A Comparison of the Structure,Synthesis, and Properties of Insensitive Energetic Compounds

The continued interest in improving the safety of munitions towards unintentional insults has led to a significant amount of research in the synthesis of new insensitive energetic compounds. This paper discusses various approaches to the synthesis of insensitive energetic compounds, theoretical modeling and correlations of structural properties that contribute to reducing the sensitivity of energetic compounds, and how synthetic chemists integrate theoretical predictions into the design and synthesis of new insensitive energetic compounds.     

Quantum-Chemical Studies on TATB Processes

Quantum chemical studies have gained paramount importance in screening of thermodynamically feasible chemical processes. The current investigation attempts to select an appropriate process for the synthesis of 1,3,5-triamino-2,4,6-trinitro benzene (TATB), a reasonably powerful insensitive high explosive (IHE) through density functional theory (DFT) calculations. Although, 1,3,5-trichlorobenzene (TCB) and 1,3,5-trihydroxybenzene (THB) routes for synthesis of TATB have been well established, this article demonstrates the predictive capability of thermochemical computations for the identification of a viable process. Thermochemical parameters of reaction species have been obtained from DFT B3LYP/6-31G? calculations and feasibility of the process has been worked out on the basis of free energies of reactions and equilibrium constant as derived from standard enthalpy and entropy of the reaction species. The detailed computational studies have revealed that the THB route is thermodynamically feasible and the same has been supported experimentally.     

TATB表面包覆高能硝胺发射药的性能研究

为了改善高能硝胺发射药的燃烧性能,且不降低其总能量,将低能炸药TATB加入硝胺药中作为包覆剂对高能硝胺发射药进行包覆处理;通过爆热、密闭爆发器和12．7mm机枪内弹道试验,研究了包覆发射药的能量性能、静态燃烧性能和内弹道性能;结果表明：包覆样品CF-1能量与高能硝胺药相当,且表现出较强的燃烧渐增性,对比高能硝胺药,包覆样品CF-1弹丸初速提高了5％,且具有低温度系数效果。     

TATB基高聚物粘结炸药高温力学性能

为分析TATB基高聚物粘结炸药(PBX)在高温状态下的性能变化,对该高聚物粘结炸药在不同温度下的压缩性能、拉伸性能、蠕变性能及泊松比进行了测试,并采用扫描电子显微镜对其高温蠕变断面形貌进行了观察。结果表明,该高聚物粘结炸药的压缩强度、拉伸强度、抗蠕变持久应力及持久时间均随温度升高而降低,其泊松比随温度升高无明显变化; 在高温70 ℃、拉伸应力为3 MPa下,该PBX拉伸蠕变破坏模式主要为炸药颗粒与粘结剂脱粘,而在相同拉伸应力、温度为50 ℃和60 ℃下,其拉伸蠕变破坏模式还表现为炸药颗粒断裂。     

F2311含量对TATB基PBX蠕变性能的影响

以TATB基高聚物粘结炸药(PBX)为原配方,制备了含氟弹性体(F2311)含量分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.4%的4种改性配方,采用动态力学分析仪研究了F2311对PBX的三点弯曲蠕变性能影响。结果发现,加入0.4%的F2311使TATB基PBX的抗蠕变性能下降,减少F2311含量有利于提高其抗蠕变性能。含0.05%F2311的改性配方PBX在60℃/6 MPa下的蠕变应变略低于原配方。研究同时采用六元件模型对TATB基PBX及其改性配方的蠕变行为进行模拟。得到了蠕变曲线的本构方程,理论预测模型和试验数据吻合良好。根据时温等效原理,获得了TATB基PBX及其改性配方在参考温度30℃下的蠕变柔量主曲线,结果表明含0.05%F2311的TATB基PBX改性配方的长期抗蠕变性能优于原配方PBX。     

丙烯腈-苯乙烯共聚物在TATB炸药上的吸附行为

用紫外光谱法测定了丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS)在TATB(三氨基三硝基苯)炸药上的吸附动力学曲线和吸附等温线，考察了温度、溶剂种类、吸附剂TATB的比表面积及其浓度对吸附行为的影响。结果表明，AS在TATB炸药颗粒上达到吸附平衡约需35h，其吸附等温线呈“S”形。吸附量随温度的升高和吸附剂浓度的增加而降低。溶剂本性和吸附剂的比表面积是影响吸附量的重要因素，AS在不良溶剂中的吸附量大于好的溶剂；吸附剂的比表面积越大，吸附量越大。     

两种TA TB的热膨胀研究

为了优化三氨基三硝基苯（TATB）为基的混合炸药配方,研究了碳酸铵法所得细颗粒TATB（F-TATB）和氨气法所得粗颗粒TATB（L-TATB）在热循环作用下产生的膨胀。对比测试了F-TATB和L-TATB的物化性能,采用室温→－40℃→75℃→室温的高、低温度热循环试验方法,获得了两种TATB压制药柱（30 mm ×5 mm）经过热循环试验后的膨胀参数,结果表明：热循环作用下两种TATB均产生了不可逆尺寸长大且随着循环次数增加药柱尺寸趋向恒定,首次热循环试验后L-TATB的膨胀率大于F-TATB;试验还发现L-TATB的总膨胀率小于F-TATB,这表明L-TATB较F-TATB更快趋于尺寸稳定。     

苯乙烯共聚物改性TATB基PBX的抗热冲击性能

为改善TATB基高聚物粘结炸药(PBX)的抗热冲击性能,采用苯乙烯共聚物对TATB基PBX进行改性。分析了TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的拉伸力学性能及热物理性能,并对改性前后配方的抗热冲击性能进行了比较。采用Agari串联模型对TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的导热行为进行了模拟。结果表明,加入高玻璃化转变温度和高力学强度的苯乙烯共聚物可以明显提高TATB基PBX的拉伸强度和弹性模量,同时降低线膨胀系数和导热系数。理论预测模型和试验数据吻合良好。添加质量分数为1%的苯乙烯共聚物后,常温下TATB基PBX的抗热应力因子由10.72 W·m~(-1)提高到13.16 W·m~(-1)。随着温度升高,TATB基PBX的抗热冲击性能逐渐下降。在玻璃化温度范围转变范围(323~343 K),TATB基PBX的抗热应力因子显著降低。加入苯乙烯共聚物可以抑制323~343 K温度范围内TATB基PBX的抗热应力因子的下降程度。     

偶联剂与TATB相互作用机理的研究

主要研究了偶联剂与1,3,5－Triamino-2,46-trinitrobenzene(TATB)的相互作用,发现偶联剂通过水解所产生的羟基与TATB分子上的硝基而不是胺基形成氢键而改变TATB的表面性质,当加入微量Lewis酸之后,氢键数量显著增加。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物的合成与性能

以2,6-二氨基吡啶为起始原料,经硝化、氮氧化两步反应得到2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)。硝化反应和氮氧化反应收率分别为90%、84%,ANPyO总收率为75%,高于Ritter-Licht公开的方法(45%)。测试了ANPyO的爆速(7000m.s-1,1.50g.cm-3)、DSC放热峰(365℃),以及5s延滞期爆发点(400℃)、摩擦感度(360N)和落锤感度(250cm)。结果表明:ANPyO爆轰性能和安全性能与1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)接近,是一种在含能材料领域有应用前景的新型高能钝感炸药。