五环[5.4.0.0~(2,6).0~(3,10).0~(5,9)]十一烷/航空煤油复配燃料性能

五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷(PCU)是高能量密度笼状碳氢化合物中极有应用潜力的一种化合物,制备的PCU燃烧热值为44.5 MJ·kg-1,撞击感度H50大于50 cm,I50大于49 J,摩擦感度为0,为一类钝感的高能量密度碳氢燃料,将PCU作为高能添加剂和航空煤油RP-3进行二元复配,复配燃料的理化性能研究结果表明:25℃时PCU在航空煤油RP-3中的饱和溶液质量分数为44.6%,当复配燃料中PCU质量分数为25%时,复配燃料的密度较航空煤油RP-3提高7.8%,燃烧热值提高9.5%,复配燃料的闪点从48℃增至49℃,冰点从-59℃降至-62℃。-40℃时复配燃料的粘度在6.99~13.64 mm2·s-1之间。在直连式超声速燃烧实验平台上,含10%PCU的复配燃料能进行顺利点火及稳定燃烧,PCU使航空煤油RP-3的超声速燃烧压强从327 k Pa上升至339 k Pa。     

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。     

酒精污泥在内热式振动流化床中的干燥特性研究

以干污泥颗粒为惰性粒子,采用内热式振动流化床对酒精污泥进行了干燥实验,考察了流化气速、进气温度、振动频率和内加热功率对污泥干燥特性的影响,分析了污泥湿含量和干燥速率的变化规律。结果表明,干燥速率随着流化气速、进气温度和内加热功率的增加而增加,随着振动频率增加呈先增长后降低的趋势。适度提高流化气速、进气温度、振动频率和内加热功率可以降低最终湿含量。将干燥过程分为降速I段和降速Ⅱ段,根据扩散传质理论,建立了内热式振动流化床中污泥干燥的数学模型,模型计算值和实测值的误差在20%以内,符合较好。实验结果为酒精污泥干燥过程的工业设计和操作提供了实验依据。     

内置加热管的振动流化床中污泥干燥传热特性

采用内置加热管的振动流化床对污泥进行了干燥实验,考察了流化气速、进气温度、振动频率和内加热功率对污泥干燥传热特性的影响,分析了体积传热系数的变化规律。结果表明,适度提高流化气速、进气温度、振动频率和内加热功率,有利于提高体积传热系数,降低污泥湿含量。根据实验数据拟合出了体积传热系数的经验公式,可将误差控制在30%以内。结论为污泥干燥的设计和操作提供实验依据。     

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。     

双(2,2,2-三硝基乙基)胺的晶体形貌预测及控制

按照文献方法制备了双(2,2,2-三硝基乙基)胺(BTNA),并通过元素分析、红外和差示扫描量热分析对其结构进行了表征。利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟了BTNA的晶体形态和结晶习性,分析了重要晶面的结构与溶剂的关系。结果表明,在极性溶剂中(111)晶面将成为形态学上最重要的晶面,(002)、(102)及(020)的显露面将有所增加,(200)、(021)晶面的重要性降低。而在非极性或弱极性溶剂中,弱极性晶面的重要性增加。采用弱极性溶剂二氯甲烷对BTNA进行了重结晶,扫描电镜结果表明重结晶后的晶体比直接水中制备的晶体的形貌规则化、长径比变小。实验结果与理论预测吻合。     

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑一草酰二肼盐的晶体结构及性能研究

通过草酰二肼与1,1′-二羟基-5,5′-联四唑(BTO)溶液的质子化反应制备了1,1′-二羟基-5,5′联四唑的一草酰二肼盐(BTOOH),产率达到92%;培养了BTOOH的单晶,用X射线单晶衍射和TG-DSC分别研究了BTOOH的晶体结构和热稳定性,并测试了其摩擦感度、撞击感度和静电感度。结果表明,BTOOH晶体属于单斜晶系,分子中含两分子配位水;其失水温度为123℃,放热分解峰温为245.49℃,显示了良好的热稳定性;BTOOH对撞击、摩擦和静电火花不敏感,感度均低于RDX。BTOOH制备工艺简单,可用于降温剂研究,具有较好的应用前景。     

1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐的晶形计算及控制

利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟计算了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)的晶体形态和结晶习性,分析了主导晶面的表面结构特征;采用实验方法验证了模拟计算方法。结果表明,各稳定晶面在分子间距离、晶面电荷分布上存在很大区别。选择分子结构中具有负电子作用基团的晶体生长控制剂对其晶体形貌进行控制,可缩短快生长面和慢生长面之间生长速率的差距,减小晶体的形状系数。选择分子结构中含有富电子芳环的离子型表面活性剂为晶形控制剂,制备出了晶体形貌规整、呈多面体颗粒状、长径比明显变小的TKX-50晶体,试验结果验证了理论预测的正确性。     

MPCU的合成和性能研究

甲基环戊二烯与对苯二醌经三步反应合成了甲基五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷(MPCU)。考察了甲基环戊二烯和对苯二醌的Diels-Alder加成反应中温度对转化率的影响,最佳反应温度为5℃,甲基三环[6.2.1.02,7]十一烷-4,9-二烯-3,6-二酮的收率为87.0%。探讨了甲基五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷-8,11-二酮光照时间与转化率的关系,最佳光照时间为20h,二酮的收率为80.0%。研究添加了MPCU的复配燃料的性能:在HD-01中,MPCU质量分数为50%时,密度比纯HD-01提高5%,单位体积燃烧热值提高4.2%;在喷气燃料RP-3中,MPCU质量分数为50%时,密度比纯RP-3的提高13.3%,单位体积燃烧热值提高10.1%。     

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二草酰二肼盐的晶体结构及性能研究

通过草酰二肼与1,1'-二羟基-5,5'-双四唑(BTO)溶液的质子化作用制备了1,1'-二羟基-5,5'联四唑的二草酰二肼盐(BTODOH),产率达到90%以上,并对其结构及性能进行了表征测试。用X射线单晶衍射法测定了BTODOH的单晶结构,获得晶体结构参数。BTODOH初始分解温度为257.1℃,对撞击、摩擦和静电火花不敏感,该化合物的生成热为480.3k J/mol;模拟计算表明BTODOH应用于GAP/AP固体推进剂配方体系中具有较好的消烟效果,对推进剂比冲影响较小。