N,N'-二[(2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)]乙二胺的热安全性和密度泛函理论研究

借助N,N’-二[(2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)]乙二胺的恒容标准燃烧热(Qc),不同加热速率(β)非等温DSC曲线离开基线的初始温度(To)、onest温度(Te)、最大峰顶温度,由Kissinger法和Ozawa法所得的热分解反应活化能(EK,Eo)和指前因子(AK),从方程Inβi=In[A0/be0(or p0) G(α)]+be0(or p0)Te(or p)i所得的值be0(or p0),从方程Inβi=In[A0/(ae0(or p0)+1)G(α)]+( ae0(or p0)+1) InTe(or p)i所得的ae0(or p0)值,从方程In(βi/Tei-Toi)=In(A0/G(α))+bTei所得的b值,从方程In(βi/Tei-Toi)=In(A0/G(α))+aInTei所得的a值,估算的比热容(cp)、密度(ρ)、热导率(λ)和分解热(Qd,取爆热之半)数据,Zhang-Hu-Xie-Li公式,Hu-Yang-Liang-Xie公式,基于Berthelot方程和Harcourt-Esson方程计算热爆炸临界温度的公式,Smith方程,Friedman公式,Bruckman-Guillet公式,热力学公式和Wang-Du公式,计算了由理想燃烧反应和Hess定律得到的BTNEDA的恒容标准燃烧能△cU(BTNEDA,s,298.15K)和标准生成焓△fHθm(BTNEDA,s,298.15K),β→O时的To、Te和Tp值(To0,Te0和Tp0),热爆炸临界温度(Tbe0和Tbp0),绝热至爆时间(tTlad),撞击感度50％落高(H50),热点起爆临界温度(Tcr),被350 K环境包围的半厚和半径为1 m的无限大平板、无限长圆柱和球形BTNEDA的热感度概率密度函数,相应于S(T)与T关系曲线最大值的峰温(TS(T)max),安全度(SD),临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE).得到了评价BTNEDA热安全性的下列结果:(1)△cU(BTNEDA,s,298.15K)=- (3478.11±6.41)kJ·mol-1和△fHθm( BTNEDA,s,298.15K)=- (53.54±6.41) kJ· mol-1;(2) To0 =438.73 K,TSADT=Te0 =440.73 K,Tp0 =446.53 K;Tbe0=449.88 K,Tbp0 =455.28 K;(3)当EK=199.5 kJ· mol-1,AK =1020.45s-1,cp=1.12 J·g-1·K-1,Qd =3226 J·g-1,T0=Te0 =440.73 K,T=Tb =455.26 K,f(α)=3(1-α)2/3,a=10-3cm,p=1.87 g·cm-3,t-t0 =10-4s,Troom =293.15 K和λ=0.00269 J·cm-1·s-1·K-1,H50=15.03 cm,tTlad=1.25 s,Tcr,hot,spot=333.86 K;对无限大平板,Ts(T)max=350K,Tacr=345.47 K,SD=28.55％,PTE=71.45％;对无限长圆柱,Ts(T)max =354.5 K,Tacr=349.73 K,SD=39.31％,PTE =60.69％;对球,Ts(T)max=357.00 K,Tacr=352.42 K,SD =45.81％,PTE=54.19％.运用密度泛函理论计算获得了BTNEDA的优化构型及红外光谱,分析了其分子总能量、前沿轨道能量和原子净电荷分布.     

N,N’-二[ (2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)乙二胺的热安全性和密度泛函理论研究（英）

借助N,N’-二[(2,2,2-三硝基乙基-N-硝基)]乙二胺的恒容标准燃烧热(Qc),不同加热速率(β)非等温DSC曲线离开基线的初始温度(T0)、onest温度(Te)、最大峰顶温度,由Kissinger法和Ozawa法所得的热分解反应活化能(EK,EO)和指前因子(AK),从方程lnβi=ln[A0/be0(orp0)G(α)]+be0(orp0)Te(orp)i所得的值be0(orp0),从方程lnβi=ln[A0/(ae0(orp0)+1)G(α)]+(ae0(orp0)+1)lnTe(orp)i所得的ae0(orp0)值,从方程ln(βi/(Tei-T0i))=ln (A0/G(α))+bTei所得的b值,从方程ln(βi/(Tei-T0i))=ln (A0/G(α))+alnTei所得的a值,估算的比热容(cp)、密度(ρ)、热导率(λ)和分解热(Qd,取爆热之半)数据,Zhang-Hu-Xie-Li公式,Hu-Yang-Liang-Xie公式,基于Berthelot方程和Harcourt-Esson方程计算热爆炸临界温度的公式,Smith方程,Friedman公式,Bruckman-Guillet公式,热力学公式和Wang-Du公式,计算了由理想燃烧反应和Hess定律得到的BTNEDA的恒容标准燃烧能ΔcU(BTNEDA,s,298.15K)和标准生成焓ΔfHmθ(BTNEDA,s,298.15K),β→0时的T0、Te和Tp值(T00,Te0和Tp0),热爆炸临界温度(Tbe0和Tbp0),绝热至爆时间(tTIad),撞击感度50%落高(H50),热点起爆临界温度(Tcr),被350K环境包围的半厚和半径为1m的无限大平板、无限长圆柱和球形BTNEDA的热感度概率密度函数,相应于S(T)与T关系曲线最大值的峰温(TS(T)max),安全度(SD),临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE)。得到了评价BTNEDA热安全性的下列结果:(1)ΔcU(BTNEDA,s,298.15K)=-(3478.11±6.41)kJ.mol-1和ΔfHmθ(BTNEDA,s,298.15K)=-(53.546.41)kJ.mol-1;(2)T00=438.73K,TSADT=Te0=440.73K,Tp0=446.53K;Tbe0=449.88K,Tbp0=455.28K;(3)当EK=199.5kJ·mol-1,AK=1020.45s-1,cp=1.12J·g-1.K-1,Qd=3226J·g-1,T0=Te0=440.73K,T=Tb=455.26K,f(α)=3(1-α)2/3,a=10-3cm,ρ=1.87g·cm-3,t-t0=10-4s,Troom=293.15K和λ=0.00269J·cm-·1s-·1K-1,H50=15.03cm,tTIad=1.25s,Tcr,hot,spot=333.86K;对无限大平板,TS(T)max=350K,Tacr=345.47K,SD=28.55%,PTE=71.45%;对无限长圆柱,TS(T)max=354.5K,Tacr=349.73K,SD=39.31%,PTE=60.69%;对球,TS(T)max=357.00K,Tacr=352.42K,SD=45.81%,PTE=54.19%。运用密度泛函理论计算获得了BT-NEDA的优化构型及红外光谱,分析了其分子总能量、前沿轨道能量和原子净电荷分布。     

钝感三基发射药的燃烧性能

针对含水溶性组份硝基胍(NGu)的三基发射药,采用水相搅拌工艺制备出钝感发射药样品,进行了高分子钝感技术研究。通过扫描电镜研究了加入饱和剂和未加入饱和剂的两种钝感发射药样品的表面状态。结果表明,与未加入饱和剂的钝感工艺相比较,采用添加饱和剂的钝感工艺制得的发射药表面结构致密。采用可控点火参量模拟装置进行点火试验;在药室容积100cm3,装填密度0.2g.cm-3,点火压力10MPa的条件下进行了密闭爆发器试验;选用14.5mm弹道枪进行了内弹道试验。结果表明,钝感处理后的发射药样品点火延迟时间(6.86,5.72ms)延长,燃烧渐增性能增强,内弹道性能提高,且添加饱和剂的发射药性能比未添加饱和剂的优良。     

表面微孔结构三基发射药的性能

为了调节发射药的燃气释放规律,采用溶解法制备了表面微孔结构三基发射药,利用扫描电镜观察了发射药样品的微观结构;通过密闭爆发器试验研究了其静态燃烧性能;用材料试验机及冲击试验测定了其力学性能;以155 mm火炮研究了发射药的内弹道性能。研究结果表明,与原药相比,表面微孔结构三基发射药燃烧压力上升快,常温下燃烧结束时间缩短3.2 ms;初始动态活度值高,燃烧渐增性比原药低;在点火燃烧初始阶段表观燃速变大,后期燃速与原药基本一致;表面微孔结构三基发射药的力学性能有较小幅度的降低,其中,常温下降低幅度最大,抗压强度和抗冲击强度分别降低了2.98 MPa和0.35 kJ·m-2;减装药炮口初速提高13.9 m·s-1、全装药炮口初速提高15.0 m·s-1,膛压均有不同程度降低。     

DNGTz的非等温热分解动力学及热安全性

合成了3,6-二硝基胍基-1,2,4,5-四嗪(DNGTz),运用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG-DTG)研究其热行为。以DSC曲线数据为基础,采用Kissinger法、Ozawa法和积分法研究了DNGTz的非等温热分解机理及动力学,获得DNGTz的热分解表观活化能和指前因子分别为187.23 k J·mol-1和1015.01s-1,其热分解机理为相边界反应,热分解机理函数的微分形式为f(α)=1。为了对DNGTz进行热安全性研究,估算得到DNGTz的密度(ρ=1.762 g·cm-3)和导热系数(λ=0.1856 W·m-1·K-1),同时应用Micro-DSC III微热量仪对DNGTz进行了比热容(cp)测定,得到了DNGTz的比热容随温度变化的方程cp(J·g-1·K-1)=-2.8805+2.1283×10-2T-2.3132×10-5T2-1.1689×10-8T3(287 KT352 K)。运用热分解动力学参数、机理函数及DNGTz的比热容方程、ρ和λ,计算得到DNGTz的绝热至爆时间(tTIad=8.16 s)、自加速分解温度(TSADT=249.12℃)、热点火温度(Tbe=262.31℃)和热爆炸临界温度(Tbp=277.68℃),进而计算获得半径为1 m的DNTGz几何体(无限圆柱、球或无限平板)在环境温度300 K时的热感度概率密度函数S(T)与温度(T)的关系曲线、峰值温度(TS(T)max)、热安全度(SD)、临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE),结果表明球形样品的热安全性稍高于无限圆柱或平板状的样品。     

聚5-乙烯基四唑的热行为、比热容和绝热至爆时间研究

采用热重-微商热重法(TG-DTG)研究了聚5-乙烯基四唑的热行为,利用微量热法和理论计算方法研究了聚5-乙烯基四唑的比热容,并计算了其绝热至爆时间。结果表明,聚5-乙烯基四唑的热分解过程主要发生在第二阶段,热分解反应动力学方程为:dα/dt=(10~(21.03)/β)(3/2)(1-α)[-ln(1-α)]1/3exp(-2.292×105/RT),热爆炸临界温度为588.63K,计算获得了聚5-乙烯基四唑的绝热至爆时间为251.4s。     

甲基肼热分解的动力学特性及热安全性

为了评估甲基肼液体推进剂在生产、贮存、运输以及使用过程中的热安全,借助差示扫描量热法(DSC)研究了甲基肼的热分解特性和热安全性,分别计算了甲基肼的动力学、热力学和热安全性参数,并获得了半径为1 m的球形甲基肼液体推进剂在不同超临界环境温度下的热爆炸延滞期,基于等转化率法使用AKTS软件进一步计算得到了甲基肼的绝热诱导期以及自加速分解温度。结果表明:甲基肼的热分解过程只有一个较强的放热峰,采用Kissinger法和Ozawa法计算得到甲基肼的活化能值分别为159.13 kJ·mol^-1和158.89 kJ·mol^-1,自加速分解温度为451.53 K,热爆炸临界温度为469.55 K,热力学参数活化熵(ΔS^≠)、活化焓(ΔH^≠)和吉布斯活化自由能(ΔG^≠)分别为73.93 J·mol^-1,155.32 kJ·mol^-1和121.46 kJ·mol^-1;使用AKTS软件计算得到8、24 h和168 h绝热诱导期对应的温度分别为429.55,424.05 K和414.95 K;包装质量分别为5,25,50 kg和100 kg时,甲基肼的自加速分解温度依次为415.15,414.15,413.15 K和412.15 K。研究结果为评价甲基肼在生产、储运和使用过程中的热安全性提供了必要的理论基础。     

4,4,4-三硝基丁酸-2-叠氮基-1-叠氮甲基乙酯的合成、表征和热性能

以4,6-二羟基嘧啶为原料,经过硝化-水解、加成得到4,4,4-三硝基丁酸(TNB),以1,3-二氯丙醇为原料,经叠氮化制备得到1,3-二叠氮基-2-丙醇(DAG),而后TNB和DAG经酯化反应制备得到新型含能增塑剂4,4,4-三硝基丁酸-2-叠氮基-1-叠氮甲基乙酯(DPTB)。通过红外、核磁、元素分析对DPTB的结构进行了表征。合成中,用二环己基碳二亚胺(DCC)和二甲氨基吡啶对甲苯磺酸盐(DPTS)催化酯化法代替传统方法,考察了物料比、反应温度、反应时间和溶剂用量对酯化反应的影响。用热重(TG)和差示扫描量热(DSC)法研究了DPTB的热分解性能。结果表明,DCC/DPTS催化酯化法代替传统方法,使DPTB的酯化收率由17.9%提高到44.9%。在215℃和230℃,DPTB的DSC曲线有两个分解放热峰。它的TG曲线可分为两个阶段:第一阶段,从147℃到220℃,伴随76.68%的质量损失,第二阶段,从220℃到351℃,伴随15.23%的质量损失,从分解反应开始到结束的总质量损失为91.19%。     

用热爆炸临界温度评价火药装药热安全性的试验方法

探索采用热爆炸临界温度(Tcr)评价火药装药热安全性的可行性及合适的试验条件和数据处理方法,研究了双基推进剂和改性双基推进剂的多种尺寸装药的热爆炸试验,获得了装药在一定温度下发生燃烧的延滞期及热爆炸临界温度。结果表明,可用热爆炸临界温度评价双基或改性双基推进剂不同装药体系的热安全性,最佳试样直径为20~25mm。延滞期采用10h和最低爆炸(燃烧)温度与最高不爆炸(燃烧)温度相差5℃的结束试验的假设条件对于双基或改性双基推进剂是合理的。采用lnr(半径)-Tcr拟合外推获得的Tcr值比文献报道的方法获得的Tcr值低。     

含RDX的叠氮硝胺发射药热分解与燃烧性能

用高压差示扫描量热法(DSC)与密闭爆发器实验,对比研究了均质叠氮硝胺发射药(DA3),和含DA3、RDX质量分数分别为85%、15%的DAR15发射药及含DA3、RDX质量分数分别为75%、25%的DAR25发射药的热分解及燃烧性能。结果表明,DAR15及DAR25发射药的DSC有两个放热峰,峰值温度约为210℃第一个放热峰由DA3分解所致,峰值温度约为236℃的第二个放热峰由RDX的分解引起,而DA3仅呈现一个放热峰。随着RDX含量增加,第一个峰的放热量减少,第二个峰的放热量增加。与DA3相比,DAR15及DAR25在40～120 MPa压力范围内燃速压力指数变大,在120 MPa～pdpm(压力陡度的最大值所对应压力)压力范围内燃速压力指数降低。RDX的引入使DAR15及DAR25发射药的起始燃速及起始燃气生成猛度降低,燃烧渐增性提高。     

含AP的浇铸PBX炸药的热安全性

用自行研制确定火炸药热爆炸临界温度(Tcr)的试验装置测定了直径为10,15,20,30 mm和40 mm,长径比为1∶1的含高氯酸铵(AP)的PBX-A药柱的热爆炸临界温度。用Tcr测定和5 s爆发点试验装置测定了85℃老化70 d前后PBX-A的热爆炸临界温度和5 s爆发点。获得了PBX-A炸药在恒温热刺激下的响应程度,不同直径药柱的热爆炸临界温度,爆炸延滞期(t)与温度(T)的关系以及PBX-A炸药老化前后的热性能变化。结果表明,直径小于40 mm的无约束PBX-A炸药装药在恒温条件下仅发生燃烧。由拟合方程外推直径1 m长径比为1∶1的PBX-A炸药药柱的热爆炸临界温度大于120℃。lnt与1/T只在有限温度范围内呈线性关系。85℃老化70 d前后PBX-A炸药的热爆炸临界温度不变,5 s爆发点降低4.6℃。     

纳米铅盐对双基推进剂的催化热分解

用TG-DSC-IR联用技术和原位热裂解-IR联用技术研究了两种纳米铅盐燃速催化剂,纳米2,4-二羟基苯甲酸铅(n-β-Pb)和纳米邻苯二甲酸铅(n-PhtP)对某配方双基推进剂热分解的作用.实时测定了催化剂对双基推进剂TG-DTG和DSC特征量凝聚相特征基团和热分解气相产物的影响.结果表明:纳米铅盐燃速催化剂使双基推...     

HMX热分解动力学与热安全性研究

利用差示扫描量热法( DSC),获得了单质炸药奥克托今(HMX)热分解的特征参数,利用热重法(TG)得到HMX热分解的起始分解温度、各阶段的失重量、最大失重速率及对应的温度、最终残渣量、反应深度、反应速率等参数.将DSC、TG数据与Malek法相结合对HMX的热安全性进行了研究.结果表明,HMX在加热过程中先出现晶型转...     

熔铸炸药热爆炸临界工艺温度的计算方法

为评估熔铸炸药装药工艺的热安全性,提出一种热爆炸临界工艺温度的计算方法。以纯DNTF炸药的性能数据,计算不同工艺温度下的热爆炸延滞期,并将其与实际工艺处理时间进行比较,从而确定其热安全水平以及发生热爆炸的临界工艺温度值。计算结果表明：在常规工艺条件下,处理DNTF炸药不会发生热爆炸反应;但随着工艺处理量的增加,发生热爆炸的危险性也会不断增加。该计算方法对于熔铸工艺参数的制定具有重要意义。