一种含LLM-105的HMX基低感高能PBX炸药

研究了不同颗粒形态的LLM-105对HMX的降感作用以及HMX/LLM-105基炸药配方用的黏结体系和钝感体系.设计出一种HMX/LLM-105配方,采用机械感度和冲击波感度以及板痕试验和圆筒试验对其安全性能和爆轰性能进行了测试.结果表明,LLM-105可作为含能钝感剂用于HMX基PBX炸药,该种含LLM-105的HMX基PBX爆速约8700 m/s、爆压34 GPa以上、比动能为1.560 kJ/g,冲击波感度比JOB-9003炸药低10%,是一种新型的低感高能炸药.     

TATB基和CL-20基PBX炸药爆轰波拐角性能的实验研究

为研究TATB基和CL-20基PBX爆轰波的拐角性能,采用蘑菇(Mushroom)试验计算了含95%TATB基(PBX-Ⅰ)、CL-20基(PBX-Ⅱ)及添加了铝粉的CL-20基(PBX-Ⅲ)炸药药柱在起爆直径10mm和6mm条件下的出射角、熄爆角及延迟时间,讨论了3种PBX炸药的爆轰传播特征和拐角性能。结果表明,起爆直径为10mm时,PBX-Ⅰ的出射角和熄爆角(22.7°和31.9°)明显小于PBX-Ⅱ的出射角和熄爆角(均为90°);起爆直径为10mm和6mm时,PBX-Ⅱ和PBX-Ⅲ的出射角和熄爆角均为90°,都能够传播为类似球形。对于CL-20基PBX,随着铝粉的加入和起爆直径的减小,其炸药半球均能够达到可靠传爆状态,具有较好的拐角性能。TATB基PBX炸药药柱的出射角和熄爆角均显著减小,表明TATB基PBX炸药药柱的拐角性能较差。3种PBX炸药的拐角性能优劣顺序为:PBX-ⅡPBX-ⅢPBX-Ⅰ。     

升温加载下含LLM-105的RDX基浇注炸药热点火细观模拟

为了解加入含能钝感剂2,6-二氨基-3,5-硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)对RDX基浇注炸药热安全性的影响,根据LLM-105的不同含量和晶型,建立了含LLM-105的RDX基浇注炸药二维细观模型。利用有限元方法,考虑LLM-105和RDX的自放热反应,模拟了不同工况下边界升温速率为6K/min的点火行为,分析了含LLM-105的RDX基浇注炸药点火响应规律。结果表明,在持续稳定的加热条件下,浇注PBX炸药匀速升温,RDX先于LLM-105分解放热导致炸药发生毫秒级点火响应;在浇注PBX炸药模型中增加LLM-105含量后,点火源数量减少至10个,点火延滞时间延长至1 926s;细化后无棱角且粒径小的LLM-105颗粒有利于提高RDX基浇注PBX炸药的热安全性。     

浇注PBX炸药的配方设计与性能研究

高聚物粘结炸药(PBX)炸药是一种性能优良的低易损性炸药。为探究提高PBX炸药安全性及可靠性的方法,对炸药配方进行了研究;通过测试试样的感度及5s爆发点等试验方法,分析了炸药组分含量对性能的影响。结果表明:粘结体系的适量增加可达到降低感度、提高热安定性的效果;钝感炸药LLM-105可以在不影响炸药爆轰性能的情况下,改善炸药的勤务安全性。以上结果可为类似炸药的研究提供参考。     

LLM-105基PBX炸药的热分解反应动力学

通过布氏压力计法获得了普通的和纳米化的LLM-105基PBX炸药在不同温度条件下热分解放气量随时间的变化曲线。基于Arrhenius公式计算了两种PBX炸药分解深度为0.1%时的表观活化能。采用TG-DSC研究了两种LLM-105基PBX炸药的非等温热分解反应动力学。结果表明,由Arrhenius公式得到的普通和纳米化的LLM-105基PBX炸药在分解深度为0.1%时的表观活化能分别为74.67和138.09kJ/mol。利用Kissinger法计算获得两种LLM-105基PBX炸药在最大分解速率(分解深度约50%)下的表观活化能分别为389.26和215.73kJ/mol,与Ozawa法计算结果相吻合。升温速率趋于零时的特征分解峰值温度分别为606.94和586.48K,热爆炸临界温度分别为615.0和600.4K。相对于普通LLM-105基PBX炸药,纳米化LLM-105基PBX炸药热分解具有更高的反应活性,热感度也有所提高。     

溶剂挥发法制备CL-20/LLM-105共晶含能材料的研究

为解决CL-20机械感度过高的缺点,采用机械感度较低的含能材料作为配体与CL-20制成共晶可以有效改善CL-20的感度。以六硝基六异戊兹烷(CL-20)与2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)为原料,通过溶剂挥发法制备CL-20/LLM-105共晶材料,利用偏光显微镜, X射线衍射(XRD)及差式扫描量热仪(DSC)对样品进行表征,结果表明:CL-20/LLM-105共晶材料为块状粉红色晶体,与单一CL-20和LLM-105晶体相比形貌有明显变化。实验制得的CL-20/LLM-105共晶材料XRD表明CL-20/LLM-105共晶相比于原料峰值变化较明显。共晶炸药的熔点为176.51℃,分解温度为237.43℃。     

黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响

为了研究黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响,分别以Estane、EPDM、ACM、EVA为黏结剂,采用水悬浮法制备了含有不同黏结剂成分的CL-20/FOX-7基高聚物黏结炸药(PBX);采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对样品结构、形貌和热分解特性进行了表征;使用撞击感度测试仪、摩擦感度测试仪和小型烤燃实验装置测试了不同样品的机械感度和烤燃特性。结果表明,以EVA为黏结剂制备的CL-20/FOX-7基PBX造型粉颗粒密实,表面光滑且没有脱粘外漏现象,包覆粘结效果最好;以EVA为黏结剂制备的PBX活化能较细化CL-20提高了87.75 kJ/mol,较FOX-7原料提高了42.52 kJ/mol,说明使用EVA的PBX热稳定性较原料有一定提升;同时该PBX样品特性落高(H 50)较细化CL-20提高25.6 cm,摩擦感度爆炸概率降低52%,较使用Estane、EPDM和ACM的PBX样品机械感度更低;使用EVA的PBX药柱在升温速率为6K/min的慢速烤燃条件下,烤燃反应等级为燃烧,说明该配方能够达到烤燃安全试验要求,安全性能较好。     

BDNPF/A含能增塑剂在炸药中的应用

双(2,2–二硝基丙基)缩甲(乙)醛(BDNPF/A)含能增塑剂在一系列PAX钝感炸药、PBX塑性黏结炸药中已得到广泛应用。PAX–2A是基于HMX的钝感混合炸药。PBXN–105炸药主要用于鱼雷和水雷;PBXN–106炸药主要用于美国SM–II型系列舰空导弹和MK–82航弹;PBX 9501高能炸药用于美国的热核弹头W76、W78和W88等。在未来一段时间内,BDNPF/A含能增塑剂仍将在高能炸药中广泛使用。     

聚能射流冲击起爆屏蔽压装PBX炸药的试验研究

为了分析由聚能射流引起的两种典型屏蔽压装PBX炸药的冲击起爆感度,采用某Ф80mm制式破甲弹作为标准射流源,在炸高为150mm的条件下,对不同厚度45~#钢覆盖板屏蔽的PBX-1和PBX-2炸药进行了射流冲击起爆感度试验;采用"兰利法"对覆盖板的厚度进行选取,得到了聚能射流引爆两种典型压装PBX炸药的临界隔板厚度。结果表明,临界爆轰时,PBX-1炸药覆盖板厚度为35～40mm,PBX-2炸药覆盖板厚度为140～150mm,即PBX-1的临界隔板厚度比PBX-2炸药减少73.3%;PBX-1炸药起爆所需的射流能量为185mm~3/μs~2,远高于PBX-2炸药,因此PBX-1炸药的射流安全性显著优于PBX-2炸药。     

新型钝感高能炸药LLM-105国内外研究进展

为了更好地了解美国LLNL实验室首次合成的1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的性能,使之应用于国防、航空、核武器等各个领域,本文介绍LLM-105的国内外研究进展,包括LLM-105的热感度、冲击波感度和化学动力学分解模型。并详细介绍以LLM-105为主体炸药,以维通A为粘结剂制成的炸药配方RX-55-AE的热膨胀系数、热传导率及热扩散率等。LLM-105性能表明,LLM-105是一种能量接近于TATB的钝感炸药。以LLM-105为主体炸药制成的配方有着优越的性能。     

表面活性剂对HMX基PBX性能的影响

采用溶液-水悬浮法,以F2602为黏结剂,Span-80、Tween-80、PVA、糊精为表面活性剂,制备了HMX基PBX;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差式扫描量热仪(DSC)对其进行了表征和热分析,并测试了其撞击感度。结果表明,加入表面活性剂包覆后未改变HMX的晶体结构;以Span-80为表面活性剂时包覆得到的HMX基PBX表面最光滑,包覆密实且无明显外漏现象;加入表面活性剂Span-80、Tween-80、PVA、糊精后得到的HMX基PBX的表观活化能分别为438.05、217.74、406.64、356.14kJ/mol,与未加表面活性剂的样品相比降低了35.52、255.83、66.93、117.43kJ/mol;加入Span-80的HMX基PBX热爆炸临界温度约上升1℃,表明对PBX的安定性无明显影响,撞击感度特性落高(H50)由44.9cm增加到63.2cm,提高了40.76%。     

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。     

丙烯酸酯橡胶对CL-20的包覆降感及改性

以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药、分别以3种类型丙烯酸酯橡胶(ACM)(AR-71、AR-12、AR-14)和Estane 5703为黏结剂、以己二酸二辛酯(DOA)为增塑剂,进行分子动力学(MD)模拟。采用溶液-水悬浮法制备了6种CL-20基PBX,采用FE-SEM、XRD、DSC对其进行表征,并测试了其撞击感度。结果表明,ACM和增塑剂包覆在CL-20晶体表面,颗粒呈球形或椭球形,包覆后CL-20晶型仍为ε型。AR-71包覆的CL-20热安定性最好,热爆炸临界温度比Estane5703包覆的CL-20高2.07℃,同时在3种ACM包覆CL-20体系中,CL-20/AR-71体系的热安定性优于CL-20/AR-12和CL-20/AR-14。AR-71对CL-20降感起到很好的作用。增塑剂的引入有效改善了CL-20/AR-71和CL-20/Estane 5703复合粒子的热稳定性。其中CL-20/AR-71/DOA体系的热稳定性和热安全性最好,同时增塑剂也使CL-20/AR-71和CL-20/Estane5703复合粒子的机械感度降低。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物基PBX的热安全性研究

为了研究2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物(ANPyO)基高聚物黏结炸药(PBX)的热安全性,分别以氟橡胶F2311和丁晴橡胶NBR-26为主体设计两种黏结剂体系,采用水悬浮-溶解-蒸馏法制备ANPyO基PBX炸药。利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG)表征不同黏结剂体系PBX的结构和性能,计算了两种黏结剂体系PBX的热分解动力学参数和热爆炸参数,并获得了被400K气氛环绕的半径为1m的球形、无限圆柱形或无限平板状PBX的热感度概率密度函数S(T)与温度T的关系曲线。结果表明,以丁晴橡胶NBR-26为黏结剂体系主体PBX的活化能E为173.19kJ/mol、指前因子ln(A/s-1)为28.58、自加速分解温度TSADT为550.01K、热点火温度Tbe为565.81K、热爆炸临界温度Tbp为625.06K;以氟橡胶F2311为黏结剂体系主体PBX的活化能E为143.78kJ/mol、指前因子ln(A/s-1)为22.89,自加速分解温度TSADT为539.99K,热点火温度Tbe为560.28K,热爆炸临界温度Tbp为615.55K;球形PBX的热安全性稍高于无限圆柱或平板状PBX,以丁晴橡胶NBR-26为黏结剂体系主体PBX的热安全性高于氟橡胶F2311为黏结剂体系主体PBX。     

Al@GAP复合粒子对LLM-105热分解性能的影响

为防止铝粉在存储中氧化失活,同时为含铝炸药配方设计提供借鉴,采用聚叠氮缩水甘油醚(GAP)对不同尺寸Al粉(平均粒径分别为50nm和1~2μm)进行包覆改性,获得Al@GAP复合粒子;采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)表征其形貌;用差示扫描量热法(DSC)对不同质量比的(Al@GAP)/LLM-105混合体系的热分解过程进行了研究。结果表明,采用两步包覆法获得了不同尺寸Al粉表面包覆GAP的核壳结构复合粒子;相较于包覆前的微米级Al粉,加入GAP包覆的纳米Al粉后混合体系的热分解峰温明显降低;当Al粉质量分数大于10%时,GAP包覆后的(Al@GAP)/LLM-105混合体系的熵变(ΔS~≠)和焓变(ΔH~≠)较Al/LLM-105混合体系有所减小;(Al@GAP)/LLM-105混合体系的活化能、热爆炸临界温度及热力学参数ΔS~≠和ΔH~≠随纳米Al粉含量的增加而降低,当Al粉质量分数为30%时,较LLM-105分别降低4kJ/mol、3℃、4.3J/(mol·K)、4.2kJ/mol。     

CL-20/TATB混合物的制备及性能表征

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性,采用机械混合法和重结晶法分别制备了CL-20/TATB混合物;通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、感度测试仪对其形貌、晶型、热稳定性、机械感度进行测试分析。结果表明,机械混合后CL-20表面无明显包覆物,而重结晶混合粒子表面有一层致密的黄色薄膜,同时两种混合物中CL-20的晶型仍为ε型,未发生晶型转变;两种混合物的热分解表观活化能较原料CL-20分别提高了17.3、117.36kJ/mol,热爆炸临界温度分别提高了0.12、3.8℃,重结晶混合粒子的热稳定性明显提高;两种混合物的撞击感度(H50)较原料CL-20分别提高了10.4、54.5cm,摩擦感度的临界载荷分别提高了80、60N,表明重结晶混合粒子的机械感度显著降低。     

LLM-105/EPDM造型粉的制备及性能

以LLM-105为主体炸药,EPDM(乙丙三元橡胶)为黏结剂,采用溶液-水悬浮法制备了LLM-105/EPDM造型粉,并将其压制成药柱.用SEM对包覆前后样品的形貌进行了表征,并对其机械感度、热分解特性、热安定性和爆速进行了测试和分析.结果表明,与LLM-105和其他传爆药相比,EPDM/LLM-105造型粉的机械感度有一定程度的降低,热稳定性显著提高;当传爆药柱的装药密度为1.518 g/cm~3时,爆速可达7915 m/s.     

Highly Thermal Stable TATB‐based Aluminized Explosives Realizing Optimized Balance between Thermal Stability and Detonation Performance

In this work, a series of TATB‐based aluminized explosives were formulated from 1, 3, 5‐triamino‐2, 4, 6‐trinitrobenzene (TATB), aluminum powders and polymeric binders. The thermal stability, heat of detonation, detonation velocity and pressure of the TATB based aluminized (TATB/Al) explosives were systematically investigated by cook‐off, constant temperature calorimeter, electrometric method and manganin piezo resistance gauge, respectively. The selected PBX‐3 (70 wt% TATB/25 wt% Al/5 wt% fluorine resin) achieved optimized balance between thermal stability and detonation performance, with the thermal runaway temperature around 583 K. The thermal ignition of TATB‐based aluminized explosive occurred at the edge of the cylinder according to the experimental and numerical simulations. Moreover, the critical thermal runaway temperature for PBX‐3 was calculated based on the Semenov's thermal explosion theory and the thermal decomposition kinetic parameters of the explosive, which was consistent with the experimental value.