液相超声法制备CL-20/HMX共晶炸药与表征

采用液相超声法制得摩尔比2︰1的CL-20/HMX共晶炸药。利用扫描电镜(SEM)对其大小和形貌进行表征,利用X射线衍射法(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对其是否形成共晶进行判定,并对其进行撞击感度测试与分析。结果表明,所制得的样品不是CL-20与HMX简单的混合,而是形成了CL-20/HMX共晶炸药;共晶炸药颗粒为片状结晶,粒径在1μm左右;CL-20/HMX共晶炸药的热分解放热峰温为246.31℃,较CL-20小4.53℃,热分解焓变比CL-20低151 J/g,热安全性与CL-20相当;共晶炸药的特性落高为37.8 cm,比CL-20高24.7 cm,比HMX高18.2 cm。     

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。     

CL-20/RDX共晶炸药的制备与性能测试

为了研究六硝基六氮杂异伍兹烷/环三亚甲基三硝胺(CL-20/RDX)共晶炸药的性能,采用喷雾干燥法制备了质量比为1∶1的CL-20/RDX共晶炸药;通过扫描电镜(SEM)观察了共晶炸药的形貌;采用粉末X-射线衍射法与红外光谱法测试了共晶炸药的结构;采用差示扫描量热法(DSC)测试了共晶炸药的热性能;通过感度实验分别测试了共晶炸药的撞击感度与摩擦感度。结果表明,CL-20/RDX共晶呈球形,粒径在1～5μm; CL-20/RDX共晶的衍射图与CL-20和RDX的衍射图均不完全相同,衍射峰有明显的位移;CL-20/RDX共晶炸药的热分解温度为222.8℃,比CL-20低30℃左右,比RDX低20℃左右,说明共晶的生成对其热性能有较大影响;CL-20/RDX共晶炸药的撞击感度为76%,特性落高为26.9cm,摩擦感度为64%,其机械感度较CL-20有大幅降低,表明共晶炸药的感度显著降低,安全性能得到明显提高,进一步说明共晶在含能材料改性和降感方面的优势。     

一种制备CL-20/LLM-116共晶含能材料的新方法

将直流电通过螺线管产生均匀的磁场,在均匀磁场环境下,以六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、4-氨基-3,5-二硝基吡唑(LLM-116)为原料,在匀强磁场环境中,利用溶剂挥发法制备CL-20/LLM-116共晶炸药。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及差式扫描量热仪(DSC)对实验制备的共晶炸药进行表征,结果表明:共晶炸药为块状黄色晶体,与单一CL-20和LLM-116晶体相比形貌有明显变化。共晶炸药的的熔点为148.38℃,分解温度也较单一组分有一定变化,出现2个热分解峰,分解温度分别为244.22℃和251.53℃。综上所述,磁场环境下的溶剂挥发法是一种可行的制备CL-20/LLM-116共晶含能材料的新方法。     

TATB/HMX共晶炸药的制备及性能研究

采用溶剂/非溶剂法,在超声辅助的情况下,制备了TATB/HMX共晶炸药;探究了TATB/HMX共晶技术的影响因素;计算了TATB/HMX共晶炸药的理论密度和理论爆速;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描热量法(DSC)对其进行表征和热分析,并测试了其撞击感度。结果表明,制备TATB/HMX共晶的最佳工艺条件为:以[Emim]Ac/DMSO为复合溶剂,TATB和HMX投料比(摩尔比)为3∶7,温度为80℃,搅拌速率为500r/min;与原料相比,TATB/HMX共晶分子在结构上发生改变;TATB/HMX共晶炸药颗粒大小约为2μm,形貌为六边形晶体;共晶炸药的热安定性优于原料HMX,其特性落高比原料HMX高74cm,撞击感度明显降低;理论密度为1.891g/cm~3,理论爆速为8.758km/s,表明其爆炸性能良好。     

一种新型CL-20/TKX-50共晶炸药的制备、表征和性能研究

为降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的感度,通过溶剂-非溶剂法制备了CL-20和1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)共晶炸药;通过Materials Studio 5.0软件分析了CL-20和TKX-50分子的表面静电势,并预测了共晶分子间可能的非共价键作用;采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外(IR)和拉曼光谱(Raman)对其形貌和结构进行了表征;采用DSC测试了其热性能,并测试了其撞击感度,预测了其爆轰性能。结果表明,制备的CL-20/TKX-50共晶呈扁平的片状形貌;XRD、IR和Raman谱图中出现峰的生成、消失、偏移和强度的改变,证明有新的晶格结构形成;升温速率8℃/min下,CL-20/TKX-50共晶的主要热分解峰温为222.8℃,与CL-20、TKX-50的热分解峰温240.3、234.9℃相比,分别提前了17.5℃和12.1℃,明显区别于具有两个放热过程的CL-20/TKX-50混合物的热分解行为;CL-20/TKX-50共晶炸药的感度显著低于原料CL-20,同时也优于β-HMX,说明其具有良好的安全性能;CL-20/TKX-50共晶的预测爆速和爆压分别为9264m/s和43.8GPa,较CL-20均略微下降,但和β-HMX相比,爆轰性能明显提高。表面静电势能和建模分析均表明,CL-20中—NO2的O与TKX-50中—NH+3的H之间易于形成氢键。     

溶剂挥发法制备CL-20/LLM-105共晶含能材料的研究

为解决CL-20机械感度过高的缺点,采用机械感度较低的含能材料作为配体与CL-20制成共晶可以有效改善CL-20的感度。以六硝基六异戊兹烷(CL-20)与2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)为原料,通过溶剂挥发法制备CL-20/LLM-105共晶材料,利用偏光显微镜, X射线衍射(XRD)及差式扫描量热仪(DSC)对样品进行表征,结果表明:CL-20/LLM-105共晶材料为块状粉红色晶体,与单一CL-20和LLM-105晶体相比形貌有明显变化。实验制得的CL-20/LLM-105共晶材料XRD表明CL-20/LLM-105共晶相比于原料峰值变化较明显。共晶炸药的熔点为176.51℃,分解温度为237.43℃。     

CL-20/HMX无规作用及共晶作用的理论计算

为了对比六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)/环四亚甲基四硝铵(HMX)炸药分子间的无规作用及共晶作用,基于密度泛函理论(DFT),在B3LYP方法上使用6-311++G(d,p)基组优化得到了4种CL-20/HMX无规构型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ),对4种无规构型的几何结构、静电势、能量及电子密度拓扑进行了分析;利用分子动力学方法计算了共晶结构中H原子和O原子的径向分布函数;计算了不同摩尔比CL-20/HMX共晶的密度及爆速。结果表明,4种CL-20/HMX的无规构型存在氢键相互作用,氢键键长在0.274 2~0.296 4nm之间;4种无规构型的稳定性排序为:ⅣⅢⅡⅠ,构型的稳定性主要取决于氢键的数量和键长;4种无规构型在键临界点BCP处的电子密度ρ(r)大小排序为:ⅣⅢⅡⅠ,CL-20和HMX分子之间不仅存在H…O以及H…N形式的氢键相互作用,还存在N…O和C…O形式的范德华作用;共晶结构中CL-20与HMX的相互作用主要有氢键和强范德华力,氢键键长为0.22nm;CL-20/HMX共晶(摩尔比2∶1)的理论密度为2.003g/cm~3,理论爆速为9 608m/s。     

零氧平衡CL-20/AP复合含能材料的制备及表征

为了调节六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的氧平衡,进一步提高其能量利用率,采用乳液法制备了零氧平衡的CL-20/AP复合含能材料,并研究了影响乳液稳定性的因素。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)及撞击感度试验对材料的形貌、结构和性能进行了表征。结果表明,表面活性剂吐温-80的用量为AP和CL-20总质量的0.56%时,可形成稳定的O/W结构;乳液能在48h内保持良好的稳定性;微米级的空心球形α-CL-20晶体附着在AP晶体表面,二者充分接触;CL-20/AP复合含能材料仅在243.38℃处有一个放热峰,其放热量达1 538.83J/g,同原料CL-20相比提高了60.7%;CL-20/AP复合含能材料撞击感度的特性落高H50为45cm,比原料CL-20高32cm,显示CL-20的安全性能明显改善。     

HMX/ANPZO共晶炸药的制备及表征

运用分子动力学方法,计算了1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮环杂辛烷(HMX)分子、2,6-二氨基-3,5-二硝基-吡嗪-1-氧(ANPZO)分子以及HMX/ANPZO共晶分子的分子间作用力、结合能和内聚能密度。通过气相扩散法制备了HMX/ANPZO共晶炸药,用红外光谱(IR)、差示扫描量热(DSC)和X射线衍射(XRD)表征了其结构,并测试了其机械感度。结果表明,HMX/ANPZO共晶分子间的相互作用力大于HMX分子间以及ANPZO分子间的相互作用力。与HMX和ANPZO相比,HMX/ANPZO共晶炸药的晶体结构和热分解特性变化较大,特性落高为59cm,与HMX相比提高了96.7%;理论爆速达9 060m/s。     

CL-20/FOX-7共晶的分子动力学模拟

依据共晶形成的氢键规则,搭建了7种CL-20/1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)共晶模型;采用分子动力学(MD)模拟研究了CL-20/FOX-7共晶形成的可能性;通过径向分布函数(RDF)考察了共晶模型内分子的相互作用力;采用X-射线粉末衍射(XRD)模拟分析了共晶模型与纯组分间衍射峰的区别。结果表明,FOX-7和CL-20分子间存在较强的氢键和范德华力,7种共晶模型的结合能大小顺序为:Eb(1 0 1)Eb(1 1-1)E_b(随机晶面)E_b(0 1 1)E_b(0 0 2)E_b(1 1 0)E_b(1 0-1);7种共晶模型的分子间作用力以FOX-7取代CL-20(1 0 1)、(11-1)晶面较强;7种共晶模型的XRD衍射峰相较纯组分CL-20或FOX-7区别较大。据此推测在制备CL-20/FOX-7共晶过程中,FOX-7取代CL-20(1 0 1)晶面的共晶模型易于形成。     

配位键合剂-603对亚微米CL-20撞击感度的影响

用亚微米单质炸药CL-20和亚微米CL-20/配位键合剂-603(LBA-603)混合炸药的撞击感度试验研究了LBA-603对亚微米CL-20/LBA-603体系撞击感度的影响,并对LBA-603在混合炸药中的作用机理进行了探讨.结果表明,由于LBA-603与CL-20分子的-NO2基团形成诱导效应,LBA-603在亚微米CL-20表面形成一层黏附层,对亚微米CL-20起到包覆作用,包覆层具有能量缓冲、吸热、表面修饰的作用;亚微米CL-20/LBA-603混合炸药的撞击感度随LBA-603添加量的增加而降低,与单质炸药亚微米CL-20相比,添加质量分数10%的LBA-603后,混合炸药的特性落高(H50)提高了10.96 cm.     

CL-20/TATB共晶的分子动力学模拟

基于CL-20的晶胞参数和主要生长面及共晶的形成原理,构建了6种CL-20/TATB共晶结构模型。运用Forcite及在MD下达到平衡后,基于平衡结构进行径向分布函数考察、X射线粉末衍射图谱计算及模型能量计算。结果表明:6种共晶模型中分子间均存在较强的氢键作用力;随机取代模型的XRD衍射峰与纯组分CL-20相近,主要生长面模型的XRD衍射峰较纯组分CL-20和TATB有很大不同,且均有新峰出现;共晶模型在生长速率最慢的(10-1)晶面上取代后的能量最低,结构最稳定。基于能量计算、径向分布函数研究,TATB取代CL-20(10-1)晶面的共晶模型更容易形成。     

BAMO-AMMO的热行为及其与含能组分的相容性

采用DSC、TG-DTG程序升温法研究了3,3-二叠氮甲基氧丁环/3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环共聚物(BAMO-AMMO)的热行为,并采用DSC法和真空安定性法考察了BAMO-AMMO与含能组分RDX、HMX、DNTF、CL-20、AP、Al、NG、DIANP的相容性.结果表明,BAMO-AMMO的热分解分两个阶段进行,第一阶段分解峰温为260.3 ℃,较硝化棉的分解峰温高51 ℃,热稳定性好;第二阶段分解峰温为401.7 ℃;BAMO-AMMO与RDX、HMX、CL-20、AP、Al、NG、DIANP均相容,可与上述物质混合应用于火药.     

静电喷雾法制备超细CL-20基复合含能微球及其性能研究

为了使六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)球形化并且降低其反应活化能,采用静电喷雾法成功制备了超细NC/CL-20复合含能微球。通过控制静电喷雾实验条件及前驱体溶液参量,得到了球形度完整、粒径在1~3μm且粒度分布较窄的复合物微球颗粒,并且探究了CL-20含量对微球粒度的影响;对该复合微球进行了红外光谱分析、X射线衍射分析、热分解反应动力学研究。结果表明,复合微球中CL-20与NC之间仅为物理复合;原料CL-20为ε晶型,而静电喷雾制备的复合微球中CL-20均为β晶型;几种复合微球的放热峰温均低于原料CL-20;NC/CL-20复合微球的分解反应活化能比原料CL-20降低了28.47kJ/mol。     

球形HMX/F_(2602)复合炸药的制备与表征

以F_(2602)(氟橡胶)为胶粘剂、HMX(奥克托今)为含能材料,采用喷雾干燥法制备了PBX(聚合物粘接炸药)。利用SEM(扫描电镜)、XRD(X-射线衍射)法和DSC(差示扫描量热)法对PBX的结构和性能进行了表征。研究结果表明:HMX/F_(2602)复合炸药的颗粒呈球形状结构,并且其粒径达到纳米级别;与HMX原料相比,HMX/F_(2602)的热稳定性更好,撞击感度明显降低[H_(50)(特性落高)值由18.20 cm升至35.37 cm]。     

18-冠-6/ADN含能共晶氧化剂对BAMO-THF推进剂能量特性的影响

采用X射线单晶衍射表征了新型18-冠-6/二硝酰胺铵含能共晶(18-Crown-6/ADN)氧化剂晶体的结构;采用氧弹式量热计测定了其燃烧热并获得其标准摩尔生成焓(Δ_fH_m~θ);采用最小自由能法计算了18-Crown-6/ADN对3,3-二叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃共聚醚(BAMO-THF)推进剂能量性能的影响。结果表明,18-Crown-6/ADN晶体属于单斜晶系,C2/c空间群,晶胞参数:a=2.393 5nm、b=0.863 27nm、c=2.032 4nm;α=90°、β=112.874°、γ=90°;18-Crown-6/AND的Δ_fH_m~θ为-(833.57±4.89)kJ/mol,其取代配方中的AP、HMX、ADN或CL-20后推进剂的理论比冲(I_(sp))最低;含18-Crown-6/ADN的BAMO-THF推进剂中加入部分高能组分(如CL-20、HMX)可提高其能量性能;能量计算表明,BAMO-THF/A3、Al、AP、(18-Crown-6/ADN)/CL-20/HMX的质量分数分别为25%、18%、15%、42%,18-Crown-6/ADN、CL-20和HMX的质量比约3∶4∶3时,配方的I_(sp)约2 550N·s/kg,燃烧室温度约2 900K,燃气平均相对分子质量约24.50,特征速度约1 540m/s。     

纳米碳管对CL-20热分解性能的影响

用DSC和TG研究了含纳米碳管的CL-20热分解特性。结果表明,纳米碳管的加入降低了CL-20的起始分解温度和分解峰温度,活化能由原来的184．3kJ／mol降低为172．2kJ／mol,放热量也由原来的2604．48J／g降低到2256．69J／g。同时,随着纳米碳管百分含量的增大,CL-20的起始分解温度、分解峰处温度、活化能以及放热量都逐步降低。     

基于纳米HNS及共晶技术高效降低CL-20感度的研究

以硬脂酸修饰的纳米六硝基茋(HNS)为表面活性剂，采用Pickering乳液法制备出CL-20-TNT共晶/HNS复合物(CL-20-TNT/HNS),并对其形貌、晶型、热分解性能和安全性能进行了表征。结果表明，Pickering乳液法制备的CL-20-TNT/HNS球形复合物粒径约为5μm, HNS均匀包覆在其表面；CL-20和TNT通过分子间相互作用形成了共晶；CL-20-TNT/HNS热分解峰温为251.5℃,较原料CL-20升高了8.1℃,其撞击感度H₅₀为68cm,远高于原料CL-20和CL-20/TNT/HNS三者的机械混合物，较大幅度地提高了CL-20的安全性能。采用的Pickering乳液法中基本不含非含能组分，与以非含能材料(如吐温、司班等)为表面活性剂制备的复合物相比，未降低CL-20-TNT共晶/HNS复合物的能量。     

TNT与主炸药HMX及CL-20之间的结合能对比

以ε-CL-20和β-HMX为主体炸药,分别与TNT混合,运用分子动力学(MD)方法研究和计算两者之间的结合能。结果表明,TNT与CL-20炸药的结合能要比TNT与HMX之间的结合能大,也就是TNT与CL-20之间的相容性较好。