В качестве связующих веществ окислителя и металлов применяются каучуки. Одновременно они являются и горючими. После смешения компонентов топлива (окислителя, порошка алюминия, горючего-связующего с отвердителем, катализатором горения и различными добавками), отливки заряда (так как в процессе смешения в большинстве случаев топливная масса сохраняет жидкую консистенцию) проводится отверждение топлива при температуре, соответствующей характеристикам отвердителя (от комнатной температуры до 70‑80 °С). При этом в связке полимерной матрицы образуются трехмерные структуры. Твердое топливо, приготовленное на каучуках, не разрушается при резких изменениях температуры, вибрации и нагрузках.

Из каучуков применяются бутилкаучук, полибутадиеновый и полиизопреновый каучуки, полиуретановый и нитрополиуретановый каучуки. Например, формула полимерного звена полибутадиенового каучука имеет вид [21]:

–(–CH₂–CH═CH–CH₂–)_x–

Широкое применение каучуков в ТТ связано с их хорошими физико-химическими свойствами, прочностью, эластичностью и способностью к отверждению с образованием резины. Выбор горючего-связующего в основном определяется требованиями получения необходимых энергетических характеристик, физико-механических свойств, а также технологией изготовления. Увеличение содержания минерального окислителя (кристаллического вещества) в топливе свыше 85 % приводит к ухудшению физико-механических свойств топлива в процессе изготовления и эксплуатации. Стремление повысить кислородный баланс смесевого твердого топлива привело к использованию в качестве горючего-связующего (ГС) органических нитросоединений, содержащих большое количество кислорода [15]. Современные горючие-связующие классифицируют [8] по химическому составу на «инертные» и «активные» ГС.

Наибольшую известность в начале 90-х годов XX в. [19] получил ряд полимерных соединений, содержащих такие энергетические функциональные группы, как азидная группа (–N₃), нитрогруппа (С‑NO₂), нитратная группа (O‑NO₂), нитраминная группа (N‑NO₂). Наиболее известной является азидная группа. Тепло, выделяющееся при развале одной такой группы, составляет около 355 кДж. Первым из этого класса полимеров стал разрабатываться глицидилазидполимер (GAP), который имеет преимущество по сравнению с HTPB (полибутадиен с концевыми гидроксильными группами): у него положительная теплота образования (ΔН = +117 кДж/моль) в отличие от HTPB (ΔН = −62 кДж/моль). Однако GAP несовместим с большинством пластификаторов. Механические свойства топлив на основе GAP также нуждаются в улучшении.

В настоящее время в России и за рубежом активно ведутся работы по разработке перспективных энергетических полимеров, применение которых дает возможность получать экономически приемлемые твердые топлива с высоким потенциалом. Некоторые из важных физико-химических свойств перспективных горючих-связующих представлены в табл. 1.5.

К «инертным» относятся композиции, состоящие, в основном, из горючих элементов и имеющие, как правило, отрицательную энтальпию образования. Окислительные элементы (кислород, фтор, хлор) или отсутствуют, или содержатся в незначительном количестве.

К «активным» относятся ГС, обогащенные окислительными элементами, способными к самостоятельному горению в инертной среде, а также имеющие высокую (положительную) энтальпию образования.

Таблица 1.5

Физико-химические свойства горючих-связующих

Энергетическое связующее	ΔH, кДж/моль	ΔH, кДж/кг	КБ, %	ρ, г/см3	T_ст, ºС
GAP	+117	–	−121	1,30	–50
HTPB	–62	–	–324	0,92	–65
СКДМ-80	–	–1087		0,91
МПВТ-АСП	–	–1047	–33	1,53

Примечание. T_ст – температура стеклования.

Температура стеклования – температура, при которой полимер переходит при охлаждении из высокоэластичного или вязкотекучего в стеклообразное состояние.

Температура стеклования определяется химическим составом и строением цепи полимера и не является жестко определенной величиной, поскольку переход в стеклообразное состояние обычно происходит в довольно широком диапазоне температур. Температуру стеклования обычно определяют как температуру, при которой вязкость твердого тела становится очень высокой, порядка 100–1000 ГПа·с, а модуль упругости превышает 1 ГПа. Также возможно температуру стеклования определить дилатометрическими (зависимость объема от температуры), диэлектрическими (положение максимума диэлектрических потерь), калориметрическими (по величине тепловых эффектов) и иными методами.

Температура стеклования полимеров

Температура стеклования является одной из основных характеристик полимеров. Полимеры при температурах выше температуры стеклования находится в пластичном состоянии, а при температурах ниже температуры стеклования – в твердом и достаточно хрупком состоянии.

Для некоторых полимеров температуры стеклования следующие:

Полимер	T_ст, °C
Полиэтилен	–120 (–130)
Полипропилен изотактический	–10
Полиизобутилен	–70 (–73)
Полистирол атактический	100 (105)
Полистирол изотактический	100
Полиметилакрилат	3 (6)
Полиэтилакрилат	–24
Полицинкакрилат	300
Полиметилметакрилат синдиотактический	115 (205)
Полиметилметакрилат изотактический	45 (55)
Полиметилсилоксан	–128
Полиэтиметакрилат	65
Поливинилхлорид	87 (81)
Поликарбонат	150
Полиэтилентерефталат	69
Полиамид 6 (поликапроамид)	50 (40)
Полиамид 6,6 (полигексаметиленадипамид)	50 (57)