TATB、HMX与氟聚合物的表面能研究

在接触角实验基础上,分别用几何方程,调和方程,YGGF方程计算了TATB,HMX与F2314等四种氟聚合物的相应表面能数据。比较而言,用YGGF方程得到的表面能数据更为可靠,计算得到的TATB与四种氟聚合物的热力学界面作用能表明：F2314与TATB间潜在的范德华作用最强。     

TATB基PBX界面粘结改善研究进展

对近年来提高和改善TATB基高聚物粘结炸药(PBX)界面粘结的方法进行了综述,从TATB特殊的分子结构出发,讨论了粘结剂的选择以及界面之间相互作用的评估,从理论模拟的角度分析了氟聚合物与TATB间的相互作用。重点阐述了炸药表面改性、偶联剂对界面改善的影响。指出了重点发展的三个方向:粘结剂结构设计、偶联剂加入、新型包覆方法。     

黏结剂对喷雾干燥FOX-7基PBXs的性能影响

为研究喷雾干燥制备高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives,PBXs)的包覆机理和黏结剂种类及含量对PBXs性能的影响,分别以聚酯型热塑性聚氨酯(Estane 5703)、氟树脂(F₂₃₁₄)、氟橡胶(F₂₆₀₂)和丙烯酸酯橡胶(ACM)为黏结剂,采用喷雾干燥技术制备细化FOX-7和含有不同黏结剂种类和含量的1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)基PBXs。分别采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、撞击感度测试仪测试样品的表面形貌、晶型、热分解特性和撞击感度,研究黏结剂种类和含量对FOX-7基PBXs性能影响。结果表明,喷雾干燥包覆样品晶型均为α-FOX-7;Estane 5703包覆样品拥有最佳的球形度、表面光滑度和机械安全性,但表观活化能降低10.61%,F₂₆₀₂包覆样品的热稳定性好,二者作为黏结剂均可有效降低FOX-7的撞击感度;黏结剂含量为3%～5%时,FOX-7基PBXs造型粉颗粒表面光滑,包覆黏结效果好;黏结剂含量为5...     

TATB/氟聚物PBX力学性能的分子动力学模拟

运用分子动力学(MD)方法,设计"吸附包覆"、"渗透添加"和"切割分面"三种模型,模拟计算了TATB与含氟聚合物(PVDF,PCTFE,F2311和F2314)二组分复合材料的力学性能.首次报导纯TATB晶体及其氟聚物PBX的弹性系数、模量和泊松比.发现添加少量氟聚物能有效改善TATB的力学性能;氟聚物沿TATB三个晶面粘结对TATB力学性能的改善效应为010＞100＞001;在295～495K温度范围内的模拟结果表明,随温度升高,TATB及其氟聚物PBX的刚性减小、弹性增强.     

TATB基PBX介观结构的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学对四种TATB基PBX的介观结构及其演变过程进行了研究。结果表明:聚合物在单质炸药TATB中形成线形的网状结构,但没有完全包覆TATB;随着聚三氟氯乙烯重复单元在聚合物中含量比例的增加,聚合物在TATB中的扩散变得越来越容易;温度升高也会使更多的聚合物扩散到TATB中。研究发现,温度在400K时,聚合物形成蜂窝状结构,能很好地包覆TATB。     

两种氟聚合物在TATB晶体表面吸附的动力学模拟

采用Discover／Material Studio中的分子动力学（COMPASS力场、NVT）方法及smart minimizer结构优化方法，对两种氟聚合物在TATB不同晶面上吸附行为进行模拟和结构优化后发现：（1）二者相互作用时，TATB原子位置变化的大小次序为：（010）〉（100）〉（001）；而氟聚合物的展开程度按以上次序增加。（2）TATB晶体对两种聚合物都是吸引的，可以用F2311及F2314来包覆TATB晶体；且F2314对TATB晶体的包覆效果要优于F2311。（3）TATB不同晶面吸附能力的大小次序为：（010）〉（001）〉（100）。     

聚多巴胺改性的CL-20和FOX-7炸药力学性能及热稳定性

炸药的热稳定性及力学性能已成为影响武器装备安全性的重要因素.为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)炸药的热稳定性及高聚物黏结炸药(PBX)的力学性能,基于多巴胺(DA)氧化自聚合反应包覆CL-20和FOX-7炸药晶体.采用扫描电子显微镜(SEM)、热分析仪(TG/DSC)、动态力学分析仪(DMA)、接触角测量仪、激光粒度仪、高效液相色谱(HPLC)、BAM撞击感度仪、红外吸收光谱仪、万能材料试验机等,对表面改性颗粒的形貌结构、粒径、包覆含量、感度、热分解性能及其制备的PBX力学性能进行测试.结果表明,多巴胺能在含能晶体表面形成很好的聚多巴胺(PDA)包覆层,通过调控聚合时间可以获得不同的表面包覆形态;同时,PDA还能改善炸药晶体的界面性质,有利于黏结剂的均匀分布;PDA包覆抑制CL-20的转晶,提高CL-20的活化能,提升热稳定性.力学性能表明,CL-20基PBX的巴西强度和压缩强度都得到提高,最高分别提升了34.27％、10.21％;FOX-7基PBX的巴西强度和压缩强度也都得到提高,最高分别提升了40.44％和11.92％,且包覆后,试样的延伸率均有所提升.另外,表面包覆PDA后,两种炸药的蠕变得到明显抑制,抗蠕变性能改善.     

仿生聚多巴胺对HMX、TATB和铝粉的界面性能改性

为了研究表面改性方法及表面包覆均匀性、浸润性等性状对含能材料的机械感度、界面力学性能以及工艺性能的影响,仿生贻贝黏附蛋白的作用原理,以多巴胺为前驱体,采用一步法使其在含能材料表面聚合形成一层致密牢固的包覆薄膜聚多巴胺(PDA),制备了改性单质炸药(HMX@PDA、TATB@PDA)和改性铝粉(Al@PDA)。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和接触角测试仪对改性含能材料的表面形貌、药柱断裂处微观形貌、元素含量以及表面浸润性能进行了表征,采用国军标(GJB-772A-1997)、巴西实验等标准测试方法对改性含能材料的机械感度、拉伸应力-应变曲线等进行了测试,并将实测性能与未改性含能材料进行了对比分析。结果表明,与HMX晶体比较,HMX@PDA晶体的摩擦感度下降30%,特性落高数值增加一倍;与TATB基药柱比较,TATB@PDA基药柱的拉伸强度提高约15%;与Al粉比较,Al@PDA在HTPB液相中24h后可有效减缓沉降。聚多巴胺对晶体完整致密的包覆性能以及含有丰富活性基团的特性,对含能材料的包覆降感、界面力学性能提升和工艺稳定性提升等方面具有显著的界面改性作用。     

TATB原位包覆HMX的研究

为提高TATB对HMX的钝化效果,利用声化学合成方法,在HMX颗粒表面原位生成了TATB,制备了HMX/TATB复合物。并与混合法制备的样品进行了比较。SEM观察表明,原位包覆法TATB对HMX的包覆效果比混合法的包覆效果更好。DSC分析表明,原位包覆法样品中HMX的热分解温度更高。机械感度测试结果表明,在TATB含量相当的情况下,原位包覆法样品具有更低的机械感度,在TATB含量为10%时,撞击感度为24%,摩擦感度为0%。     

F2314/AS复合粘结剂与TATB界面作用的相关参数研究

为分析复合粘结剂的组成和配比对高聚物粘结炸药(PBX)界面作用的影响,基于不同理论模型,采用多个参数(参数A、β和有效体积分数φe)评估了氟树脂F2314/丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)复合材料与1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的界面作用。结果表明,F2314/AS复合粘结剂与TATB的界面作用与F2314和AS的相转变有关,随着温度升高呈现较大波动。TATB/F2314和TATB/AS复合材料的界面作用参数β值分别为0.969和0.840。20℃时炸药颗粒的有效体积分数φe和单个颗粒有效体积的相对值B随F2314含量增加而增加。随着F2314含量增加,PBX中TATB炸药颗粒和粘结剂的界面作用增强。     

氟聚合物溶液对TATB的润湿效果研究

用ＴＹ－８２接触角测定仪,测定了几种氟聚合物溶液与三氨基三硝基苯（ＴＡＴＢ）药片的接触角。结果表明：偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物Ｆ２６０２,Ｆ２６０３溶液对ＴＡＴＢ接触角较小;偏二氟乙烯与三氟氯乙烯的共聚物Ｆ２３１４溶液浓度为８％时,由于批准不同,润湿效果不同,随着浓度的降低,接触角变小;乙酸丁酯作溶剂时,Ｆ２３１４溶液对ＴＡＴＢ表面具有较好的润湿作用。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物为基的耐热混合炸药性能

分别制备了以2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)为基,加入氟橡胶F2311、氟橡胶F2603及其两种混合物黏结剂和增塑剂组成的三种耐热混合炸药,进行了耐热性、感度、成型性、爆炸能量和破甲威力性能测试。结果表明,三种以ANPyO为基耐热炸药有良好的耐热性能,可以在200～250℃温度条件下使用;成型性能良好;机械感度比较接近,均低于单质ANPyO,撞击和摩擦感度最小值分别为10%和24%;爆速和破甲性能均高于以PYX基的混合炸药,爆速提高约400m.s-1,破甲深度提高约30mm。     

单质炸药在等离子体作用下的起爆响应

为了得到单质炸药在等离子体作用下的起爆响应规律,以镍-铬(Ni-Cr)丝和钨丝电爆炸作为等离子体产生源,进行了单质炸药的等离子体起爆实验,采用示波器测定等离子体的电压和电流,以见证板判定炸药是否爆轰。结果表明,Ni-Cr丝等离子体对奥克托今(HMX)的起爆能力强于钨丝等离子体。选用粒度21μm和140μm,装药密度相差10%的HMX起爆,粒度较小和装药密度较小时,HMX的等离子体起爆响应更剧烈。单质炸药奥克托今(HMX),2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105),1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12),三氨基三硝基苯(TATB)可被等离子体起爆。2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)由电爆炸产生的热作用引燃。炸药的Ni-Cr丝等离子体感度顺序为:HMXLLM-105≈FOX-7FOX-12TATB。推断等离子体起爆炸药的机理为混合起爆。提出了基于等离子体的颗粒燃烧模型。     

HMX/FOX-7共晶炸药分子动力学模拟

基于环四甲撑四硝胺(HMX)主要生长面和共晶形成氢键规则,搭建6种HMX/1基于环四甲撑四硝胺(HMX)主要生长面和共晶形成氢键规则,搭建6种HMX/11-二氨基22-二硝基乙烯(FOX-7)共晶模型。采用分子动力学(MD)模拟研究HMX/FOX-7共晶炸药形成的可能性。MD模拟过程中键长、键角、二面角发生严重扭曲。径向分布函数（RDF）考察HMX中氧原子和FOX-7中氢原子或HMX中氢原子和FOX-7中氧原子间的作用力。发现HMX和FOX-7分子间存在较强氢键和范德华力作用。根据最终HMX/FOX-7结构模型,进行结合能和X-射线粉末衍射（XRD）图谱计算。结果表明：6种共晶模型的结合能大小顺序为：E_b(0 2 0)>E_b(1 0 0)>E_b(随机)>E_b(111 )>E_b(102 )>E_b(0 11). 6种共晶模型的XRD衍射峰与纯组分HMX或FOX-7有很大区别。基于晶体生长形貌,结合能和径向分布函数的研究,FOX-7取代HMX（111 ）晶面的共晶模型易于形成。     

含FOX-7发射药的低压燃烧性能及力学性能

通过中止燃烧试验及密闭爆发器试验研究了含FOX-7发射药的低压燃烧性能。结果表明:随着样品中FOX-7含量的增加,其燃速压力指数降低; 发射药燃烧过程中,药体表面形成连续的熔融层,抑制了RDX的爆燃,发射药燃烧一致性变好,有利于发射药低压下的稳定燃烧。抗冲强度试验结果表明,增加配方中FOX-7含量,发射药抗冲强度增大。     

钝感高能材料N-脒基脲二硝酰胺盐的研究进展

概述了新型钝感高能材料N-脒基脲二硝酰胺盐(GUDN,亦称FOX-12)的理化性能和爆轰性能,并讨论了其相关应用。GUDN能量较高(接近RDX)、感度低(接近TATB)、热稳定性好、相容性好,适用于推进剂、气体发生剂和钝感炸药。     

FOX-7在H2O/DMF溶剂中的结晶形貌预测

为了准确理解溶剂和温度对含能材料结晶形貌的影响,采用分子动力学方法模拟研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在水/二甲基甲酰胺(DMF)中的结晶形貌。构建了溶剂-晶面的界面吸附模型,使用修正附着能(MAE)模拟方法,计算溶剂-晶面之间的相互作用能,修正各晶面真空附着能并获得FOX-7在不同比例溶剂、不同温度条件下的晶习,分析了溶剂分子和FOX-7晶面之间的分子间作用力。结果表明:在真空条件下决定FOX-7晶习的六个重要晶面为(0 1 1),(1 0-1),(1 0 1),(1 1-1),(0 0 2)和(1 1 0)面;FOX-7在H2O/DMF溶液条件下的晶习随温度条件变化有明显差异,当温度为298K时在不同比例溶剂中的晶习均为块状,预测形貌与文献实验结果吻合较好。     

非线性等转化率积分法在炸药热分析中的应用

由非定温热分解的动力学积分方程，当反应深度α取相同数值时，通过评价函数推导出非线性等转化率积分（NL-INT）法求解热分解反应表观活化能的数学表达式。根据升温速率分别为5、10、20K·min^-1的热失重分析曲线，用NL—INT法计算了HMX、HMX基PBX、TATB、PETN炸药和F2314、SD-33黏结剂的热分解表观活化能，并分析和讨论了用NL-INT法和Ozawa法的计算结果。研究结果表明，用NL—INT法能克服因近似处理积分式和选择热分解机理函数带来的误差，获得的表观活化能比较准确。