2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯的合成、晶形控制及其与HTPB推进剂组份的相容性

以2-羟甲基-2-硝基-1,3-丙二醇为起始原料,通过缩酮反应、氧化偶联反应、水解反应、硝化反应四步反应合成出了2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硝酸酯(SMX),并采用红外光谱、元素分析及核磁共振谱进行了结构表征。采用Materials Studio Modeling软件中的Growth Morphology方法模拟了SMX晶体的生长形态和结晶习性,分析了重要构晶晶面的表面结构特征,研究了溶剂效应对晶体形貌的影响。采用乙酸乙酯/石油醚混合液对SMX进行重结晶实验。通过DSC法研究了SMX与端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂组份:HTPB、高氯酸铵(AP)、铝(Al)粉、奥克托今(HMX)、黑索今(RDX)和甲苯二异氰酸酯(TDI)的相容性。结果表明,乙酸乙酯/石油醚结晶体系可改善产品的晶体形貌,理论预测与实验结果相符。SMX与HMX、RDX、Al粉相容性较好,与AP轻微敏感,与HTPB和TDI不相容。     

超细CL-20/HMX共晶的制备、表征及其与推进剂组分的相容性

通过加入微量溶剂,采用超高效混合技术,在70 g的加速度条件下反应30 min制备得到摩尔比为2∶1的超细六硝基六氮杂异伍兹烷与奥克托今(CL-20/HMX)共晶,通过X射线粉末衍射、差示扫描量热法鉴定了CL-20/HMX共晶的形成,并对其形貌、粒度、感度等进行了表征测试。结果表明:制备的超细CL-20/HMX共晶纯度为92.6%,共晶炸药呈规则块状、表面光滑、粒径小于1μm、粒度分布均匀,其X射线衍射图在11.558°,13.264°,18.601°,24.474°,33.785°,36.269°处出现新的较强的衍射峰。超细CL-20/HMX共晶放热分解过程中只有一个放热分解峰,其放热峰温为248.3℃,其分解放热量(2192.1 J·g^-1),显著高于相同摩尔比的物理混合物(1327.3 J·g^-1)。按照GJB772A-1997《炸药试验方法》测得的摩擦感度比原料CL-20降低了16%,特性落高比原料CL-20提高28.6 cm,比原料HMX提高11.5 cm,形成共晶后安全性能更高。采用DSC法研究了超细CL-20/HMX共晶与推进剂常用组分均聚叠氮缩水甘油醚(HGAP)、硝化甘油/1,2,4-丁三醇三硝酸酯混合物(NG/BTTN)、缩二脲三异氰酸酯(N-100)、高氯酸铵(AP)、铝粉(Al)的相容性,发现超细CL-20/HMX共晶与NG/BTTN、AP、Al的相容性较好,与HGAP、N-100不相容。     

溶剂效应对FOX-7晶体形貌影响的分子动力学模拟研究

利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟计算了1, 1-二氨基-2, 2-二硝基乙烯（FOX-7）的晶体形态和结晶习性,得到特定晶面的面心距离、面积、附着能等参数,确定了其形态学上重要的生长晶面及其表面结构。建立了双层结构模型,采用分子动力学模拟计算了溶剂分子和FOX-7主要生长面之间的相互作用,研究了溶剂效应对FOX-7溶液结晶过程中晶体形貌的影响,为FOX-7溶液结晶过程中溶剂的选择提供理论依据。采用实验的方法,在N,N-二甲基酰胺/丙酮结晶体系条件下重结晶制备了FOX-7,其外形规则、棱角圆润、长径比变小,与模拟结果具有一致性。     

高能氧化剂ONPP的合成工艺优化

为了解决当前高能氧化剂1,4-双(三硝基甲基)-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑(ONPP)合成工艺的低硝化收率以及使用剧毒物等问题,设计并开发了ONPP的新合成路线。将ONPP溶于乙酸乙酯,采用缓慢溶剂挥发法制备出ONPP的单晶,并对不同配方进行了能量估算。结果表明,在碱和相转移催化剂Bu₄NBr(TBAB)的参与下,3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑(DNPP)与溴丙酮反应,在吡唑环上引入2个丙酮基团,接着使用HNO₃/H₂SO₄/P₂O₅硝化体系对其进行硝化,合成得到了ONPP,两步总收率为31%。相较原工艺(两步总收率为10.4%),新工艺的产品收率提升了近3倍,且避免了剧毒物丁烯酮的使用,更适合放大化生产。单晶衍射结果为：ONPP的晶体为单斜晶系,P2₁/c空间群,晶体密度为1.983 g·cm^-3(293 K)。经过对端羟基聚丁二烯(HTPB)(占比10%)、Al粉(占比20%)和氧化剂(占...     

TATB晶体形貌的计算模拟

利用Materials Studio中Morphology模块所含的BFDH、Growth和Equilibrium morphology的3种方法计算了TATB的晶体形态和结晶习性,得到特定晶面的面积、附着能、表面能及晶面相对生长速率等参数,分析了重要晶面的结构、晶体的生长习性和晶面结构与晶形控制剂的关系。结果表明,选择官能团中含有活泼H原子和O原子的表面活性剂,可更有效地控制TATB晶体的形态。     

二硝酰胺铵的合成及晶形控制研究

以氨基磺酸铵为原料,经过硝化反应、离子交换反应两步合成了二硝酰胺铵(ADN),对ADN进行了表征,利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟了ADN的晶体形态和结晶习性,分析了重要晶面的结构与溶剂和晶形控制剂的关系,并开展AND的重结晶实验研究。结果表明:在极性质子溶剂的影响下,ADN晶体会向长径比变大的方向生长,选择分子结构中具有负电子作用基团的晶体生长控制剂可减小ADN晶体的形状系数;在ADN的重结晶实验中,采用作用基团为NO3-的晶体生长控制剂制得块状ADN晶体,其形貌规则、长径比明显变小、表面光滑、分散性较好。实验结果与理论预测结果相符。     

细粒度ε-CL-20的制备及钝化

采用溶剂-非溶剂重结晶法制备了细粒度ε-CL-20,分析了加料方式、晶体生长控制剂种类等因素在结晶细化过程中对CL-20微晶形貌和粒度的影响.结果表明,上述几种因素对细粒度CL-20的形貌、粒径及聚集状态均有较大影响.采用超声波辅助技术可明显改善CL-20的晶体形貌和防止晶体团聚,显著降低产品的机械感度,所制备的ε-C...     

含能盐的密度和晶格能的预估

采用CASTEP程序计算含能盐的密度,采用EUGEN程序计算晶格能。由离子的气相生成焓和晶格能计算固相生成焓。计算结果表明,密度误差小于0.1 g/cm3,固相生成焓误差大多小于50 kJ/mol。因此,该方法用于计算含能盐的固相生成焓是可行的。为满足高能固体推进剂和火炸药对新型含能盐的需求,设计了6种含能盐分子,运用上述计算方法估算了其固相生成焓和密度,为新型含能盐的合成提供了参考。     

四氮唑乙酸含能聚合物的性能研究

研究了四氮唑乙酸(Htza)含能聚合物的热力学性能、安全性能及催化性能。结果表明:该类配合物的分解温度在200℃以上,热稳定性较好,感度相对较低,安全性能好;聚合物[Cu(tza)2]n对RDX(黑索今)表现出潜在的加速分解作用,聚合物[Cu(tza)2]n和[Pb(tza)2]n可显著降低高氯酸铵(AP)和相稳定硝酸铵(PSAN)的热分解温度。     

二硝酰胺铵的结晶控制研究

通过溶剂—非溶剂重结晶法制备了短棒状的二硝酰胺铵(ADN),采用扫描电镜(SEM)、激光粒度仪分析了加料方式、超声波振荡、晶体生长控制剂等因素在重结晶过程中对ADN晶体形貌和粒度的影响。结果表明:超声波辅助沉积技术可明显改善ADN的晶体形貌和防止晶体团聚;采用无机硝酸盐为晶形控制剂可显著减小ADN晶体的长径比;经晶形控制后,ADN晶体的形貌呈现规则化,表面光滑无棱角,颗粒大小更加均匀、平均粒径为(80±1)μm,粒度分布范围变窄、可控制在33～142μm;按GJB 772A—97测试的摩擦感度由16%降低至4%,撞击感度提高了4.2 J,安全性能明显优于最初样品,吸湿性也得到明显改善。