含防爆剂农用硝酸铵的感度研究

实验在169℃左右加热硝酸铵到熔融状态,加入防爆剂,冷却到室温,得到含防爆剂的硝酸铵。测试其摩擦感度、5 s延滞期爆发点、静电火花感度以及配成铵油炸药后的撞击感度、雷管感度。结果表明,含防爆剂硝酸铵较普通硝酸铵撞击感度从88%降到24%,摩擦感度降为0%,5 s爆发延滞期从462℃增加到474℃,静电火花感度和雷管感度无明显变化。     

球形叠氮硝胺发射药工艺安全性的实验研究

为研究球形叠氮硝胺发射药的工艺安全性,采用5s爆发点、落锤式撞击感度仪、摩擦感度仪研究了球形叠氮硝胺发射药的热感度、机械感度、静电感度和冲击波感度,并与球形制式双基药进行了对比。结果表明,对于球形叠氮硝胺发射药(DAQ):5s爆发点为228.3℃、爆炸百分数为4%、撞击感度特性落高(H50)为14.8cm、50%发火电压为正极3.27kV/负极3.10kV、50%发火能量为正极1.18J/负极1.06J、冲击波试验隔板值37mm;对于球形制式双基球形药(SPQ):5s爆发点为220.4℃、爆炸百分数为20%、撞击感度特性落高(H50)为14.1cm、50%发火电压为正极2.30kV/负极2.00kV、50%发火能量为正极0.68J/负极0.64J、冲击波试验隔板值为43mm,表明DAQ与SPQ的工艺安全性基本相当。     

CL-20/DNT共晶炸药的制备及其性能研究

以丙酮为溶剂,通过蒸发结晶法制得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/二硝基甲苯(DNT)共晶炸药。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重/差示量热法(TGA/DSC)研究了共晶炸药的形貌、结构和热分解特性,测试了CL-20/DNT共晶炸药的机械感度和5s爆发点温度,并计算了其爆轰性能。结果表明,共晶炸药的微观形貌不同于原料CL-20,呈条状晶体;衍射峰明显不同于CL-20/DNT物理混合物的衍射峰,表明有新物相生成。在DSC曲线上,CL-20/DNT共晶几乎没有DNT的熔化吸热峰,而CL-20/DNT物理混合物中有明显的熔化峰,且二者的放热峰峰形和峰位不同;与原料CL-20相比,共晶炸药的分解峰温提前了21℃,放热量(ΔH)和最大热流量(Qmax)分别增加了39%和104%。与CL-20/DNT物理混合物相比,共晶炸药的5s爆发点温度和表观活化能分别增加3.9℃和65.7kJ/mol,撞击感度降低88.9%,摩擦感度降低40%,说明共晶炸药热稳定性增强。CL-20/DNT共晶炸药的理论爆速达到8 340m/s。     

亚微米PYX的制备及性能

采用喷射重结晶法制备了高纯度亚微米PYX,并对其热性能、机械感度、短脉冲起爆感度进行测试.结果表明,制备出平均粒径为0.945 μm的超细PYX,粒度分布较均匀,比表面积为9.3 m~2/g,纯度为98.1%.与PYX原料相比,超细PYX的热分解放热峰温度和5 s爆发点有所降低,但均在374℃以上;撞击感度(爆炸概率)从68%降到12%,摩擦感度(爆炸概率)从36%增高到60%;用金属桥箔使聚酯膜飞片产生短脉冲冲击波的电起爆装药技术研究了PYX的短脉冲起爆感度,测试结果表明,其50%发火电压为2.55 kV.     

DAATO3.5对改性双基推进剂安全性能的影响

设计了一种含N–氧化–3, 3'–偶氮双(6–氨基–1, 2, 4, 5–四嗪)(DAATO_(3.5))的改性双基推进剂,通过DSC(差示扫描量热)、撞击感度和静电火花测试,分别研究了其全分解范围的热稳定性、机械感度和静电感度的变化;借助真空安定性、甲基紫、5 s爆发点试验,研究了该推进剂的热安定性。结果表明:DAATO_(3.5)不改变推进剂的分解峰型,可小幅降低推进剂的主分解峰温,但降低幅度对DAATO_(3.5)含量不敏感;随DAATO_(3.5)含量增加,推进剂撞击感度的引发距离H_(50)、静电感度的引发电压V_(50)及引发能E_(50)线性降低,甲基紫试验变色时间、5 s爆发点温度小幅下降,真空安定性试验放气量有所增加。     

2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚的合成、晶体结构与性能研究

为寻找一种安全性能良好的熔铸液相载体炸药,以间溴苯甲醚为原料,经硝化反应合成了2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚(TNBA),并采用红外光谱、核磁共振和元素分析等手段对其进行了结构表征;培养了TNBA的单晶,采用X-射线单晶衍射法研究了其晶体结构;采用差示扫描量热与实验测试方法研究了TNBA的热分解行为与安全性能;利用EXPLO5程序对比分析了TNT与TNBA分别作为液相载体时混合炸药的能量性能。结果表明,TNBA的收率为95.7%,其属于单斜晶系,空间点群P2(1)/c,密度为2.034g/cm~3(150K);熔点为102.83℃、分解峰温为280.33℃和294.33℃(升温速率10K/min),撞击感度为12%、摩擦感度为8%、特性落高为51.0cm;能量性能计算结果证实TNBA基熔铸炸药具有和TNT基熔铸炸药相当的爆轰性能。     

粒径和晶形对ε-HNIW感度的影响

采用溶剂-反溶剂重结晶工艺制备出3种不同粒径和晶形的ε-型HNIW,用激光粒度仪和偏光显微镜-扫描电镜(SEM)对样品的粒度和形貌进行表征,并测试了撞击、摩擦感度和热分解性能。结果表明,随着粒径的减小,HNIW的撞击感度显著降低,热稳定性缓慢降低,但摩擦感度增加;粒度分布越宽,撞击感度与大颗粒感度值相当,摩擦感度与细颗粒感度值相当;粒径分布窄时,颗粒晶形越规整,撞击和摩擦感度越低,热稳定性越好。影响HNIW撞击、摩擦和热分解的主要因素依次是粒径、粒度分布和晶形。     

溶剂萃取法回收废旧梯黑铝炸药中的RDX和铝粉

利用混合炸药中TNT和RDX在溶剂中溶解度的差异,首先用甲苯萃取出梯黑铝炸药中的TNT,然后分别以丙酮和二甲基亚砜为溶剂,经萃取、冷却结晶,过滤得到RDX。用SEM和DSC对回收RDX进行形貌表征和热分析,用XRD对回收铝粉进行物相分析。结果表明,丙酮和二甲基亚砜中重结晶回收RDX的纯度分别为98.4%和97.8%,撞击感度分别为76%和84%,丙酮重结晶回收RDX晶体质量优于二甲基亚砜重结晶回收的RDX。回收RDX与原料RDX的特征温度基本相同,热安定性良好;回收的铝粉不含炸药,无明显氧化。     

机械球磨法制备纳米HATO及其性能测试

采用机械球磨法结合真空冷冻干燥技术制备了纳米5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟铵(HATO,又名TKX-50),用激光粒度仪分析其粒度分布,并通过扫描电子显微镜(SEM)观察其颗粒大小和形貌;采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对其晶型、成分及纯度进行分析;采用热重(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析其热分解特性,同时测试了工业微米级及纳米HATO的摩擦感度和撞击感度。结果表明,制备的纳米HATO颗粒大小均匀,形貌规则呈类球形,平均粒径小于100nm,且引入的杂质极少;纳米HATO的热分解峰温较工业微米级HATO稍有提前,最大热失重温度降低2.46℃,表观活化能下降2.02kJ/mol,自发火温度提高2.95℃,表明热力学稳定性基本不变,安定性有所提高;纳米HATO的撞击感度和摩擦感度分别为44.5cm和48%,与工业微米级HATO相比分别降低了44%和16%,表明机械感度明显降低,安全性得到提高。     

5,5'-二叠氮-3,3'-联-1,2,4-三唑银起爆药(DAzBTAg2)合成与特性

以5, 5’-二叠氮基-1, 1’-二氢-3, 3’-联-1, 2, 4-三唑(DAzBT)为原料,合成了以银为金属离子的环保起爆药DAzBTAg2,采用红外光谱、元素分析、能量色散谱对其结构进行了鉴定,并研究其热学性能、感度性能。结果表明:DAzBTAg2的热分解温度为173℃,5 s延滞期爆发点为193℃,在60℃条件下40 h,单位质量样品加热后释放的气体容积为0.02 mL,热稳定性良好。DAzBTAg2的撞击感度:50%发火高度为17.7 cm,摩擦感度:平均发火率56%;火焰感度:50%发火距离为39.1 cm;静电感度:50%发火能量为0.05 J,静电感度比斯蒂芬酸铅钝感,具备代替斯蒂芬酸铅的潜力。     

4-氨基-1,2,4-三唑苦味酸盐的合成与性能

以4-氨基-1,2,4-三唑和苦味酸为原料合成了含能化合物4-氨基-1,2,4-三唑苦味酸盐(4-ATPA),其结构经元素分析、FTIR、MS和1HNMR表征。在甲醇和乙醇溶液中获得了两种不同显微形貌的4-ATPA晶体,SEM分析表明,它们分别为长柱形和椭球形,XRD及DSC分析表明它们的晶型相同。X射线单晶衍射计算得到晶体密度为1.720g/cm3。经测定,4-ATPA的部分热性能及机械感度为:熔点195.26℃,400℃下不分解,真空安定性实验(VST)0.16mL.g-1(120℃,48h),失重(TG)0.14%(120℃,48h);撞击感度为4%、摩擦感度为0%(90°)、特性落高H50=87.4cm(5kg落锤),均优于TNT,静电火花感度V50=3.909kV,E50=0.233J,与环三亚甲基三硝胺(RDX)相当,5s爆发点360℃,1000s临界温度251℃。结果表明:4-ATPA有良好的综合热稳定性和较低的机械感度,是一种综合性能优良的炸药。     

Surface Coating of RDX with a Composite of TNT and an Energetic‐Polymer and its Safety Investigation

To improve the safety of RDX (hexogen), an energetic polymer (HP‐1) was introduced to coat RDX with 2,4,6‐trinitrotoluene (TNT) by combining the solvent–nonsolvent and the aqueous suspension‐melting method. Scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), and X‐ray photoelectron spectrometry (XPS) were employed to characterize the samples, and the role of HP‐1 in the coating process was discussed. The impact sensitivity, friction sensitivity, and the thermal stability of unprocessed and coated RDX were investigated, and the explosion heat of samples was also estimated. Results indicate that HP‐1 improves the wetting ability of the liquid coating material on RDX surface and reinforces the connection between RDX and the coating material. By surface coating, the impact and friction sensitivity of RDX decrease obviously; the drop height (H₅₀) is increased from 37.2 to 58.4 cm, and the friction probability is reduced from 92 to 38%. The activation energy (E) and the self‐ignition temperature increase by 10457.38 J⋅mol⁻¹ and 1.8 K, respectively. The explosion heat is reduced merely by 0.93%.     

球形化TKX-50的制备及性能表征

为提高1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)的流散性、降低机械感度、提高装药密度、增强使用的安全性和可靠性,采用冷却结晶结合超声辅助法制备了球形化TKX-50,探究了溶剂种类、冷却初始温度、降温速率及超声时间对TKX-50晶体形貌的影响;利用扫描电子显微镜、激光粒度仪、傅里叶红外光谱仪、核磁共振仪、X射线衍射仪测定了其结构和形貌;采用差示扫描量热仪测定了其热分解性能;采用撞击感度仪和摩擦感度仪测定了机械感度。结果表明,采用冷却结晶结合超声辅助法,以丙酮与DMSO质量比为1∶4的混合溶液为溶剂,在65℃下配制饱和溶液,自然冷却至室温,将所得样品超声15 min,可制得粒径为171.515μm的球形化TKX-50;球形化后的TKX-50结构未发生变化,摩擦感度为64%,较原料TKX-50提高了24%;撞击感度为16%,较原料TKX-50降低了14%;分解温度为248.22℃,较原料略有提高。     

10#-159炸药耐热性能的试验研究

为实现10#-159炸药的回收利用,采用火炸药药柱热爆炸试验系统,研究了10#-159炸药中少量含能材料对10#-159炸药耐热性能的影响。结果表明,在180℃恒温4h的情况下,硝化棉发生分解反应放热,由于含量较少,10#-159炸药没有发生热爆炸;而TNT由固态变成液态,体积明显变大,对10#-159炸药的体积影响较大。因此,将10#-159炸药制备成耐热炸药,必须将炸药中的梯恩梯、硝化棉去除。     

密度分级法分离废旧梯黑铝炸药中的RDX与铝粉

为了研究分离回收废旧梯黑铝炸药中各成分的高效低成本的物理方法,采用控温离心和控温水洗结晶,回收梯黑铝炸药中的TNT组分;再根据RDX与铝粉的密度差异,使用密度分级法,分离RDX与铝粉,优化了分离条件,对回收物质进行DSC和XRD表征,并测试其撞击感度。结果表明,在密度为2.0g/cm3的溴化锌溶液中,控温30℃、离心转速2500r/min等条件下,回收RDX和铝粉回收率分别为67.6%和86.5%,纯度分别为77.2%和94.6%;回收的RDX热安定性良好,存在少量铝粉和TNT与RDX的共熔物,且基本没有独立存在的TNT组分,其撞击感度为90%;回收铝粉中含有微量氧化铝粉和炸药成分;两种回收物组分中均不含溴化锌。该物理方法可有效实现废旧梯黑铝炸药各组分的高效绿色回收。     

5,5′-二硝基-3,3′-联(1,2,4-三唑)草酰肼双阳离子盐的合成、表征与性能预估

为研究双子型含能离子盐的稳定性和爆轰性能,探究其在含能材料领域的应用前景,以5,5′-二硝基-3,3′-联(1,2,4-三唑)(DNBT)为前体,与草酰肼经酸碱中和反应合成了5,5′-二硝基-3,3′-联(1,2,4-三唑)草酰肼双阳离子盐(DNBOT),成盐收率为80.8%;利用X-射线单晶衍射、红外光谱、核磁共振对产物结构进行表征,通过DSC-TGA同步热分析仪对其热性能进行了分析,采用Gaussian 09程序和EXPLO5爆轰软件对其爆轰性能进行了理论计算并测试了其机械感度。结果表明,化合物5,5′-二硝基-3,3′-联(1,2,4-三唑)草酰肼双阳离子盐的晶体结构属于单斜晶系,晶体密度为1.653g/cm³,空间群为P2₁/c,晶体结构中含有两个结晶水,脱结晶水后化合物的实测密度为1.701g/cm³;在熔点205℃时开始分解,分解峰温为207℃;理论爆速为7620m/s、爆压为21.8GPa、撞击感度大于40J、摩擦感度大于360N,综合性能优于TNT,是一种综合性能较好的新型双子型含能离子化合物,且合成路线简单。     

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑一草酰二肼盐的晶体结构及性能研究

通过草酰二肼与1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(BTO)溶液的质子化反应制备了1,1′-二羟基-5,5′联四唑的一草酰二肼盐(BTOOH),产率达到92%;培养了BTOOH的单晶,用X射线单晶衍射和TG-DSC分别研究了BTOOH的晶体结构和热稳定性,并测试了其摩擦感度、撞击感度和静电感度。结果表明,BTOOH晶体属于单斜晶系,分子中含两分子配位水;其失水温度为123℃,放热分解峰温为245.49℃,显示了良好的热稳定性;BTOOH对撞击、摩擦和静电火花不敏感,感度均低于RDX。BTOOH制备工艺简单,可用于降温剂研究,具有较好的应用前景。