溶剂-非溶剂法制备纳米FOX-7及其性能

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)及两者的混合物为溶剂,通过溶剂-非溶剂法制备了纳米1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)。通过场发射电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的形貌、物相、结构和热性能进行了表征,并对样品的感度进行了测试;在此基础上,研究了溶剂、表面活性剂对纳米FOX-7性能的影响。结果表明:所制备的纳米FOX-7平均晶粒尺寸小于30 nm。添加表面活性剂有助于降低纳米FOX-7的晶粒尺寸及颗粒尺寸,提高其粒度分布均匀性,改善其分散性。与原料相比,所制备的纳米FOX-7的初始分解温度提高,两个分解放热峰之间温度范围变窄,能量释放效率及分解焓有较大的提高,撞击感度与摩擦感度明显降低。当采用混合溶剂并添加表面活性剂OP-10和Tween 20时,所制备的纳米FOX-7的初始分解温度都提高近15℃,分解焓分别提高了4.97%,4.65%,摩擦感度降低了66.7%,50.0%。     

HTPE与FOX-7和FOX-12混合体系的热分解

利用差示扫描量热(DSC)法和热重-微商热重(TG-DTG)法得到端羟基聚醚(HTPE)/1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)混合体系和HTPE/N-脒基脲二硝酰胺(FOX-12)混合体系在不同升温速率(2.5,5.0,10.0,20.0℃·min~(-1))下的热分解曲线,用Kissinger公式和Ozawa公式计算了HTPE、HTPE/FOX-7和HTPE/FOX-12体系热分解的表观活化能。结果表明,HTPE的热分解过程为一个失重过程,其表观活化能E_k为127.45 kJ·mol~(-1)。Kissinger公式和Ozawa公式计算的HTPE/FOX-7混合体系表观活化能分别为288.16 kJ·mol~(-1)和270.85 kJ·mol~(-1),HTPE/FOX-12混合体系的表观活化能分别为179.50 kJ·mol~(-1)和170.35 kJ·mol~(-1)。对于同一体系,两种公式计算的结果基本一致。与单组份(FOX-7或FOX-12)相比,HTPE/FOX-7和HTPE/FOX-12体系的表观活化能分别降低了17.1~34.5 kJ·mol~(-1)和78.8~87.9 kJ·mol~(-1)。HTPE均降低了2种钝感含能组份(FOX-7和FOX-12)的(主)分解峰温度,FOX-7高温分解放热峰峰温降低了14.4℃,FOX-12的分解放热峰峰温降低了17.4℃。HTPE/FOX-7混合体系分解放热量增加了196.2 J·g~(-1),而HTPE/FOX-12混合体系分解放热量减少了275.2 J·g~(-1)。     

丁羟推进剂RDX填料表面包覆对其安全性能的影响研究

为了降低HTPB/RDX复合推进剂的机械感度,以一种高聚物(HP-2)为主要包覆剂,采用相分离法对其RDX填料进行了表面包覆.通过SEM、XPS及粒度分析仪对样品的包覆效果进行了表征,对包覆前后样品及推进剂的撞击感度、摩擦感度和热安定性进行了测试和分析.结果表明:和未包覆的RDX相比,经过适当包覆的样品撞击感度和摩擦感度都得到了明显降低,撞击感度特性落高升高了15.1cm,摩擦感度爆炸概率由92%降低到24%.采用这种表面包覆过的RDX制得的推进剂的撞击感度和摩擦感度也明显降低,撞击感度特性落高由51.04cm升高到62.24cm,摩擦感度爆炸概率由100%降低到72%.并对高聚物HP-2包覆的降感机理进行了分析.     

FOX-7基浇注型PBX安全性能

为了提升奥克托今(HMX)为基的浇注型高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)的安全性能,在配方中引入部分1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)替换HMX,研究了FOX-7对配方的热安定性、机械感度、冲击波感度、静电火花感度等安全性能的影响规律。结果表明,在引入FOX-7后,与HMX基浇注型PBX配方GO-1相比,配方GOXL-A的摩擦感度降低;在快速烤燃、慢速烤燃试验中的响应时间分别延长了58.8%、18.5%,并通过了升温速率为3.3℃·h~(-1)的极不敏感物质(EIS)缓慢升温试验考核;其冲击波感度显著降低,隔板厚度(L_(50))较GO-1降低了15.7%,50%临界起爆压力(p_(50))提升了9.5%;其静电火花感度显著降低,50%发火电压(V_(50))与50%发火能量(E_(50))分别提升65.3%和187.5%。     

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...     

TANPyOPb(Ⅱ)含能配合物的合成,热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用（英文）

合成了2,4,6-三氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(TANPyO)Pb(Ⅱ)含能配合物(Pb(TANPyO))。采用红外光谱、元素分析、撞击感度、摩擦感度、冲击波感度、TG-DTG和DSC表征了Pb(TANPyO)的结构和性能。采用TG-DTG和DSC分析了Pb(TANPyO)对高氯酸铵热分解的催化作用。结果表明:Pb(TANPyO)的分子式为Pb(C_5H_4N_6O_5)。配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感度分别为305 cm,36 kg和4.9 mm。Pb(TANPyO)在50~600℃温度范围内只有一个分解放热峰,最大放热峰峰温为329.0℃,残渣量为23.8%。其放热分解反应的表观活化能为331.9 kJ·mol~(-1)。Pb(TANPyO)对AP的热分解具有显著的催化作用。     

螺压硝胺改性双基推进剂对机械刺激的安全性分析

为考察螺压硝胺改性双基推进剂对机械性激励的安全性,采用无溶剂螺压成型工艺制备了7种RDX含量不同的硝胺改性双基推进剂样品,依据国军标方法研究了含不同RDX的螺压硝胺改性双基推进剂的摩擦感度、撞击感度和枪击感度。结果表明, RDX的加入提高了硝胺改性双基推进剂的摩擦感度和撞击感度,同时增加了其枪击条件下的燃烧概率。     

三维纳米结构FOX-7的构筑与热分解性能

以具有三维纳米网格结构且可降解的聚缩醛胺气凝胶(PHA)作模板,采用蒸发结晶法,原位诱导1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)结晶析出,得到FOX-7/PHA复合物,然后利用硫酸的稀溶液(10%)降解去掉模板,即可得到具有三维纳米结构的FOX-7(nano-FOX-7)。高效液相色谱(HPLC)测定nano-FOX-7的纯度为99%,说明模板基本去除完全。对样品的形貌、物相、结构和热分解性能进行了表征测试。结果表明,去模板后的nano-FOX-7较为完整地保留了模板PHA的三维纳米网络结构,其中FOX-7的平均晶粒尺寸为83.68 nm。与raw-FOX-7相比,特殊的纳米多孔结构使FOX-7的转晶峰和低温分解峰分别延后11.3℃和21.3℃,放热几乎集中在高温分解峰291.0℃处,分解焓从原料的1309 J·g-1增加到1421 J·g-1,表观活化能提高了128.62 kJ·mol^-1,增幅达31.46%,能量释放效率和热稳定性大幅提高。     

Cu(pn)_2(FOX-7)_2的非等温分解动力学、比热容与绝热至爆时间（英文）

通过K(FOX-7)·H_2O和Cu(NO_3)_2·3H_2O在1,3-丙二胺溶液中的反应制得含能配合物Cu(pn)_2(FOX-7)_2(pn=1,3-丙二胺)。用差示扫描量热法(DSC)和热重/微商热重法(TG/DTG)研究了Cu(pn)_2(FOX-7)_2的热分解行为,采用微量热DSC法测定了比热容,也研究了绝热至爆时间和撞击感度。结果表明,第一放热分解过程的非等温动力学方程为:dα/dT=(10~(17.83)/β)3α~(2/3)exp(-1.635×10~5/RT)。自加速分解温度和热爆炸临界温度分别为145.6℃和146.74℃。298.15 K时摩尔比热容为653.79 J·mol~(-1)·K~(-1)。绝热至爆时间约为77 s,Cu(pn)2(FOX-7)_2的特性落高(H_(50))是71 cm(14 J)(RDX7.5 J),Cu(pn)_2(FOX-7)_2是相对不敏感的。     

TANPyOPb(Ⅱ)含能配合物的合成,热分解行为及其对高氯酸铵热分解的催化作用（英）

合成了2,4,6-三氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(TANPyO)Pb(Ⅱ)含能配合物(Pb(TANPyO))。采用红外光谱、元素分析、撞击感度、摩擦感度、冲击波感度、TG-DTG和DSC 表征了Pb(TANPyO)的结构和性能。采用TG-DTG和DSC分析了Pb(TANPyO)对高氯酸铵热分解的催化作用。结果表明: Pb(TANPyO)的分子式为Pb(C₅H₄N₆O₅)。配合物的撞击感度、摩擦感度和冲击波感度分别为305 cm,36 kg 和 4.9 mm。Pb(TANPyO)在50~600 ℃温度范围内只有一个分解放热峰,最大放热峰峰温为329.0 ℃,残渣量为23.8%。其放热分解反应的表观活化能为331.9 kJ·mol^-1。Pb(TANPyO)对AP的热分解具有显著的催化作用。     

FOX-7团簇中分子间相互作用对其裂解影响的量子化学研究

采用色散校正密度泛函理论的RI-B2PLYP-D3和PW6B95-D3方法得到了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的四种气相团簇,以此模拟FOX-7分子在晶体结构中的存在状态。绘制了团簇形成过程中各分子相邻处的电子密度差图,从电子密度变化的角度解释了分子间相互作用的形成及来源,研究了凝聚相FOX-7分子间相互作用对FOX-7裂解机理的影响。结果表明,FOX-7团簇中分子间相互作用源于电子偏移形成的部分分子间共享电子,分子间相互作用形成的同时也使部分分子内的化学键被弱化,致使FOX-7的裂解通道发生改变。采用PW6B95-D3理论时,分子间相互作用使各团簇中FOX-7的C—NO_2键裂解活化能比单分子状态时普遍降低。不同团簇中分子间相互作用力角度不同,硝基异构反应的过程有所变化,与单分子FOX-7相比,团簇Ⅱ硝基异构通道的活化能下降了210.9 k J·mol~(-1),而团簇Ⅳ硝基异构通道的活化能升高了39.4 k J·mol~(-1)。     

有机酸优化FOX-7的合成

以盐酸乙脒和丙二酸二乙酯为原料,通过缩合、硝化、水解合成了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),经IR,MS,NMR鉴定了产物结构。硝化过程中加入有机溶剂,并优化了工艺条件。浓硫酸与反应物的摩尔比为9∶1,有机溶剂与浓硫酸体积比为1∶1,反应时间为3 h,反应温度为10℃时收率最高,收率为89.6%。     

CL-20/FOX-7基PBX的制备及其性能表征

为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?20)的安全性能,并保持其较高能量,以聚氨酯高聚物Estane为包覆剂,1,1?二氨基?2,2?二硝基乙烯(FOX?7)为含能降感成分,利用水悬浮包覆法制备了三种不同配比的CL?20/FOX?7基高聚物粘结炸药。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、撞击感度测试仪以及摩擦感度测试仪对样品的形貌结构、晶型、热分解特性以及样品的机械感度进行测试分析,用电测法对三种配比高聚物粘结炸药(PBX)爆速进行测试。结果表明,CL?20/FOX?7基炸药颗粒包覆效果较好,且CL?20和FOX?7均未发生转晶。三种CL?20/FOX?7基PBX表观活化能比细化CL?20分别提高了17.12,32.87 kJ·mol~(-1)和40.24 kJ·mol~(-1);活化焓(ΔH)较CL?20也明显提高;特性落高由细化CL?20的27.5 cm分别提高到58.3,56.5,54.2 cm。三种配比CL?20/FOX?7基PBX实测爆速分别为8474,8503,8577 mg·s~(-1),与PBXN?5相当,但特性落高较PBXN?5提升了48.5%以上,炸药安全性能明显提升。     

变温红外光谱法研究FOX-7的相变（英）

采用变温红外光谱法对高能钝感炸药1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)α→β和β→γ两种晶型转变进行了研究,讨论了FOX-7相变过程中的分子间氢键作用和分子结构.55 ～122℃,v11[NH2(vas)]和v10[NO2(vs)]频率移动为20 cm-1左右,v18[C-NO2(v)]消失;122 ～190℃,v12[C-NH2(v)]消失,v20[NO2(ω)]转变为新的宽峰.红外光谱结果表明:在FOX-7相变过程中,分子间氢键作用发生改变,分子结构改变.此外,随着温度的升高,在α→β的相转变中,氢键长度变化不符合线性热膨胀公式,并且v11、v4[NH2(vas)与2v5NH2(γ)的费米共振]、v7[NO2(vas)]和v10等谱带表现出与α-和β-FOX-7均不同的特征频率,表明FOX-7在α→β相变过程中要经历一种过渡态.     

FOX-7在DMSO-EAC混合体系中的结晶热力学

为了研究1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)在二甲基亚砜-乙酸乙酯(DMSO-EAC)混合溶剂中的结晶行为,促进FOX-7球形化晶体制备工艺研究,利用激光动态法测定了298.15～333.15 K温度范围内FOX-7在不同体积比DMSO-EAC混合溶剂中的溶解度,建立了溶解度方程,估算了结晶热力学参数,并在DMSO-EAC混合溶剂中进行了降温结晶实验。结果表明,FOX-7在该混合体系溶剂中的溶解度随温度和DMSO含量的增加而增加;所有模型拟合结果良好,其中CNIBS/R-K模型的关联结果最优;在VDMSO∶VEAC=1∶3体系中降温结晶所得晶体形貌规则、呈椭球状且粒度均匀。     

Preparation and Properties of PBXs Based on FOX-7 in Controlled Fragmentation Warhead Application（英）

Polymer bonded explosive(PBX)formulations were successfully prepared in the laboratory scale containing 1,1-diamino-2,2-dinitroethene(FOX-7)and hexogen(RDX)as brisant high explosives and different binder types of polyurethane(PU)based on glycidyl azide polymer(GAP) and hydroxyl-terminated polybutadiene(HTPB) as an energetic and inert polymeric binder respectively.Casting technique was used for the preparation of different PBX formulations based on FOX-7/RDX and PU(GAP/HTPB)with 14% binder.The sensitivity to different initial impulses and performance characteristics of the explosive and lethal zone of the tested controlled fragmentation warhead by the fragmentation warhead assessment test(arena test)were studied,in which the arena test was carried out with a controlled fragmentation warhead made from Ck45 steel,with dimensions(100 mm length,30 mm outer diameter and 3 mm thickness).Results show that PBXGF4 has lower sensitivity to impact and heat than those of PBXGR4 by 188.4% and 3.2% respectively.Its friction sensitivity is the same as that of PBXGR4.It has better performance,in which detonation velocity increases by 2.1% and brisance increases by 0.5% when compared with those of PBXGR4.It was concluded that PBXGF4 which based on FOX-7 bonded with PU/GAP matrix has good characteristics as PBX,specially in the sensitivity to impact and can be applied for replacing PBXs based on RDX in the advanced PBXs for low sensitive fragmentation warheads.     

FOX-7在DMSO-H_2O二元混合体系中的结晶研究

为获得不同结晶条件对1,1‐二氨基‐2,2‐二硝基乙烯(FOX‐7)晶体质量和形貌的影响规律,实现对其晶体形态的控制,使用Crystal SCAN多通道结晶仪,采用浊度法测定了20~95℃,FOX‐7在二甲基亚砜(DMSO)、水(H_2O)及其二元混合溶剂中的溶解度以及在DMSO/H_2O=2∶1(体积比)混合溶剂中的介稳区宽度。采用降温法研究了FOX‐7在多种结晶条件下的晶体形态,并测试了晶体的机械感度和热性能。结果表明,FOX‐7的溶解度随着温度的升高和二元混合溶剂中DMSO含量的增加而增加;介稳区宽度随着温度的升高、降温速率的减小和搅拌速率的增大而变窄。降温结晶过程中,FOX‐7的晶体形态显著受溶剂比例、结晶起始温度和降温速率的影响,在50~80℃,降温速率不低于2℃·min~(-1)的条件下,可得到长径比几乎相同、形貌规则的立方块状高品质FOX‐7晶体,并且粒径在20~150μm内可控。同时,FOX‐7的晶体质量越好,晶体颗粒密度越大,热分解温度越高;FOX‐7的撞击感度都较低,且受颗粒形貌影响小,但摩擦感度受颗粒形貌影响较大,其中长柱状晶体的摩擦感度最小,片状晶体的最大。