TNB/1，4-DNI共晶炸药的制备与表征

采用溶剂挥发法制备获得1,3,5-三硝基苯/1,4-二硝基咪唑(TNB/1,4-DNI)共晶炸药,通过单晶X射线衍射表征共晶结构,其晶体属于正交晶系,P212121空间群,晶胞参数:a=6.4068(5)?,b=10.4569(8)?,c=20.7164(17)?,α=β=γ=90°,ρ=1.776 g·cm-3,Z=4.采用差示扫描量热法(DSC)分析其热性能,结果表明其熔点为84.4℃,明显低于单组份TNB(123.5℃)和1,4-DNI(91℃)的熔点,且TNB/1,4-DNI共晶炸药经熔融冷却能够重新形成纯共晶炸药.采用经验氮当量法计算得到TNB/1,4-DNI共晶炸药的爆速为7704 m·s-1,爆压为26.08 GPa,明显优于常用熔铸炸药TNT的爆轰性能.因此,TNB/1,4-DNI共晶炸药可作为一种新型熔铸炸药.     

CL-20/TNT共晶炸药的制备、结构与性能

通过溶液共结晶法制得CL-20/TNT共晶炸药,采用扫描电镜(SEM)和X射线单晶衍射对其形貌和结构进行了表征,该晶体属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数:a=0.9735(2)nm,b=1.9912(6)nm,c=2.4695(6)nm,α=β=γ=90°,V=4.787 nm3,Z=8.采用差示扫描量热(DSC)法分析了共晶炸药的热分解,并测定了其撞击感度,结果表明,CL-20/TNT共晶炸药在180～275 ℃间放热分解,并将TNT熔点显著提高50℃左右;共晶炸药撞击感度较低,并将CL-20撞击感度明显降低87％％.     

3-氨基-2,4,6-三硝基苯甲醚的合成及性能

为了寻找含能共熔物中的辅助组分,合成了3-氨基-2,4,6-三硝基苯甲醚,并对其性能进行了初步研究。以市售苦味酸为原料,经过甲基化、替代氢的亲核取代反应,得到目标产物,产率达76%以上。产物和中间体的结构通过傅立叶红外光谱、核磁共振氢谱、元素分析进行了表征。对甲基化反应和替代氢的亲核取代反应机理进行了探讨。通过DSC和TG研究了3-氨基-2,4,6-三硝基苯甲醚的热分解性能,其吸热峰温为133.77℃,放热峰温254.10℃,在199.6℃,质量损失1.71%左右。采用特性落高法测得其撞击感度H50为82.5cm,爆炸概率法测得其摩擦感度为0%、其静电火花感度为V50=11.42kV,E50=1.99J。采用VLW软件计算理论爆速为7.459km.s-1(ρ=1.709g.cm-3),理论爆压为22.9GPa(ρ=1.709g.cm-3)。研究结果表明,3-氨基-2,4,6-三硝基苯甲醚具有较好的热稳定性,其感度低于TNT,理论爆速和爆压高于TNT,是一种性能良好的高能低感炸药,可作为辅助组分用于含能共熔物中。     

超细CL-20/TNT共晶炸药的喷雾干燥制备与表征

采用喷雾干燥法制得超细CL-20/TNT共晶炸药。采用扫描电镜(SEM)对其大小和形貌进行表征,利用X射线衍射法(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对其是否形成共晶进行判定,并对其进行撞击安全性能测试与分析。结果表明,所制得的样品不是CL-20与TNT简单的混合,而是形成了超细CL-20/TNT共晶炸药,粒径小于1μm并团聚成1~10μm的微球;超细CL-20/TNT共晶炸药的熔点为132.32℃,热分解过程分两个阶段,第一阶段和第二阶段的分解放热峰温分别为218.98℃和253.15℃,特性落高为49.3 cm,比原料CL-20高36.2 cm。     

丙烯酸-2,4,6-三硝基苯乙酯的合成及热分解

以TNT、甲醛为原料,在弱碱性条件下反应合成得到2,4,6-三硝基苯乙醇(PicCH2CH2OH);PicCH2CH2OH在浓硫酸催化下和丙烯酸在甲苯中回流反应24h,合成得到丙烯酸-2,4,6-三硝基苯乙酯,产率为62%。采用紫外可见光谱(UV-Vis)、核磁共振氢谱(1HNMR)、红外光谱(FTIR)、质谱(MS)以及元素分析等对产物结构进行了表征。利用热重分析(TG)对产物热稳定性进行了研究,采用Kissinger方法和Ozawa方法计算其热分解活化能Ea分别为99.78,102.96kJ·mol-1。     

CL-20/DNB共晶炸药的制备与表征

采用溶液共结晶法制备得到一种由六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,俗称CL-20) 和1,3-二硝基苯(DNB)组成的新型共晶炸药,其中CL-20与DNB的摩尔比为1:1。粉末X射线衍射表明共晶炸药的衍射图谱明显不同于构成它的两个单组份;单晶X射线衍射测试结果表明,该共晶炸药属正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数：a =0.94703(6) nm,b =1.34589(8) nm,c =3.3620(2) nm,α=β=γ=90?,V=4.2852(5) nm 3, Z=8;差示扫描量热（DSC）法分析表明,CL-20/DNB共晶炸药在188~268℃间放热分解,熔点较DNB提高约45℃左右。     

基于研磨过程研究TNT/NNAP含能共晶形成机理

为了研究2,4,6-三硝基甲苯(TNT)/1-硝基萘(NNAP)含能共晶形成过程,采用粉末X射线衍射(PXRD),傅里叶变换红外吸收光谱(FTIR)和差示扫描量热仪(DSC)在0,10,20,30,40,50 s以及2 min时刻下,对TNT/NNAP体系进行了研究。PXRD结果显示,不同研磨时间下的TNT/NNAP,在衍射角2θ=25.8°处首先出现新衍射峰并逐渐增强,该衍射峰对应TNT/NNAP共晶的{2 1 1}晶面;FTIR结果显示,随着反应的进行,TNT中C—N—O的弯曲振动峰(716 cm~(-1))发生蓝移且峰变得尖锐,TNT苯环上C—C的弯曲振动峰(734 cm~(-1))发生红移;DSC结果表明,TNT/NNAP共晶形成过程中在50,61,65℃出现三个吸热峰。结果表明,TNT/NNAP共晶首先在{2 1 1}晶面堆积,氢键和π-π堆积在形成TNT/NNAP共晶中起关键作用,TNT/NNAP生成2个低共熔物,再转化为共晶,共晶的熔点为65℃。     

3,4-二硝基吡唑的性能表征及应用

为了探究3,4-二硝基吡唑(DNP)替代TNT作为新型熔铸炸药载体的可行性,采用光学显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、紫外可见分光光度计及DTA/TG热分析仪器对其结构进行了表征,利用氧弹量热仪、电测法分别测试了DNP爆热、爆速,并应用VLW程序计算了TNT/CL-20,DNP/CL-20混合炸药的爆轰参数。结果表明,DNP热分解过程主要分为吡唑环断裂和硝基脱环、自催化加速反应两个阶段,热分解表观活化能为131 k J·mol-1;DNP爆热、爆速分别为4326 k J·Kg~(-1)、7633 m·s~(-1),计算得出DNP/CL-20混合炸药爆轰性能明显优于TNT/CL-20混合炸药,当DNP/CL-20=2∶3(质量比)时,计算爆压为39.4 GPa,爆速为8961 m·s~(-1)。     

4-氨基-1,2,3-三氮唑[4,5-e]呋咱并[3,4-b]吡嗪-6-氧化物的合成及性能

以自制的5,6-二氯呋咱并[3,4-b]吡嗪(DCFP)为原料,经取代、硝化-环化、中和、N-氨化等反应设计合成了新型N-氨基化合物——4-氨基-1,2,3-三氮唑[4,5-e]呋咱并[3,4-b]吡嗪-6-氧化物(ATFPO),采用红外光谱、核磁共振(~1H NMR、~(13)C NMR)及元素分析等手段确定了中间体及目标物的结构;获得了关键中间体——1,2,3-三氮唑[4,5-e]呋咱并[3,4-b]吡嗪-6-氧化物四乙基铵盐(TTFPO)的单晶并进行了结构解析,TTFPO晶体为单斜晶系,空间群为P2(1)/c,晶胞参数为:a=9.237(2) A,b=22.1 62(5)A,c=7.3506(1 7) A,α=90°,β=98.378(4)°,γ=90°,V=1 488.6(6) A~3,Z=4,μ=0.1 00 mm~(-1),F(000)=656;采用差示扫描量热(DSC)方法研究了ATFPO的热性能,结果表明,其熔点为208.77℃,3个热分解峰温度分别为247.1 3、293.68℃和378.29℃;采用Gaussian 09程序中CBS-4M方法和Kamlet-Jacobs爆轰方程预估了目标物的爆轰性能,其生成热为705.4 kK·mol~(-1),爆速为8743 m·s~(-1),爆压为34.6 GPa,爆热为5970 kJ·kg~(-1);采用BAM落锤法测试了ATFPO机械感度,其撞击感度为35 J。研究结果表明,ATFPO是一种热稳定性好、钝感、爆轰性能优良的高能量密度化合物。     

DNAN及TNT基熔铸炸药综合性能比较

为了对比载体炸药2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、以及以它们为基的熔铸炸药的综合性能,系统研究了DNAN和TNT、以及DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的流变、能量、安全、以及力学等性能。结果表明:载体炸药DNAN(6.87 m Pa·s)的粘度低于TNT(9.05 mPa·s),DNAN/HMX熔铸体系的极限固含量(约80%)高于TNT/HMX熔铸体系(约75%);DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的爆速分别为8336 m·s~(-1)和8452 m·s~(-1),爆压分别为31.03 GPa和31.44 GPa;在1 K·min~(-1)的慢速烤燃条件下,DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的响应等级分别为燃烧反应和爆炸反应;在4.51GPa的冲击波入射压力条件下,TNT/HMX(25/75)在8～12 mm内达到完全爆轰,而DNAN/HMX(20/80)在12 mm内未能达到完全爆轰;DNAN/HMX(20/80)的抗拉和抗压强度均大于TNT/HMX(25/75)。因此可以得出结论,在能量性能基本持平的情况下,DNAN/HMX(20/80)熔铸炸药的安全及力学性能优于TNT/HMX(25/75)熔铸炸药。     

BTF-DNAN共晶炸药制备与性能（英）

采用溶剂挥发方式制备出苯并三氧化呋咱(BTF)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)以2∶1(摩尔比)结合形成的新型共晶炸药。BTF-DNAN共晶的结构通过单晶衍射表征,同时研究了共晶撞击感度。结果表明,BTF-DNAN共晶属于单斜晶系,P21/c空间群。共晶的撞击感度特性落高H₅₀大于112 cm,较单组分BTF,显著降低了撞击感度。     

TNAZ/ANTA最低共熔物的制备与性能

为寻求可替代梯恩梯用于熔铸炸药的液相载体,研究绘制了1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)与3-氨基-2,4,6-三硝基苯甲醚(ANTA)混合物的二元相图,并测定了最低共熔物的感度、热安定性、爆轰性能。结果表明,当TNAZ与ANTA质量比为60/40时为最低共熔物,共熔点为84℃;最低共熔物热分解温度高、热安定性好、撞击感度、摩擦感度和静电火花感度与TNT相当,做功能力相当于148%TNT和114% Comp.B;70℃恒温放置6h不渗油,是一种具有潜力的可替代TNT的熔铸炸药。     

壳体厚度对TNT炸药快速烤燃响应的影响

采用自行设计的快速烤燃试验方法,测试厚度为2,4,6 mm梯恩梯(TNT)装药壳体的响应状态,结合TNT的高压差示扫描量热(PDSC)分解特性,研究了厚度对炸药装药响应的影响.结果表明:在快速烤燃试验条件下,壳体厚度由2-6 mm变化时,TNT炸药均为爆炸反应等级;壳体厚度变化对TNT炸药响应等级没有显著影响,但炸药装...     

超细CL-20/HMX共晶的制备、表征及其与推进剂组分的相容性

通过加入微量溶剂,采用超高效混合技术,在70 g的加速度条件下反应30 min制备得到摩尔比为2∶1的超细六硝基六氮杂异伍兹烷与奥克托今(CL-20/HMX)共晶,通过X射线粉末衍射、差示扫描量热法鉴定了CL-20/HMX共晶的形成,并对其形貌、粒度、感度等进行了表征测试。结果表明:制备的超细CL-20/HMX共晶纯度为92.6%,共晶炸药呈规则块状、表面光滑、粒径小于1μm、粒度分布均匀,其X射线衍射图在11.558°,13.264°,18.601°,24.474°,33.785°,36.269°处出现新的较强的衍射峰。超细CL-20/HMX共晶放热分解过程中只有一个放热分解峰,其放热峰温为248.3℃,其分解放热量(2192.1 J·g^-1),显著高于相同摩尔比的物理混合物(1327.3 J·g^-1)。按照GJB772A-1997《炸药试验方法》测得的摩擦感度比原料CL-20降低了16%,特性落高比原料CL-20提高28.6 cm,比原料HMX提高11.5 cm,形成共晶后安全性能更高。采用DSC法研究了超细CL-20/HMX共晶与推进剂常用组分均聚叠氮缩水甘油醚(HGAP)、硝化甘油/1,2,4-丁三醇三硝酸酯混合物(NG/BTTN)、缩二脲三异氰酸酯(N-100)、高氯酸铵(AP)、铝粉(Al)的相容性,发现超细CL-20/HMX共晶与NG/BTTN、AP、Al的相容性较好,与HGAP、N-100不相容。     

晶体缺陷对CL-20/NQ共晶炸药性能影响的理论研究

为了研究晶体缺陷对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/硝基胍(NQ)共晶炸药的稳定性、感度与爆轰性能的影响,建立了"完美"型与含有晶体缺陷(掺杂、空位与位错)的CL-20/NQ共晶炸药模型。采用分子动力学方法,预测了各种模型的性能,得到了不同模型的结合能、引发键键长分布、键连双原子作用能、内聚能密度及爆轰参数并进行了比较。结果表明,与"完美"型晶体相比,缺陷晶体的结合能减小幅度为4.29%～24.33%,表明分子之间的相互作用力减弱,炸药的稳定性降低。缺陷晶体的引发键键长增大幅度为0.78%～6.04%,而键连双原子作用能减小幅度为2.86%～20.03%,内聚能密度减小幅度为2.46%～12.72%,表明炸药的感度升高,安全性变差。由于晶体缺陷的影响,炸药的密度、爆速与爆压减小幅度分别为0.58%～7.57%、0.43%～5.99%、1.19%～15.31%,表明能量密度与威力减小。因此,晶体缺陷会对CL-20/NQ共晶炸药的稳定性、感度与能量特性产生不利影响,其中空位缺陷对炸药性能的影响更为显著。     

纳米压痕仪测试TNT单晶(100)晶面的模量与硬度

用溶剂蒸发法制备了厘米级TNT大单晶。用X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热(DSC)方法表征了其晶型结构。结果表明,其晶体为单斜晶系,最大显露晶面为(100)。用纳米压痕仪获得TNT(100)晶面上的压入模量、压入硬度分别为(17.40±0.35)GPa和(0.81±0.05)GPa,该模量显著高于熔铸TNT炸药的压缩模量。     

梯恩梯/萘共晶初始热分解的反应分子动力学模拟

ReaxFF反应力场在冲击起爆、爆轰等问题中的应用多围绕常规含能材料。利用增加了长程修正项E_lg的ReaxFF/lg反应力场对梯恩梯/萘（TNT/C₁₀H₈）共晶初始高温热分解进行模拟,并通过TNT单晶比较了C₁₀H₈对共晶整体反应特征的影响,利用指数函数及反应速率方程拟合得到共晶初级吸热反应和次级放热反应的活化能分别为35.7 kcal/mol和56.1 kcal/mol. 初级吸热反应的活化能与TNT单晶基本相同,而次级放热反应的活化能则远远高于TNT单晶,并且同温度条件下共晶次级反应放热量小于TNT单晶。拟合得到的反应物的衰减速率表明,C₁₀H₈的加入将抑制共晶内TNT的分解。产物识别分析显示初始产物为NO₂、NO和HONO,并且通过NO₂和TNT_—NO2,NO和TNT_—NO,HONO和TNT_—HONO分布数量的比较论证了固相共晶和TNT单晶的初始反应路径为双分子反应机制。共晶热分解最终主要产物为N₂,H₂O,CO₂和CO. 并且由于共晶内C₁₀H₈分子C—C键断裂所需的能量高于C—H键断裂所需的能量,C₁₀H₈分子的初始热分解路径为C—H键断裂,并且形成的H原子将促进共晶内H₂O的产率高于TNT单晶内H₂O的产率。     

4,4',5,5'-四硝基-2,2'-联咪唑及其含能离子盐的合成及热性能

以乙酸铵和乙二醛为原料,经环化、硝化等反应合成了4,4',5,5'-四硝基-2,2'-联咪唑(TNBI),然后TNBI与有机胺反应,获得了TNBI的二氨基呋咱盐(DAFTNBI)、草酰肼盐(ODTNBI)、二肼基四嗪盐(HTTNBI)、缩二胍盐(DBGTNBI)、脒基脲盐(DGUTNBI)、4-氨基-1,2,4-三唑盐(DATTNBI)、尿素盐(DUTNBI)等七种有机胺含能离子盐,采用红外光谱、核磁、元素分析等手段表征了化合物的结构;培养了TNBI·H2O单晶,结构分析表明,TNBI·H_2O为单斜晶系,空间群为P2(1)/n,晶体学参数为:a=0.5051(17)nm,b=0.8528(3)nm,c=1.5270(5)nm,β=96.948(6)°,V=0.6529(4)nm~3,Z=4,Dc=1.781 g·cm~(-3);利用差示扫描量热(DSC)、热重(TG)等热分析方法研究了七种含能离子盐的热性能,结果表明,含能离子盐的热分解峰温分别为199.23,204.52,230.13,266.96,240.63,187.98,260.19℃,热稳定性较好。     

微纳米CL-20颗粒级配对低共熔DNAN/TNT基熔铸炸药性能的影响

为了获得高能高强熔铸炸药,以2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)和三硝基甲苯(TNT)为低共熔载体,六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为高能组分,采用浇铸成型工艺,成功制备了CL-20/DNAN/TNT熔铸炸药。研究了微纳米CL-20颗粒级配以及N-甲基-4-硝基苯胺、三-(2-氯乙基)磷酸酯、邻苯二酚三种功能助剂对CL-20/DNAN/TNT熔铸炸药性能的影响。对制备的CL-20基熔铸炸药分别进行了扫描电子显微镜(SEM)、粘度、密度及均一性、X射线衍射(XRD)、机械感度、力学性能以及爆速等分析测试。结果表明,当原料粗颗粒CL-20和100 nm CL-20的质量比为70:30,添加0.5%三-(2-氯乙基)磷酸酯时,制备的熔铸炸药表面光滑,内部无明显缺陷,密度均一性好,与只含有粗颗粒CL-20的熔铸炸药相比,其撞击感度降低了32.7%,摩擦感度降低了57.1%,抗压强度从7.93 MPa提高到33.74 MPa,抗拉强度从3.48 MPa提高到4.94 MPa,爆速从8188 m·s~(-1)提高到8225 m·s~(-1)。     

奥克托今/3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮共晶炸药晶体缺陷的分子动力学研究

为研究晶体缺陷对奥克托今（HMX）/3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）共晶炸药稳定性、感度、爆轰性能与力学性能的影响,分别建立了“完美”型与含有掺杂、空位与位错缺陷的共晶炸药模型。采用分子动力学方法,预测了“完美”型与缺陷模型的性能,得到了不同模型的结合能、引发键键长分布、键连双原子作用能、内聚能密度、爆轰参数与力学性能参数,并进行了比较。结果表明：由于晶体缺陷的影响,造成炸药结合能减小,稳定性变差;缺陷晶体的引发键最大键长增大,键连双原子作用能与内聚能密度减小,炸药感度升高,安全性减弱;缺陷晶体的密度、爆速与爆压减小,能量密度与威力降低;与“完美”型晶体相比,缺陷晶体的拉伸模量、体积模量与剪切模量减小,柯西压力增大,炸药刚性与硬度减弱,柔性与延展性增强。