固相颗粒和聚合物对DNAN微观凝固及力学性能的影响

为了研究常用组分黑索今、铝粉、高氯酸铵、聚3,3-二(硝酸酯基甲基)氧丁环(PBNMO)对2,4-二硝基苯甲醚微观凝固过程和宏观性能影响规律,从微观结构角度设计、改进2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药配方组成以解决宏观性能的不足,在光学显微镜下观测了含不同添加物的薄层DNAN样品动态结晶过程及起始凝固温度的变化;根据结晶距离及时间计算了不同样品的晶体生长线速度;通过对Φ20 mm药柱的外观形貌及药柱相对密度研究了添加物对样品成型性的影响规律;测试了Φ20 mm×20 mm药柱的抗拉、抗压性能,研究了不同添加物对样品力学性能影响。结果表明,黑索今、铝粉、高氯酸铵、PBNMO可改善DNAN凝固过程中晶体形态、DNAN起始凝固温度影响因添加物的不同而不同、降低DNAN凝固线速率、提高药柱相对密度;聚合物的加入使得样品抗拉强度、抗压强度显著提高,力学各向异性得到改善;多种添加物共同作用使得DNAN的成型性得到改善,抗拉强度达到6 MPa以上。表明,在黑索今、铝粉、高氯酸铵、PBNMO的协同作用下,可获得微观结晶细密、缺陷少、力学性能较佳的DNAN基混合炸药样品。     

DNP/DNTF低共熔物的二元相图及熔融动力学

为获得3,4-二硝基吡唑(DNP)/3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)二元混合体系的相图,深入了解其低共熔物的熔融过程,采用差示扫描量热法(DSC)研究了不同比例的DNP/DNTF混合体系的液化及熔融过程,建立了液化温度Tl与组成x的T-x相图、熔融焓ΔH与组成x的H-x相图;研究了不同升温速率5,10,15,20℃·min^-1,不同添加剂奥克托今(HMX)、高氯酸铵(AP)和硝基胍(NQ)对低共熔物熔融过程的影响;通过Kissinger方程和?atava-?esták方程计算得到了低共熔物熔融过程的动力学参数活化能Ea、指前因子A和最概然机理函数。结果表明,从T-x相图得到的DNP/DNTF低共熔物的质量百分比为70.38/29.62,低共熔温度为76.38℃;由H?x相图得到的低共熔物组成为70.57/29.43。随升温速率的升高,熔融反应的开始温度和峰温延迟;HMX和NQ的加入使低共熔物的熔点明显后移,AP的加入对熔点影响不大。DNP/DNTF低共熔物的熔融动力学参数Ea和A为19.13 kJ·mol^-1和109.74 s^-1,最概然机理函数的积分形式为:G(α)=(1-α)^-1-1。     

DNAN/HMX熔铸炸药的流变特性

为了探索奥克托今(HMX)固含量、体系温度、HMX粒度、HMX颗粒级配及功能助剂等对2,4‐二硝基苯甲醚(DNAN)/HMX悬浮液流变性的影响规律,采用数字粘度仪,研究了不同物料状态下DNAN/HMX悬浮体系的表观粘度。结果表明:当HMX固含量为3%时,悬浮液呈现牛顿流体特性;HMX固含量为12%~30%时,该悬浮液表观粘度可用Ostwald‐de Waele模型进行描述,非牛顿指数n值从0.842降低到0.374。95~116℃时,温度对表观粘度的影响可以用Arrhenius方程描述,活化能Ea从25.97 k J?mol~(-1)增加到30.17 k J?mol~(-1)。表观粘度随着粒度的增大而降低,当粒度为999.5μm与粒度为132.6μm的颗粒级配比为2∶1时,表观粘度达到最小值,且固含量可达80%。功能助剂N‐甲基‐4‐硝基苯胺(MNA)、三‐(β氯乙基)磷酸酯(CEF)降低了悬浮液的表观粘度,而脱水山梨醇单硬脂酸酯聚氧乙烯醚(吐温60)、微晶蜡‐80(MV80)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、热塑性聚氨酯‐5702(TPU5702)提高了悬浮液的表观粘度。     

DNAN炸药凝固过程的实验与数值模拟

为了解2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)的凝固过程,用布拉格(Bragg)光栅对其凝固过程的中心轴线温度场进行了测试。考虑了液相自然对流的微观现象。用控制容积法计算了DNAN凝固过程的温度场、流场和相界面位置。用临界固相率和补缩距离结合法预测了缩孔编松的生成。结果表明,DNAN在96℃附近出现温度滞后现象,中心部位最明显。前期液相自然对流的最大速度可达10-3量级(m·s-1),其作用为传质和加速凝固进程。无冒口补缩条件下,DNAN凝固过程中相界面呈"V"字型向顶部迁移、收缩,凝固后中心轴线上有连续的缩孔分布,中心处的最大孔隙率为0.38。     

丙基硝基胍应用基础性能研究

为了获得新型熔铸载体炸药丙基硝基胍的应用基础性能,对其熔铸性能、安全性及特量特性开展实验研究。研究结果表明:丙基硝基胍在高于熔点10℃条件下具有较低的挥发性和良好的熔铸性能,熔融状态的剪切粘度为41m Pa·s,凝固结晶过程与DNAN类似,自发火温度为221.9℃,与常见炸药组分相容,撞击与摩擦感度均为4%,含铝炸药爆轰性能与DNAN基炸药相当。     

不同含能添加物对纳米Al/CuO反应性能的影响

为了对比不同含能添加物对纳米铝热剂反应性能的影响程度，采用静电喷雾技术在纳米Al/CuO中分别添加高能炸药、强氧化剂以及含氟化合物等含能添加物，并开展热力学计算、开放式燃烧测试和密闭爆发器测试等。结果表明：含能添加物的小分子量气态产物和协同反应效应是提高纳米Al/CuO反应性能的主要因素，高能炸药的增强效果最佳，高氯酸铵（AP）次之，全氟代十四酸（PFTD）最差。其中，黑索今（RDX）和奥克托今（HMX）将Al/CuO的理论定压火药力提升了64.3%;HMX对Al/CuO峰值压强和增压速率的提升能力最高，分别达到了62%和408%；而AP和PFTD削弱了其燃烧传播速率和增压特性。     

3,4-二硝基吡唑的热行为及其与某些炸药组分的相容性

用差示扫描量热(DSC)和热重/微分热重(TG/DTG),研究了3,4-二硝基吡唑(DNP)的热行为。用DSC法和真空安定性(VST)考察了DNP与炸药组分材料,包括2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、高氯酸铵(AP)、Al、微晶蜡的相容性。结果表明:DNP的热分解过程分两个阶段,第一阶段DSC曲线的分解峰温出现在319.8 ℃,显示DNP有好的热稳定性,第二阶段DSC曲线峰温为407.2 ℃。DNP与DNAN、TNAZ、RDX、HMX、CL-20、AP、A1、微晶蜡均相容。这些物质可用作炸药组分。      

氧化剂包覆硼颗粒对硼基推进剂点火燃烧特性的影响

选取高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、硝基胍(NQ)、奥克托今(HMX)4种氧化剂,采用重结晶法包覆硼(B)颗粒,制取了相应的B基推进剂样品。利用热重-差示扫描量热及激光点火试验系统研究了不同氧化剂包覆对B基推进剂点火燃烧特性的影响,设置机械混合样品作为对照组。结果表明,AP的包覆会使样品发生低温急剧燃烧,从而促进硼颗粒的低温氧化,有效缩短样品的点火延迟时间至330 ms。与机械混合样品进行对照发现,包覆是产生低温急剧燃烧现象的重要原因。AN包覆的B基推进剂样品具有更低的起始反应温度,为327.6℃,但其整体放热性能较差,平均燃烧温度仅为642.8℃。NQ、HMX的包覆能有效提高B基推进剂的燃烧强度,缩短燃烧时间。其中,NQ有利于提高燃烧强度的峰值;而HMX则更有利于整体燃烧强度的提升,其包覆使B基推进剂燃烧时间缩短为2750 ms,平均燃烧温度达到845.5℃,放热量提高至9968 J·g~(-1)。     

新型HMX/AP/EP纳米复合物的制备及表征（英）

以含能聚合物(EP)为基底通过共沉淀法制备了奥克托今(HMX)/高氯酸铵(AP)/含能聚合物(EP)纳米复合物。用扫描电镜(SEM),能量色散X射线能谱(EDS)、比表面积(Brunauer-Emmett-Teller(BET))测定、红外(IR)光谱法和差示扫描量热法(DSC)表征了它的结构及性能。结果表明,HMX/AP/EP纳米复合物具有三维纳米网状结构。HMX和AP均匀沉积在EP上面,其尺寸为50~200 nm。HMX、AP和EP紧密结合在一起,具有良好的相容性。HMX/AP/EP纳米复合物的分解温度远低于HMX的。当HMX/AP/EP纳米复合物的氧平衡为零时,其分解热高达2570 J·g^-1。HMX/AP/EP纳米复合物的撞击特性落高H₅₀为50.49 cm,与HMX的撞击感度的特性落高(27 cm)相比,其机械感度较低。     

功能助剂对DNAN/RDX熔铸炸药界面黏结强度的影响

为了提高2,4?二硝基苯甲醚(DNAN)/黑索今(RDX)熔铸炸药的力学性能,用分子动力学的方法模拟了功能助剂N?甲基?4?硝基苯胺(MNA)、吐温60(Tween60)、三?(β氯乙基)磷酸酯(CEF)、乙酸丁酸纤维素(CAB)对界面结合能的影响规律;采用粉体接触角法和白金板法测定接触角及表面张力,通过计算黏附功对模拟结果进行了验证;采用巴西实验及扫描电镜(SEM)分别从宏观及微观尺度对黏附功实验进行验证。结果表明,功能助剂对DNAN/RDX界面结合能改变能力大小由高到低排序为CABCEFTween60MNA,试验结果与数值模拟结果吻合;功能助剂CAB、CEF、Tween 60、MNA可使DNAN/RDX炸药的抗拉强度分别提高58.37%,47.85%,29.71%,5.83%;随着黏附功的增加,药柱断裂模式由穿晶/沿晶混合断裂向纯粹穿晶断裂转变。     

DNTF与TNT凝固行为的差异性分析

为了解3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)装药缺陷的形成原因,对比研究了DNTF和TNT的凝固行为。测试了DNTF和TNT的体积收缩率。用工业CT和扫描电镜观测了DNTF和TNT的凝固缺陷分布。用DSC和热导率测定仪测试了DNTF和TNT的热性能参数。用凝固速率测试装置获得了描述DNTF和TNT凝固过程的温度-时间曲线。结果表明,DNTF和TNT的体积收缩率分别为11.6%和12.7%。DNTF的缺陷分布较为分散,而TNT的缺陷分布较为集中。DNTF和TNT的凝固点、凝固热、比热容和热导率分别为110.2℃、100.2 J·g~(-1)、0.943 J·g~(-1)·℃~(-1)、0.197 W·m~(-1)·℃~(-1)和80.9℃、104.6 J·g~(-1)、1.278 J·g~(-1)·℃~(-1)、0.224 W·m~(-1)·℃~(-1)。DNTF的凝固速率高于TNT。随着凝固层厚度的增加,轴向上各层间发生凝固的间隔时间出现快速缩短的趋势。DNTF凝固过程具有体积凝固的特点,而TNT的凝固过程具有逐层凝固的特点。     

改性B 炸药凝固模拟验证

为验证ProCAST 在改性B 炸药凝固过程中所得模拟结果的准确性,对改性B 炸药凝固模拟进行验证。 建立热交换模型,设定改性B 炸药实验条件与模拟边界条件,采用ProCAST 软件对改性B 炸药的凝固过程进行数 值模拟,通过模拟其不同时刻的凝固状况,对比不同时刻在凝固界面的2 维曲线的拟合情况,验证了ProCAST 在模 拟改性B 炸药凝固的准确性。结果表明,ProCAST 程序能够准确模拟出改性B 炸药的凝固情况。     

熔黑梯炸药凝固过程的数值模拟与实验验证

为了解浇铸炸药的凝固过程,采用有限元法对熔黑梯炸药凝固过程中的温度场进行了模拟,并对凝固过程中可能产生的缩孔进行了预测.结果表明,熔黑梯炸药凝固过程中内外温差较大,中心位置附近的温度变化曲线在75 ℃左右存在拐点,在药柱中间位置将出现缩孔和缩松.另外还采用热电偶对熔黑梯炸药凝固过程中的温度变化进行了测试,采用工业CT对固化后的熔黑梯药柱内部质量进行了检测,并将数值模拟结果和实验测试结果进行了对比,结果表明有限元方法可以对熔黑梯炸药凝固过程进行有效模拟.     

危险废物稳定化/固化综合处理技术的应用

为解决重金属废物和其他非金属危险废物对环境的污染问题,采用水泥固化为主药剂稳定化为辅的综合处理技术对其进行稳定化／固化处理,以达到其最终处置所需要求。首先,经固化和浸出试验确定每批废物实验块的基本配比。然后,将可直接固化的危险废物和回转窑焚烧炉的飞灰,按配比加药剂稳定且用水泥固化。为保证固化块的强度和提高填埋场的服务年限,对基本配比系统按工艺流程采用控制室集中控制,对其计量-投料-搅拌-出料生产过程实现自动控制,而其他设备则采用现场控制。该技术已应用到多个工程中去,取得良好的效果。     

弹药熔铸装药水浴护理凝固控制技术

为提高弹药装药质量,提出采用水浴作为控制弹药装药凝固的环境介质。分析弹药装药凝固过程热量传 递效率的影响因素,利用仿真及工艺试验进行可行性分析与验证,并使用低粘度熔铸炸药及异形熔铸装药口模拟弹 药进行应用效果验证。验证结果表明：水浴护理能控制弹药装药自下而上凝固,提高装药密度、凝固速度、均匀性 和品质,改善熔铸装药颗粒沉降现象,有助于改进弹药毁伤性能及使用安全性。     

顺序凝固工艺参数对熔铸装药影响的模拟研究

顺序凝固工艺在熔铸装药中具有较大的应用需要。为探讨顺序凝固工艺参数对装药的影响,研究基于移动边界的建模方法,选用梯恩梯/黑索今(TNT/RDX,33.8/65)炸药,建立了模具入水顺序凝固过程模型,模拟研究了入水速度(0.15,0.20,0.25 mm·s^-1)、水浴温度(30,40,50℃)、模具预热温度(60,70,80℃)3个主要参数对凝固过程温度场以及缩孔缺陷的影响,并基于这3个参数设计了三因素正交试验,对模拟所得缩孔体积以及其均值和极差进行了研究,得到了最优的工艺参数：模具入水速度为0.15 mm·s^-1,水温50℃,模具预热温度60℃。模拟结果显示,入水速度对装药质量影响最大,其次是水浴温度和模具预热温度。相较于试验方案(模具入水速度为0.15 mm·s^-1,水温50℃,模具预热温度70℃),正交设计的模拟优选方案可将缩孔体积减少74%,表明了相互匹配的工艺参数是提高装药质量的有效方法。     

关于从不同恒速降温条件下的DSC曲线峰温计算结晶/凝固反应动力学参数的一点注释

提出了从不同恒速降温条件下的DSC曲线峰温计算放热结晶/凝固反应动力学参数(表观活化能E和表观指前因子A)的方法和计算式。比较了用该计算式与Kissinger方程计算E和A值的适用性条件,认为Kissinger法不适于计算题称反应的动力学参数。因此,对题称反应,用Kissinger法所得的负E值,是不合理的。     

一种注装药梯度护理凝固技术

为解决注装药气孔、缩孔等疵病,提出一种基于逐层、顺序凝固原理的梯度护理凝固方法。通过沿装药 弹体的轴向划分出小区间,找出最易产生装药缺陷的区间,控制冷却液面上升速度等手段来使药液在该区间内的凝 固不产生疵病,完成所有区间的药液无疵病凝固,得到无明显装药疵病的高质量药柱;通过一种DNAN 基熔铸炸药 的梯度护理凝固应用,以验证该技术方案。装药结果表明：该方案能够得到无肉眼可见缩孔、气孔等疵病的高质量 药柱,装药质量可靠。     

定向凝固技术的研究进展

详细地评述了传统定向凝固技术的发展过程和存在的问题 ,介绍了几种新近发展起来的新型定向凝固技术 ,并指出了今后发展的方向。