） 0.168 0.127 0.302
（201） 0.179 0.132 0.317
（210） 0.162 0.139 0.309
图9 不同键合剂的PBT/DBP基体体系与AP晶面的结合能

Fig.9 Binding energy of PBT/DBP matrix systems with different kinds of bonding agents on AP crystal plane

由表4可以看出，添加键合剂的基体体系与AP晶面的静电结合能显著提高，因而使总结合能均有不同程度的提高。BUNE，T313，DPE键合剂中均为醇胺类的键合剂，分子内具有极性程度较高的N—O键和N—C键，可以有效地提高基体与AP晶面的静电相互作用。
在三种键合剂中，添加BUNE键合剂的PBT/DBP基体体系与（210）AP晶面的结合能最高，为0.492 J/m2。添加BUNE键合剂的基体与AP晶面的范德华力与其余两种键合剂范德华作用力相当，但静电结合能显著提升，说明BUNE键合剂主要是提高基体与AP晶面的静电结合能，来提高基体与AP的界面结合能力，有助于提高料浆的润湿黏附特性，提高推进剂的工艺性能。BUNE属于醇胺类键合剂，醇胺类键合剂可与AP发生化学反应来提供界面粘接性能［18］。添加键合剂的PBT基体体系与AP晶面间的静电作用增大，反映出其靠近并与AP发生化学反应的趋势。因此，可以看出，分子动力学计算结果与醇胺类键合剂的作用机理相一致。
由图9可以看出，BUNE可以明显地提高（210）晶面的结合能。加入键合剂的主要作用同样是使基体与（210）AP晶面的相互作用增强。
综合来看，选择合适的键合剂能够明显改善推进剂的工艺性能，对于AP/PBT体系，BUNE增塑剂对于提高基体与AP的结合能的效果明显，可以提高PBT基体与AP的润湿黏附特性，从而提高工艺性能。

2.4 实验结果对比

为验证分子动力学计算方法的准确性，制备了不同增塑剂、不同增塑比和添加不同种类键合剂的PBT基体体系，如图10所示。
图10 不同增塑剂、不同增塑比和添加不同种类键合剂的PBT基体体系实物图

Fig.10 PBT matrix systems with different plasticizers，plasticizer ratios and bonding agents

不同增塑剂、不同增塑比和不同键合剂的PBT基体体系在AP表面的接触角测试结果及润湿黏附性特征参数χ *计算结果，如图11和表5所示。其中，接触角测试结果为三次测试的平均值，图11为各样品中接触角测试值最接近平均值的典型图。
图11 接触角测试结果 （a）PBT/A3；（b）PBT/ Bu-NENA；（c）PBT/DBP（增塑比为0.2）；（d）PBT/DBP（增塑比为0.6）；（e）PBT/DBP（增塑比为1.0）；（f）PBT/DBP/T313；（g）PBT/DBP/BUNE；（h）PBT/DBP/DPE

Fig.11 Results of contact angle measurements （a）PBT/A3；（b）PBT/ Bu-NENA；（c）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 0.2)；（d）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 0.6)；（e）PBT/DBP(ratio of plasticizer is 1.0)；（f）PBT/DBP/T313；（g）PBT/DBP/BUNE；（h）PBT/DBP/DPE

表5 不同基体体系与AP表面接触角测试结果与结合能计算结果对比

Table 5 Comparison between the contrast angle measurement results of different matrix systems on AP surface and the calculation results of binding energies

Matrix mixture Ratio of plasticizer θ/（°） γ sl/（mN·m-1） W a/（mJ·m-2） χ * E bind/（J·m-2）
PBT/A3 1.0 46.899 13.667 99.53 7.283 0.278
PBT/DBP 1.0 28.043 6.921 100.55 14.528 0.293
PBT/Bu-NENA 1.0 29.398 6.972 101.21 14.517 0.292
PBT/DBP 0.2 38.986 8.765 131.26 14.975 0.306
PBT/DBP 0.6 38.413 8.315 131.72 15.841 0.334
PBT/DBP 1.0 28.043 6.921 100.55 14.528 0.293
PBT/DBP/T313 1.0 40.585 10.205 101.63 9.959 0.306
PBT/DBP/BUNE 1.0 23.352 2.721 107.28 39.427 0.492
PBT/DBP/DPE 1.0 31.467 6.928 102.41 14.782 0.317
由图11和表5可知，在三种增塑剂中，使用DBP增塑剂的PBT基体体系接触角最小，为28.043°，润湿黏附性特征参数χ *最高，润湿黏附特性最好，而使用Bu-NENA增塑剂的PBT基体接触角与使用DBP增塑剂的基体接触角相近；当增塑比选择为1.0时，PBT基体体系接触角最小，但增塑比为0.6时润湿黏附性特征参数最高，润湿黏附特性最好；在三种键合剂中，使用BUNE键合剂的PBT/DBP基体体系接触角最小，为23.352°，润湿黏附性特征参数χ *最高，润湿黏附特性最好。实验结果与结合能计算结果规律基本一致，说明分子动力学计算结果准确性较高，对提高AP/PBT体系推进剂的工艺性能配方的筛选具有指导意义。

3 结论

（1）对于三种增塑剂（A3，DBP，Bu-NENA），使用DBP作为增塑剂的PBT基体与AP晶面结合能最高，为0.293 J/m2，表明选用DBP增塑剂更有利于提高润湿黏附特性。
（2）随着增塑比的提高，PBT/DBP基体体系与AP结合能先增加后降低，0.6增塑比的结合能最高，为0.334 J/m2，是合适的配方增塑比选择。
（3）对于三种键合剂（T313，BUNE，DPE），使用BUNE键合剂可显著提高PBT/DBP基体体系与AP晶面的静电结合能，最高为0.492 J/m2，表明选用BUNE键合剂更有利于提高润湿黏附特性。
（4）分子动力学计算结果与接触角测试实验结果规律基本一致，计算的界面结合能能够较好地反映固-液界面润湿黏附特性，对提高润湿黏附性配方的筛选具有重要的指导意义。

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