Viton/PVA粘结剂乳液的设计及其在炸药油墨中的应用

为进一步提高悬浮型炸药油墨的成型效果,以26型氟橡胶(Viton)的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇(PVA)的水溶液为水相,吐温-80(Tween-80)和十二烷基硫酸钠(SDS)为复合乳化剂,设计了一种"O/W"(水包油)型粘结剂乳液。采用SPSS数据分析软件设计了L_(25)(5~6)正交实验,对乳液制备中各组分的含量和配制工艺进行了优化,并对分析优化后的结果进行了实验验证,以乳液的静置稳定性为指标评价了乳液的稳定性。采用光学显微镜测试了乳液的微观结构。利用乳液作为粘结剂体系,六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药配制悬浮型炸药油墨,对炸药油墨进行了直写图案和晶型分析。结果表明,Tween-80/SDS质量比为1∶2、乳化剂(占乳液总质量)的质量分数为2%、水相、油相的浓度比2∶1,搅拌时间为30 min、乳化温度为20℃、搅拌速度为350 r·min~(-1),较有利于维持粘结剂乳液的稳定,通过优化实验条件制备的乳液粘合剂体系可以稳定约360 h。乳液分散相液滴的大小为20～120μm,分布较均匀,无明显团聚现象。配制的炸药油墨书写流畅、不堵塞直写针头且CL-20基炸药油墨复合物的晶型未改变。     

粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响

为了研究粒度级配对CL-20基炸药油墨流变性能的影响,制备了粒径分别为400nm和4μm的CL-20样品,以及7种不同粒度级配的CL-20基炸药油墨;采用博勒飞(CPS)流变仪对炸药油墨进行了黏度测试,得到了相应的流变数据,并计算出非牛顿指数、屈服值和触变指数。结果表明,炸药颗粒的粒度级配对炸药油墨的流变性能有着十分明显的影响;随着粒径为4μm的CL-20含量的增多,炸药油墨表观黏度出现先减小后增大的现象;同时,非牛顿指数出现先增大后减小的现象,屈服值和触变指数总体上呈现先减小后增大的现象;当炸药油墨中粒径分别为400nm和4μm的CL-20质量比为1∶2时,炸药油墨的非牛顿指数为最大值0.41,屈服值和触变指数均达到最小值,分别为26.73和8.74,表明在该粒度级配条件下,炸药油墨具有更好的流变性能。     

CL-20基含能薄膜的微双喷直写成型与性能

为了获得可在微米尺度下可靠传爆的含能薄膜,以六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）为主体炸药,以乙基纤维素（EC）和聚叠氮缩水甘油醚（GAP）为复合黏结体系,选用适量的低沸点溶剂,设计了两种适用于微喷直写工艺的油墨配方,并且采用双喷头微喷直写装置对两种油墨材料进行了直写成型。采用扫描电子显微镜、MZ-220SD电子密度计、X射线衍射仪等对成型样品进行了表征,获得了含能薄膜的撞击感度、热分解性能和传爆临界厚度。结果表明：CL-20基含能薄膜表面光滑,内部存在多个微小孔隙, CL-20颗粒较小,晶型为ε型,含能薄膜的成型密度为1.547 g·cm^-3,达到最大理论密度的79.2%。CL-20基含能薄膜的热分解表观活化能为241.21 kJ·mol^-1,撞击感度特性落高为65.7 cm,临界传爆尺寸为1.0 mm×0.045 mm。     

表面活性剂的HLB值对HMX/聚氨酯基炸药油墨流变性能的影响

为研究表面活性剂的亲水疏水平衡值(HLB值)对炸药油墨流变性能的影响,选取Span-80和Tween-80两种非离子表面活性剂,调节其质量比配制出5组不同HLB值的混合表面活性剂,采用Brookfield(CPS)流变仪对添加表面活性剂的细化环四亚甲基四硝胺(HMX)/聚氨酯基炸药油墨进行粘度测试,并计算出非牛顿指数、屈服值及触变指数(TI值)。结果表明,未添加表面活性剂的炸药油墨的非牛顿指数为0.024,屈服值为467.08 Pa,TI值为36.82;表面活性剂的加入能够有效改善炸药油墨的流变性能。随着HLB值的升高,炸药油墨表观粘度在剪切速率为5~100 s~(-1)时先升高后降低,非牛顿指数和TI值呈波动变化,屈服值持续降低。当HLB值为11时,炸药油墨的非牛顿指数达到最大值0.56,屈服值达到5.38 Pa,TI值达到最小,为8.26,分别为未添加表面活性剂炸药油墨的23.33倍,1.15%和21.53%。HLB值为11的表面活性剂更有利于改善炸药油墨的流变性能。     

CL-20基炸药油墨的直写成型及性能研究

以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)作为主体炸药,乙基纤维素(EC)及聚叠氮类粘结剂为粘结剂,乙酸乙酯为溶剂,配制出一种全溶性炸药油墨。采用微控直写工艺将该炸药油墨在基板上进行了书写,并对成型后所得复合物的性能进行了测试和表征。结果表明:成型样品中CL-20颗粒形貌为球形,颗粒尺寸小于1μm,均匀分布在粘结体系基体中;成型样品的密度为1.66 g/cm~3,达到理论密度的85.5%;和原料CL-20相比,复合物的撞击感度得到明显降低,特性落高比原料CL-20高出21.5cm。该配方具有良好的传爆性能,1.2mm装药宽度下,爆轰临界尺寸为0.357mm。     

高强度CL-20/HTPE基微尺度传爆药的打印成型及性能表征

为了研制出力学性能优异的微机电系统（MEMS）火工品用微尺度传爆药,以六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）为主体炸药,以端羟基聚醚（HTPE）/硝化纤维素（NC）为复合黏结体系,以乙酸乙酯为共溶剂,加入一定量的甲苯二异氰酸酯（TDI）设计出一种全溶式炸药油墨,利用喷墨打印技术实现了高精度装药成型,利用异氰酸根与羟基的交联反应实现了微装药力学性能增强。采用电子密度仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪分别对打印样品的密度、微观形貌、热安定性、炸药晶型和力学性能进行了表征。结果表明,打印样品实测密度为1.70 g·cm^-3,可达最大理论密度的88.54%,打印样品中CL-20由ε晶型转变为β晶型,其热分解表观活化能为173.00 kJ·mol^-1,比原料CL-20提升了13.17 kJ·mol^-1。打印样品弹性模量可高达10.47 GPa,硬度为0.22 GPa,展现了良好的力学性能。喷墨打印装药具有良好的传爆能力,临界爆轰尺寸和爆速分别为1 mm×0.18 mm和8054 m·s^-1。     

GAP/CL-20基PBX炸药固化温度的分子动力学模拟与实验研究

为了深入了解GAP/CL-20基混合炸药的固化机理和固化工艺,采用分子动力学的方法对混合炸药药浆在不同温度下的固化交联情况进行了数值模拟,用非等温差热扫描法对混合炸药的特征固化温度进行了测试和分析,并对模拟结果进行了验证。结果表明:在不同的模拟时间和模拟温度下,混合炸药药浆的交联点数有较大差别,在345K、500ps时交联点可以达到13个;差热扫描结果表明,随着升温速率的升高,固化放热峰特征温度均不断升高,采用外推法得出的最优固化温度为346K。分子动力学模拟结果与实验结果基本一致,可以为热固性混合炸药的固化工艺提供参考。     

含能油墨微流动直写沉积三维数值模拟

为实现微通道传爆序列的高精度装药,探究HMX基含能油墨微流动直写沉积工艺规律。采用有限元流体动力学分析方法对HMX基含能油墨的微流动书写过程进行了数值模拟,具体分析了不同书写压力、微笔直径和油墨粘度下整个油墨流动区域的速度和压力变化,并与实验相结合得到了特定条件下药线横截面积与书写线宽的关系。研究结果对微流动直写沉积装药工艺具有指导和借鉴意义。