ANPyO在不同温度下晶体感度和力学性能的分子动力学模拟

NPT系综下,用COMPASS力场对ANPyO超晶胞及沿其(4,0,-2)晶面切割的两种模型分别进行不同温度(195、245、295、345、395 K)下的分子动力学模拟。结果表明,随着温度的升高,ANPyO引发键最大键长递增,引发键双原子作用能和内聚能递减,这与炸药感度随温度升高而增大的事实相一致,一定条件下它们可作为炸药感度判定的理论依据。获得了5个温度下ANPyO和ANPy O(4,0,-2)的力学性能,从理论上揭示了其力学性能随温度递变的规律。     

PBX9501热感度、热膨胀及力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了不同温度和压强条件下PBX9501炸药的热感度、热膨胀和力学性能。通过体系中各组分最大引发键键长的变化判断温度对其热感度的影响;预测了PBX9501体系在不同温度下的热膨胀系数;采用静态力学理论分析其力学性能随温度和压强的变化。结果表明,在295~450K,随温度的升高,PBX9501炸药的敏感性增大,且在375K时其引发键的最大键长显著增大;热膨胀系数随温度升高而减小;随温度升高其脆性越明显,随压强的增加其韧性越好。     

不同温度下ε-CL-20晶体感度和力学性能的分子动力学模拟计算

用分子动力学(MD)模拟计算研究了在NPT系综和不同温度(195、245、295、345、395K)下高能量密度化合物ε-CL-20的(2×3×3)超晶胞及其沿(001)晶面的模型切割。结果表明,室温下所得晶胞参数与实验值一致。随着温度的升高,引发键(N-NO2)最大键长(Lmax)递增、引发键连双原子作用能(EN-N)和内聚能密度递减,与体系热和撞击感度随温度升高而增大的实验事实相一致,表明Lmax、EN-N和内聚能密度可作含能化合物热感度和撞击感度相对大小的理论判据。获得了5个温度下ε-CL-20的力学性能,从理论上揭示了其力学性能随温度的升高而递变的规律。     

超细ANPyO/HMX混晶炸药的制备与性能

为提高超细ANPyO/HMX的能量输出,采用溶剂/非溶剂法和水悬浮法制备了超细ANPyO/HMX混晶炸药。用SEM、XRD、红外光谱对其结构进行表征,并测试了其比表面积、真空安定性、撞击感度、冲击波感度、爆速和飞片起爆感度。结果表明,XRD和红外光谱特征峰的位移现象说明超细混晶炸药中ANPyO分子的氨基与HMX分子的硝基形成了分子间氢键;ANPyO/HMX混晶炸药(ANPyO与HMX质量比为70∶30)撞击感度为138cm,真空安定性为1.72mL/g(200℃)和4.50mL/g(250℃)。装药密度为1.84g/cm3时,混晶炸药冲击波感度为7.1mm,爆速为8 080m/s,最低起爆电压为2.91kV,是一种感度适中、易于被短脉冲起爆、能量输出高的超细混晶炸药。     

ANPyO合成及性能研究进展

综述了新型含能化合物2,6,-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)的合成及性能研究进展,论述了ANPyO的各种合成路线及其优劣,与结构类似的TATB相比较,ANPyO的能量和感度与之相当,且制备成本低,是一种极具应用潜力的新型钝感炸药。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物和RDX基PBX的制备与表征

采用溶液-水悬浮-蒸馏法,分别以丁腈橡胶(NBR-26)、氟橡胶2311和2603为黏结剂,2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)和RDX为主体炸药制备了3种高聚物黏结炸药(PBX)。用激光粒径分析、扫描电镜、差示扫描量热法、热重分析法、机械感度等对3种PBX的结构和性能进行了表征。结果表明,PBX的平均粒径比较接近,约为50μm,比表面积在0.5m2/g左右;熔融吸热峰位于206.5℃附近,分解放热峰在231～235℃之间;撞击感度和摩擦感度分别为44%和32%。3种PBX的热稳定性低于ANPyO,机械感度低于RDX。     

多组分气体在JOB-9003炸药表面吸附的动力学模拟

为研究多组分气体(CO2、H2O、HCHO、HCN、N2、O2)在JOB-9003炸药(1 0 0)、(0 1 0)、(0 0 1)晶面的吸附机理以及对炸药力学性能和感度的影响,用MS软件构建炸药模型,采用分子动力学(MD)方法得到气体在炸药表面的吸附量和吸附结构,分析了吸附后气体分子与JOB-9003表面分子的径向分布函数,计算了吸附前后引发键的键长分布和炸药体系的弹性系数。结果表明,(1 0 0)晶面的吸附能力最强;多组分气体在晶体表面发生竞争吸附,吸附量由多到少依次为H2O、HCN、CO2、N2、O2、HCHO,这主要与气体分子与炸药表面分子间形成的氢键、分子的极性、气体分子的体积有关;JOB-9003炸药表面吸附的多组分气体使炸药的撞击感度和热感度升高;吸附后炸药的韧性减弱,刚性降低,力学性能变差。     

黑梯炸药力学性能与感度的分子动力学研究

为了研究黑梯炸药配方对其力学性能与感度的影响,用Materials Studio软件建立了黑梯炸药的晶胞模型。采用分子动力学方法,计算了不同配方的黑梯炸药的力学性能、引发键键长分布、键连双原子作用能与内聚能密度,并对其变化情况并进行了比较。结果表明,在黑梯炸药中,随着RDX的质量分数从30%增加到80%,黑梯炸药的力学性能参数在一定范围内波动,其中拉伸模量变化范围为1.772 3~2.825 1GPa,剪切模量变化范围为0.636 6~1.042 8GPa,体积模量变化范围为2.734 1~3.747 9GPa,柯西压变化范围为1.203 2~2.181 6GPa,泊松比变化范围为0.354 6~0.397 0,而最大键长从0.155 4nm增至0.162 6nm,键连双原子作用能从167.6kJ/mol减至152.3kJ/mol,内聚能密度从0.899kJ/cm~3减至0.678kJ/cm~3,表明炸药的感度增大。     

外电场对HMX/DMI共晶感度影响的理论研究

为研究外电场对共晶含能材料HMX/DMI感度的影响,分别采用DFT-B3LYP-D3、M06-2X-D3和ωB97XD方法,在6-311+G(d,p)水平下,对HMX/DMI的稳定构型施加±0.005a.u.、±0.010a.u.、0.00a.u.的外电场,分析了电子密度转移、硝基基团电荷、分子表面静电势及引发键变化。结果表明,施加正向外电场时,电场强度越大,炸药感度越高。施加负向外电场时,电场强度越大,炸药感度越低;随着负向外加电场的增强,引发键电子云密度越大,引发键强度增大,导致HMX/DMI感度降低;负向外加电场增加,硝基基团所带负电荷由0.126e增至0.325e,感度降低;分子表面静电势研究分析表明,施加负向电场时,分子表面静电势增大,共晶感度降低;引发键变化分析表明,负向外加电场强度增加,引发键键长由0.1386nm降至0.1367nm,引发键键解离能由180.252kJ/mol增加到180.782kJ/mol,共晶化合物感度降低。     

HTPB基PBX的模量与撞击感度的关系

为改善HTPB基PBX炸药的易损性,研究了炸药的模量与撞击感度之间的关系。通过改变端羟基聚丁二烯（HTPB）基PBX的固化参数与黏结剂的含量,制备了一系列具有不同模量的PBX,利用50％特性落高法对其撞击感度进行测试。结果表明,PBX的撞击感度随抗张模量和压缩模量的下降而降低。从理论上分析了影响撞击感度的模量因素和机理,认为通过调整PBX的力学性能可改善PBX炸药的机械撞击感度。     

EAK基熔铸分子间炸药的能量和撞击感度

通过水下爆炸试验研究了RDX和HMX对EAK基熔铸分子间炸药水下能量的影响。结果表明,RDX和HMX对EAK基混合炸药起到明显的增能作用,但对含铝和非含铝体系有不同的作用效果。爆速和撞击感度测定表明,EAK—RDX混合炸药爆轰的理想化程度和稳定性及撞击感度随RDX含量的增加而增加。从能量和撞击感度两个方面综合考虑,RDX的较佳加入量应为20％～30％。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物对RDX性能的影响

为了解2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)对RDX的降感效果,采用结晶包覆方法与混合法制备了ANPyO/RDX的复合物。用扫描电镜(SEM)、激光粒径分析、热重分析法(TG)、差示扫描热分析(DSC)、机械感度和爆速测试方法表征了两种样品的结构和性能。结果表明,用结晶包覆法制备的样品中ANPyO对RDX的包覆效果比混合法好;样品的平均粒径均在RDX与ANPyO之间,其中结晶包覆法制备样品的粒径分布更均匀;两种方法制备样品的分解峰值温度均低于RDX,其中结晶包覆法制备样品的热分解峰值温度比混合法样品高6~15℃;两种方法制备样品的机械感度均比RDX低,其中结晶包覆法制备样品的机械感度下降更显著。     

CL-20/DNT共晶炸药的制备及其性能研究

以丙酮为溶剂,通过蒸发结晶法制得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/二硝基甲苯(DNT)共晶炸药。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重/差示量热法(TGA/DSC)研究了共晶炸药的形貌、结构和热分解特性,测试了CL-20/DNT共晶炸药的机械感度和5s爆发点温度,并计算了其爆轰性能。结果表明,共晶炸药的微观形貌不同于原料CL-20,呈条状晶体;衍射峰明显不同于CL-20/DNT物理混合物的衍射峰,表明有新物相生成。在DSC曲线上,CL-20/DNT共晶几乎没有DNT的熔化吸热峰,而CL-20/DNT物理混合物中有明显的熔化峰,且二者的放热峰峰形和峰位不同;与原料CL-20相比,共晶炸药的分解峰温提前了21℃,放热量(ΔH)和最大热流量(Qmax)分别增加了39%和104%。与CL-20/DNT物理混合物相比,共晶炸药的5s爆发点温度和表观活化能分别增加3.9℃和65.7kJ/mol,撞击感度降低88.9%,摩擦感度降低40%,说明共晶炸药热稳定性增强。CL-20/DNT共晶炸药的理论爆速达到8 340m/s。     

GAP高能推进剂工艺性能调节

分析了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)高能推进剂工艺性能不佳的原因,提出了调节其工艺性能的技术途径,研究了氧化剂粒度级配、浇注温度、混合工艺、不同相对分子质量黏合剂组合使用、提高力学性能添加剂、固化催化剂和工艺助剂等对GAP高能推进剂工艺性能的影响,通过合理配置混合工艺、组合使用工艺助剂TE和力学性能添加剂TD,可有效改善GAP高能推进剂的工艺性能。     

基于N4分子的高能量密度材料:第一性原理计算的合成路线

为了探索合成和稳定聚合氮形式的分子或晶体的途径,基于第一性原理计算提出了两种基于N₄分子合成高能量密度材料的方法:第一种方法是在单晶金属表面吸附N₄(T_d)分子;第二种方法是利用结构搜索获取稳定的N₄相关结构。提出了P-43m-N₄、P₄/m-LiN₄和Amm2-G/N₄三种含有N₄分子的晶体,并计算了它们的能量密度、热力学和动力学稳定性以及电子结构性质。结果表明,在超高真空和低温条件下,N₄(T_d)在金属表面可以通过失去T_d对称而稳定。AIMD模拟结果表明,它们在50GPa、50或300K下是稳定的。通过N₄与金属原子形成的配位键,聚合N₄可以在高压下合成,并在低温条件下稳定。     

RDX基铝薄膜炸药与铝粉炸药水下爆炸性能比较

为了减少铝粉炸药在生产过程中因铝粉对环境污染,降低铝粉炸药的撞击感度,提高含铝炸药的成型性及力学性能,将RDX用铝薄膜分层包裹得到新型的铝薄膜混合炸药。将铝薄膜混合炸药与铝粉炸药进行水下爆炸实验与爆速实验,得到两种炸药的爆速与压力时程曲线,经过分析计算得到两种炸药的压力峰值、冲量、冲击波能、气泡脉动周期与气泡能。结果表明：铝薄膜炸药药柱的轴向为RDX与铝薄膜独立贯通的结构,有利于降低混合炸药中添加物对基体炸药爆轰波传播的影响,从而使铝薄膜混合炸药的爆速高于铝粉炸药,导致铝薄膜炸药的冲击波损失系数高于铝粉炸药,使铝薄膜混合炸药的总能量、比气泡能与铝粉炸药相当情况下,其比冲击波能却降低了10.16%～10.33%,计算过程说明铝薄膜混合炸药的C-J压力计算公式具有合理性。