بررسي خواص انرژي زايي پليمر جديد پرانرژي گليسيديل تري آزوليوم متيل نيترات در پيشرانه‌هاي پاك فضاپيما با استفاده از شبيه سازي ديناميك مولكولي

Investigation of detonation of glycidyl tri azolium Methyl nitrate as a new energetic polymer in propellant rockets with molecular dynamic simulation

بررسي و تحقيق بر روي پليمر‌هاي پر انرژي براي افزايش خواص مكانيكي، ترموديناميكي و افزايش قدرت انرژي زايي آن‌ها، به عنوان بايندر و نرم كننده پر انرژي با ارزش سوختي بالا در تهيه پيشرانه‌هاي با دود كم و بدون خطر انفجار بسيار مورد توجه محققين قرار گرفته است. يكي از پليمرهاي پرانرژي، GAP است. در اين مقاله از شبيه‌سازي ديناميك مولكولي براي مقايسه خواص انرژي زايي GAP و GTP استفاده شده است. GTP در اصل شكل اصلاح يافته‌ي GAP است كه در آن گروه عاملي تري آزوليوم متيل نيترات به جاي گروه آزيد اضافه شده است. خواص مكانيكي پليمر پرانرژي GAP هميشه موضوعي چالش‌برانگيز در زمينه‌ي مواد پرانرژي بوده است. با توجه به خواص حلقه‌ي تري آزوليوم متيل نيترات، انتظار مي‌رود خواص مكانيكي و ترموديناميكي پليمر پرانرژي GTP از GAP بيشتر باشد. با بررسي‌هاي به‌عمل آمده توسط شبيه‌سازي ديناميك مولكولي، مشخص شد كه GTP ماده‌اي پايدار است و خواص مكانيكي GTP نسبت به GAP مانند مدول يانگ(E) و مدول برشي(G) به‌ترتيب 27% و 32% كاهش و مدول بالك(K)، ضريب پواسون و نسبت K/G به ترتيب 17%، 42% و 71% افزايش پيدا كرد. همچنين مشخص شد سرعت انفجار، فشار انفجار و اكسيژن بالانس پليمر‌ پرانرژيGTP نسبت به GAP، به ترتيب 5%، 14% و 21% افزايش يافت. در نتيجه مي‌توان گفت استفاده از GTP به‌عنوان ماده‌ي اصلاح شده GAP در كاربردهاي نظير پيشرانه‌هاي پاك و عاري از كلر براي تقويت‌كننده‌ها و موتورهاي با پيشرانه جامد درفضا پيماها و همين طور بخش ايمني خودروها ( كيسه هاي هوا ) افقي روشن دارد.

Nowadays, investigating and researching on energetic polymers in order to increase mechanical, thermodynamic, and detonational properties of them have been highly regarded. One of these energetic polymers is GAP. In this paper, molecular dynamics simulation has been used to compare the properties of GAP and GTP energetic polymers. GTP, in principle is the modified form of GAP, in which functional group of triazolium methyl nitrate has been added instead of azide. The mechanical properties of GAP is a challenging topic in the field of energetic materials. Due to the attributes of the 3 azoliom methyl nitrate ring, the mechanical and thermodynamic properties of GTP are expected to be higher than GAP. The results obtained by molecular dynamics simulation showed that GTP is a stable material and its mechanical properties such as Young, and shear modulus compared to GTP have been decreased 27% and 32% respectively, and bulk modulus, Poisson coefficient, and K/G ratio compared to GTPhave been increased 17%, 42%, and 71% respectively. It was also found that the detonation speed, detonation pressure, and oxygen balance of energetic polymer compared to GAP, have been increased 5%, 14%, and 21% respectively. As a result, usage of GTP will increase as a modified GAP material in applications such as clean and chlorine-free propellants for the solid propellant rockets and also safety systems of automobiles.