PVA/FEVE/CL-20炸药油墨设计、直写成型及其微尺度传爆特性

为考察氟碳树脂（FEVE）在炸药油墨中的应用效果,以聚乙烯醇（PVA）水溶液为水相,FEVE乙酸乙酯溶液为油相,设计了一种新型水包油乳液型黏结体系,并加入亚微米ε-CL-20颗粒,配制CL-20基炸药油墨进行直写技术打印。采用扫描电子显微镜、流变测试仪、X射线衍射仪、撞击和摩擦感度测试仪对打印成型样品进行形貌表征和传爆性能测试。结果表明,PVA/FEVE水包油乳液型黏结剂体系稳定存在时间可达174 h。90%固含量的CL-20的炸药油墨流变性能最佳,具有良好的可打印性。所得直写打印成型样品表面光滑,为多微孔内部结构,CL-20炸药晶型仍为ε型。打印样品的撞击能和摩擦力分别为216 N和4.5 J,相比原料ε-CL-20,撞击感度和摩擦感度分别降低了125%和200%。打印样品的爆速、临界传爆拐角、1 mm线宽临界传爆厚度和方形截面临界传爆尺寸分别为6772 m·s^-1、160°、0.039 mm和0.4 mm×0.4 mm,具有优异的微尺度传爆能力。     

CL-20基爆炸网络装药的UV光辅助直写成型及性能

为了提高爆炸网络装药效率和成型效率、改善装药能量性能,以高能叠氮胶3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)和紫外光(UV)固化树脂为复合粘结剂、以CL-20为主体炸药,设计了一种UV光辅助固化的CL-20基含能油墨,并采用3D打印平台装置对油墨进行了直写成型。采用流变仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、邵氏硬度仪等对成型复合物的流变性能、微观结构、晶型、硬度进行了表征和测试。结果表明,CL-20含量为82%时,油墨体系稳定性较好,采用UV光辅助固化的油墨固化速率快、成型样品表面平整,硬度为70 HA;撞击感度测试表明,复合物的特性落高比原料提高了20 cm;传爆性能测试表明,成型样品可实现90°拐角传爆,在1.2 mm装药宽度下,其传爆临界尺寸为0.387 mm。     

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。     

微纳CL-20颗粒悬浮型炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了解决六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基全液型炸药油墨微喷成型的主体炸药转晶和成型效率低等问题,以聚乙烯醇(PVA)的水溶液为胶体悬浮液,以微纳CL-20颗粒为悬浮颗粒,设计并配制了与3D微喷打印相兼容的悬浮型炸药油墨,并采用3D微喷技术对炸药油墨进行打印成型。通过密度计、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪对成型样品的性能进行表征,并测试了样品的撞击感度、摩擦感度和爆速,在此基础上研究了微纳CL-20颗粒含量与微型传爆药性能之间的关系。结果表明：随着炸药油墨中微纳CL-20颗粒含量的增大,墨滴成型后“咖啡环”现象逐渐明显,药线单层沉积厚度增加,打印成型效率增大,但孔隙率则逐渐增大。主体炸药CL-20在3D微喷打印过程中没有晶型的转变,仍为ε型。当成型样品中微纳CL-20颗粒的含量与黏结剂的比例为9∶1时,样品的实测密度为1.638 g·cm^-3(86.19%TMD),弹性模量为5.43 GPa;其撞击感度、摩擦感度和爆速分别为4 J、240 N和7689 m·s^-1,展现了较好的安全性能及微尺度传爆能力。     

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。     

高热稳定和低感度多环类含能材料的设计与合成（英）

发展具有高能、低感、高热稳定性的新型含能材料是人们一直追求的目标。本研究设计、合成了一系列基于四唑连4,8-双呋咱并[3,4-b,e]吡嗪（DFP）的含能离子盐。含能离子盐具有优异的综合性能,如热分解温度较高（T_d：> 260 ℃）,感度较低（IS≥ 20 J,FS≥360 N）和爆速较高等（D > 8800 m·s^-1）。值得特别指出的是,化合物4e的热分解温度高达314 ℃,并且其爆速及撞击感度分别为9005 m·s^-1和25 J,是一种极具潜力的钝感高能量密度材料。     

八核铁簇化合物的制备、表征及其对高氯酸铵的热分解催化

以5,5"-｛［3,3"-双（1,2,4-噁二唑）］-5,5"-基｝-双（1-羟基四唑）为配体,通过溶剂热法制备了一种新型含能铁簇化合物 ［Fe₂^Ⅲ（μ₂-CH₃O）（μ₃-OH）（μ₂-O）（BODTO^2-）（H₂O）］₄（1）,并对其进行了单晶X-射线衍射、差示扫描量热和热重分析等表征,分析了其结构和热稳定性,同时通过差热分析仪研究了化合物1对高氯酸铵（AP）热分解的催化性能。测试结果表明,化合物1为立方晶系I-43d空间群,密度为1.506 g·cm^-3;晶体结构中Fe³⁺与Fe³⁺通过氧原子桥联,形成笼状结构;热分解峰值温度为513.9,617.6 K和669.4 K;爆速为6.94 km·s^-1,爆压为19.09 GPa;撞击感度为15 J,摩擦感度为360 N。当添加质量分数为10%的化合物1时,AP的高温分解温度降低65 K,活化能降低82.2 kJ·mol^-1,证实该铁簇化合物对AP的热分解具有较好的催化活性,具有应用于含能燃烧催化剂的潜质。     

3，5，7-三氨基-［1，2，4］三唑并［4，3-a］［1，3，5］三嗪五唑盐的合成与性能

以五唑银为原料与3,5,7-三氨基-［1,2,4］三唑并［4,3-a］［1,3,5］三嗪盐酸盐通过复分解反应合成了一种新型非金属五唑盐——3,5,7-三氨基-［1,2,4］三唑并［4,3-a］［1,3,5］三嗪五唑盐（4）。通过X-射线单晶衍射、红外光谱（IR）、元素分析（EA）、核磁共振（NMR）对合成的新型五唑盐进行了结构表征,并采用热重分析（TG）和差示扫描量热分析（DSC）测试其热分解行为。使用原子化法计算了化合物4的生成焓,使用EXPLO5预测了爆轰性能,并采用BAM方法测试其撞击感度和摩擦感度。测试结果显示,化合物4的晶体密度为1.644 g·cm^-3,属单斜晶系,P2₁/n空间群,氮含量77%,热分解温度113.8 ℃,生成焓491.5 kJ·mol^-1,爆速7913 m·s^-1,爆压19.6 GPa,撞击感度>40 J,摩擦感度>360 N。     

CL-20/1,4-DNI共晶及共晶组分的声子谱和热力学性质的第一性原理研究

声子谱在研究固体热力学性质和化学分解反应微观过程中起着重要作用,对声子谱的研究有助于揭示含能材料的初始热解机理以及爆轰性能和感度的微观物理机制。采用色散校正的密度泛函理论方法,计算了六硝基六氮杂异戊兹烷（CL-20）/1,4-二硝基咪唑（1,4-DNI）共晶及共晶组分的声子谱和热力学性质,通过分析声子态密度确定了声子模式存储和传递能量的方式,提出了热能流动方向,预测了引发键及撞击感度顺序。结果表明,ε-CL-20和CL-20/1,4-DNI共晶由声子态密度预测的引发键均为CL-20分子上的N─NO₂键,而1,4-DNI晶体的初始热分解涉及咪唑环的开环反应。通过对比CL-20和1,4-DNI分子分别在共晶和共晶组分中的声子态密度,发现共晶中二者的热稳定性均得到改善,从而导致共晶的热稳定性优于共晶组分。根据“入口模”声子数和特征振动频率Δω_d预测的撞击感度顺序均为：ε-CL-20>CL-20/1,4-DNI>1,4-DNI,与实验测定结果相一致。由声子谱计算的共晶及共晶组分的热力学参数,在相同温度下,其顺序为CL-20/1,4-DNI>ε-CL-20>1,4-DNI。低频声子对恒容热容（C_V）的贡献最大,由能量转移引起的化学键断裂可能经历了多声子向上泵浦过程。     

粒度对CL-20基炸药油墨临界传爆特性的影响

为研究微笔直写沉积装药技术条件下,炸药粒度对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?20)基炸药油墨临界传爆厚度的影响规律,分别采用机械球磨法和溶剂?非溶剂法对原料CL?20进行细化,得到了三种不同粒度的CL?20炸药,以水性聚氨酯(WPU)和乙基纤维素(EC)组成双组份粘结分散体系,制备了适用于微笔直写沉积装药工艺的CL?20基炸药油墨。分别采用激光粒度分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对制备的CL?20炸药及相应的油墨成型样品的粒度分布和形貌进行了表征;采用X射线衍射仪(XRD)对油墨成型样品中CL?20的晶型进行了测试;利用楔形装药炸痕法测试了不同粒度CL?20炸药油墨样品在装药宽度为1 mm时的临界传爆厚度。结果表明:机械球磨法制备的两种CL?20炸药呈近球形,表面光滑,中值粒径分别为140 nm和1.5μm,油墨成型样品呈蜂窝状,分散效果较好,横切面均匀致密;溶剂?非溶剂法制备的CL?20炸药呈纺锤形,中值粒径为15μm,油墨成型样品分散效果较差,炸药颗粒与粘结体系难以形成复合结构;XRD测试结果表明三种炸药油墨样品中CL?20均为ε型;成型油墨样品在装药宽度为1 mm时的临界传爆厚度随着CL?20粒度的减小而减小,最小可达69μm,表明减小CL?20炸药的粒度能够显著增强其临界传爆性能。