TMETN/NG混合增塑剂及NC共混体系的性能模拟

为了探索高能钝感混合增塑剂与含能粘合剂相互作用对于体系性能的影响,以硝化棉(NC)为粘合剂,构建了含有三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、硝化甘油(NG)以及三种不同质量比TMETN/NG混合增塑剂的五种共混模型。采用Materials Studio软件,利用分子动力学(MD)方法模拟了各共混体系的相互作用、力学性能、径向分布函数、O—NO2最大引发键长(Lmax)等参数。结果表明,共混模型中TMETN含量增加时,共混体系的结合能降低。含有混合增塑剂的共混模型力学性能优于单组分增塑剂共混模型。NG与TMETN质量比为3∶1时,两种硝酸酯增塑剂可以同时与NC建立强的氢键作用,并为共混体系提供较高的模量与较低的最大引发键长。结果显示,调整混合增塑剂质量比可以增强体系各组分的相互作用,从而提升共混体系的力学性能及引发键的稳定性。     

NG在聚氨酯中扩散性能的分子动力学模拟

为研究二异氰酸酯类型、温度、硝化甘油（ NG）含量等因素对NG在聚氨酯弹性体内扩散性能的影响,用分子动力学方法,在COMPASS力场下对NG和聚氨酯弹性体混合体系进行了模拟。构建NG与不同聚氨酯弹性体的混合体系模型,并进行结构优化,先后进行恒温恒压系综（ NPT）和恒温恒容系综（ NVT）的分子动力学模拟,得到NG在混合体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程计算得到其扩散系数。结果表明：NG在聚氨酯弹性体内扩散系数的数量级为10-8 cm2· s-1,与实验数据一致;扩散系数随聚氨酯弹性体链的柔顺性增加而上升;随温度的不断升高,扩散系数先缓慢上升,当超过308 K后,扩散系数急剧增加。随NG含量的不断升高,扩散系数先缓慢下降,当超过14％后,扩散系数急剧下降。     

PEG/增塑剂共混物相容性的分子动力学模拟和介观模拟

为解决含能钝感增塑剂应用于硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂的问题,研究了增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)与粘合剂预聚物聚乙二醇(PEG)的相容性。采用分子动力学模拟计算了PEG、TMETN、NG、BTTN四种纯物质的溶度参数及分子内和分子间径向分布函数,得到相容性优劣顺序为:TMETN/PEGBTTN/PEGNG/PEG。BTTN分子中的亚甲基和TMETN的结构削弱了自身分子间作用、降低了与PEG溶度参数的差值;分析了共混物的结合能及分子间径向分布函数,认为增塑剂与PEG相容的本质为"分子间以非键作用相结合,范德华作用占主要比重"。此外,增塑剂与PEG分子的极性越相近、范德华作用的占比越大;通过介观模拟得到体系的介观形态演变过程,发现NG/PEG及BTTN/PEG易发生相分离、TMETN/PEG仅发生轻微的同相归并。最终得出:含能钝感增塑剂TMETN与PEG的相容性优于BTTN及NG,可以考虑将其代替或部分代替NG、降低NEPE推进剂的感度,为低易损战术武器的发展提供依据。     

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。     

Interaction and Compatibility Between DAAzF and Some Energetic Materials

The interaction and compatibility between diaminoazofuraz （DAAzF） and some energetic materials are studied by using pressure differential scanning calorimetry （DSC） method. The energetic materials include cyclotetramethylenetetranitramine （HMX）, cyclotrimethylenetrinitramine （RDX）, nitrocellulose （NC）, nitroglycerine （NG）, 125/100--NC/NG mixture （NC ＋ NG）, N-nitrodihydroxyethylaminedinitrate （DINA）, aluminum powder （A1）, and 3,4-dinitrofurzanfuroxan （DNTF）. The results show that there are obvious interactions between DAAzF and DNTF, DINA, HMX or RDX, while weak interactions between DAAzF and NC, NG, NC ＋ NG or A1. According to the evaluated standard of compatibility, the binary systems of DAAzF with NC, NG, NC ~ NG and A1 are compatible, the binary system of it with RDX is slightly sensitive, the binary systems of it with HMX and DINA are sensitive, and the binary system of it with DNTF is hazardous. Copyright 2013, China Ordnance Society. Production and hosting by Elsevier B.V. All rights reserved.     

1，3，3-三硝基氮杂环丁烷与几种材料的相容性

用非等温DSC法考察了1，3，3－三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）与奥克托今（HMX）、黑索今（RDX）、硝化棉（NC）、硝化甘油（NG）、二甲基二 苯脲（C2）的相容性。结果表明，TNAZ与HMX、RDX的相容性样好，与NC及C2的相容性较差，与NG则不相容。     

DIANP对NC溶塑作用的实验与模拟

用动态流变实验和扫描电子显微镜观察对比研究了1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纤维素(NC)的速率和效果,用分子动力学模拟方法对DIANP、NG、NC的溶度参数和DIANP、NG在NC中的扩散系数进行了模拟计算,采用介观动力学模拟方法得到了NC/DIANP和NC/NG共混体系的介观形貌。结果表明,与NG相比,DIANP溶塑NC速率较快,二者在NC中的扩散系数分别为1.39×10~(-10)m~2·s~(-1)和2.24×10~(-10)m~2·s~(-1)。相对于NG,DIANP溶塑效果更好,两种共混体系的显微形貌特征与介观动力学模拟结果具有很高的一致性。溶度参数计算结果表明,DIANP的分子间作用力大小与NC较为相似,而NG溶度参数的范德华力和静电力分量所占的比例与NC接近。     

3，4-双（4′-氨基呋咱基-3′）氧化呋咱与其他含能材料的热分解特性研究

采用DSC和PDSC方法研究了3,4-双（4L氨基呋咱基-3′）氧化呋咱（BAFF）与其他含能材料（NC、NC／NG、RDX、HMX和DNTF）热分解反应之间的相互作用;结果表明,在NC／BAFF和NC／NG／BAFF混合体系中,BAFF的固-液相转变可使NC、NC／NG的分解温度向低温移动,且NC和NC／NG的热分解产物能促进BAFF的热分解反应;RDX与BAFF可形成低共熔物,且RDX的热分解产物能促进BAFF的热分解反应;在HMX／BAFF混合体系中,BAFF的热分解产物可以促进HMX的热分解反应;在DNTF／BAFF混合体系中,DNTF的固-液相转变使BAFF的分解温度降低,且彼此的热分解反应之间有较强的相互促进作用。     

TATB分子间相互作用研究

用离散变分密度泛函方法(DFT-DVM)研究了(TATB)n,n=1～4的电子结构,讨论了TATB分子之间的相互用.整个TATB分子链上面离子n,n=1～4的电子结构,讨论了TATB分子之间的相互作用.整个TATB分子链上面离子的净电荷是正负相间的.链中间TATB分子中的离子的净电荷绝对值高于两端单个TAT分子中的离子.分子内氢键共价键级比C-C,C-N,N-O和N-H等键约小了一个数量级,而分子间氢键的共价键级又比分子内氢键小了一个数量级.由于分子间氢键的形成,使得成键电子分散,链中间TATB分子的N-O和N-H键的共价键减弱,而C-C和C-N共价键增强.TATB分子之间的相互作用也使得电子的能态降低.     

NC/NG与ADN的相互作用

用高压差示扫描量热法(PDSC),热重-微商热重法(TG-DTG),研究了双基粘合剂(NC/NG体系)与二硝酰胺铵(ADN)之间的相互作用.结果表明,(NC/NG)/ADN体系中NG的分解峰由NC/NG中的207.0 ℃提前至159.8 ℃,在高压下该分解峰温提前至153.6 ℃.NC/ADN的分解峰温比NG/ADN提前了4.8 ℃,而且大部分的ADN没有被NG加速而提前分解,表明NC对ADN的作用比NG更强烈.此外,还用真空安定性试验(VST)评价了NC/NG与ADN的相容性,混合体系的净增放气量大于11 mL,属于严重不相容,证明在90 ℃下NC/NG与ADN之间也存在强烈的相互作用.     

量气法研究ADN与(NC+NG)的相互作用

用 NBK型"拉瓦"量气测试系统研究了较高温度下二硝酰胺铵(ADN)与双基吸收药(NC NG)体系的相互作用,从动力学角度阐述了二者的相互作用.结果表明: ADN与(NC NG)混合物加热分解的最终放气量在标准状态下为626.8 mL·g-1,与ADN和(NC NG)最大放气量之和相比并没有增加,但分解速度显著提高,活化能显著降低至82.58 kJ·mol-1,ADN与(NC NG)之间存在强烈的相互作用.     

Bu-NENA/NC低感度双基推进剂性能研究

使用N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)全部替代硝化甘油(NG),通过无溶剂法制备了Bu-NENA/硝化纤维素(NC)双基推进剂,并对样品的感度、热分解特性、挥发性和力学性能进行了研究。结果表明,Bu-NENA替代NG后,双基推进剂的特性落高H50由8.1 cm提高到27.1 cm,摩擦感度由94%降低到18%,机械感度大幅降低;起始分解温度和第一分解阶段峰温由120.31℃和151.54℃分别提高到144.58℃和179.47℃,均提高24℃以上;Bu-N EN A/N C双基推进剂在80,90,100℃下的挥发速率常数均低于NG/NC推进剂在对应温度下的挥发速率常数,推进剂的挥发性降低;高温(50℃)、常温(20℃)和低温(-40℃)下,Bu-N EN A/N C双基推进剂断裂伸长率均提高,尤其是低温断裂伸长率可达13.63%,是N G/N C推进剂的1.63倍。     

旋转多段连接通道换热特性数值模拟研究

为深入了解旋转作用力对涡轮叶片多段连接通道换热特征的影响,采用三维数值模拟方法研究了多段连接内通道模型的流动换热。选取通道入口雷诺数为17 000、旋转数范围为0~0.09, 多段连接通道3个出口的质量流量比例为25%、50%、25%,旋转半径与水力直径之比的范围为0~69.6,研究了旋转数、旋转半径对各段通道带肋壁面换热分布的影响。结果表明：旋转附加力造成径向出流通道沿程压力系数逐渐增大,径向入流通道的沿程压力系数迅速减小;径向出流通道后缘面的换热系数随旋转数增加而增大,径向入流通道后缘面的换热系数随旋转数增加而稍有减小,旋转作用对前缘面换热的影响情况与后缘面的情况相反;前、后缘面的换热系数沿流向均随旋转半径与水力直径比的增加稍有增大,换热增大幅度较小。     

PEG/N-100中增塑剂扩散性能的微观与介观模拟

为探究含能钝感增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)在硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂黏合剂中的扩散性能,采用分子模拟(MD)法比较了硝化甘油(NG)、1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)及TMETN在聚乙二醇/固化剂(PEG/N-100)中的扩散系数、分析了扩散机理,并讨论了温度及增塑比对TMETN扩散性能的影响。结果表明:增塑剂扩散系数的大小顺序为NGBTTNTMETN,这说明TMETN的扩散能力较弱;从微观角度分析扩散的机理为:增塑剂与预聚体的分子间相互作用越强、体系的自由体积分数越小、增塑剂分子的尺寸越大,则增塑剂越难发生扩散;在三种增塑体系中,TMETN与PEG/N-100的结合能力最强、原子间氢键作用最强、该体系中PEG/N-100的自聚集能力最弱,且TMETN分子尺寸最大,故而TMETN最难发生扩散;随着温度升高,TMETN扩散系数的增加先缓慢后剧烈,这与高温加速老化的规律保持一致,分析温度对扩散机理的影响为:高温使原子间氢键作用峰值减小、位置后移,即增塑剂与黏合剂的相互作用减弱,并且体系的自由体积分数也变大;随着增塑比的增加(2.5、2.8、3),TMETN扩散系数减小,介观研究表明体系的相容性变好是其中的原因之一。     

量气法研究三种黏合剂与CL-20混合体系的热行为

用NBK型"拉瓦"量气测试系统研究了较高温度(160～200℃)下六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与硝化棉和硝化甘油双基吸收药(NC+NG)、环氧乙烷与四氢呋喃共聚醚(PET)、3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷与四氢呋喃共聚物(PBT)三种黏合剂的全分解过程,从放气规律和动力学的变化阐述了CL-20及其与三种黏合剂混合体系的热行为。结果表明:CL-20及其与(NC+NG)、PET、PBT三种黏合剂混合体系的热分解表观活化能分别为176.68,176.31,136.12,127.0kJ.mol-1。(NC+NG)黏合剂对CL-20的分解反应速度以及活化能几乎没有影响;CL-20初期分解的气体产物与PET和PBT两种黏合剂发生"非均相的气相/凝聚相反应",使得混合体系的分解表观活化能降低,分解速度显著加快。同时,(NC+NG)、PET和PBT没有改变CL-20分解的机理函数。     

SBS增韧石蜡/增塑剂共混相容性的分子动力学模拟

增韧石蜡应用于高聚物粘结炸药(PBX)可提高其力学性能,设计了四种增韧石蜡与增塑剂的配方,建立了增韧石蜡(Wax)与邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、癸二酸二辛酯(DOS)、硝化甘油(NG)和乙酰基柠檬酸三丁酯(ATBC)的共混模型,采用分子动力学方法模拟研究了增韧石蜡与增塑剂的相容性以及共混体系中分子间相互作用的本质。结果表明,通过溶度参数、可混合性模拟、结合能以及分子间径向分布函数四个判据可综合评价苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)增韧石蜡与增塑剂的相容性。其中溶度参数模拟值与实验值的相对误差在3%以内;可混合性模拟可以快速预判两种物质之间的相容性;ATBC与SBS增韧石蜡的结合能最大,为2.7 k J·g~(-1);SBS增韧石蜡与增塑剂之间相互作用的本质是范德华力和静电力,以范德华力为主。3种增塑剂与SBS增韧石蜡的相容性优劣次序为ATBCDOSDBP,NG与SBS增韧石蜡不相容。     

NC/PEG共混体系组分间的相互作用及其微观结构

用溶液共混法制备了硝化纤维素/聚乙二醇(NC/PEG)共混物,采用红外光谱和偏光显微镜表征了共混物两组分的相互作用和共混体系微观结构。结果表明,NC与PEG分子间存在较强的相互作用,PEG以碎晶的形式分布在共混体系中。用分子动力学模拟研究了NC和PEG分子间的相互作用机理,通过介观动力学模拟得到共混体系微观结构及密度分布图,两种模拟结果与实验结果均保持较高的一致性。表明,分子动力学和介观动力学模拟能表征NC/PEG体系分子间相互作用和微观结构。