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基直写炸药油墨的制备与表征

炸药油墨是直写微装药技术在微型机电系统(MEMS)引信安保装置应用的关键材料。采用球磨方法细化了六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW, CL-20)炸药,结合聚乙烯醇(PVA)/水/乙基纤维素(EC)/异丙醇(IPA)的复合粘结剂体系,获得了一种书写性能良好的炸药油墨复合物ε-CL-20/PVA/H₂O/EC/IPA。扫描电子显微镜显示炸药油墨的最小线宽可达80.2 μm,无明显裂纹。红外光谱显示油墨中CL-20炸药在直写前后晶型保持不变。通过楔形狭缝装药炸痕法,测得装药厚度为0.54 mm时,炸药油墨复合物的爆轰临界尺寸为0.36 mm。      

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/TATB粘结炸药制备及其表征

使用钝感炸药三氨基三硝基苯(TATB)对高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)进行包覆和降感处理,制备过程中以1%的Estane作为粘结剂,5%的TATB作为钝感剂,采用水悬浮法制备了CL-20基PBX,并对其进行SEM、XRD、DSC以及撞击感度性能测试。结果表明:TATB可以有效地包覆在CL-20表面,在包覆过程中CL-20晶型未发生改变;与未添加TATB的CL-20/Estane粘结炸药相比,热爆炸临界温度提升了0.08℃,活化能提高了7.09k J·mol-1,并且其撞击感度明显降低,特征落高(H50)由30.64cm提升至44.57cm,提升了45.5%。     

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。     

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。     

乳化炸药基质分散相液滴大小及分布的影响因素

利用激光粒度分析仪测试了乳化炸药基质粒子大小与分布,研究了乳化炸药水相析晶温度、搅拌速度、乳化剂含量对粒子大小及分布的影响。结果表明:在一定条件下,水相析晶温度对分散相液滴大小与分布有较明显的影响;乳化搅拌速度存在一个临界值,本实验条件下此值为1230 r.m in-1,超过临界搅拌速度时,其分散相液滴大小与分布变化不显著,在临界搅拌速度以下,乳化搅拌速度影响十分显著;过分地增加乳化剂含量对分散相液滴大小与分布也没有明显作用。     

CL-20/DNB共晶基PBXs相容性、界面作用和力学性能的MD模拟

为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1,3-二硝基苯(DNB)共晶炸药的实际使用价值,改善其安全性和力学性能,沿其(0 0 1)晶面分别添加了端羟基聚丁二烯(HTPB)和聚乙二醇(PEG)高聚物粘结剂,构建了两种CL-20/DNB共晶基高聚物粘结炸药(PBX)——CL-20/DNB/HTPB和CL-20/DNB/PEG的模型。在COMPASS力场下,对该共晶炸药及其两种PBX模型进行了295 K-NPT分子动力学(MD)模拟研究。结果表明,CL-20/DNB/PEG的结合能大于CL-20/DNB/HTPB的,预示前者的稳定性和相容性优于后者。以对相关函数g(r)揭示了粘结剂与基炸药之间界面的相互作用。与CL-20/DNB共晶炸药相比,少量粘结剂(HTPB或PEG)的加入,使弹性系数(Cij)、拉伸模量(E)、体积模量(K)和剪切模量(G)减小,而柯西压(C12-C44)和K/G值增大,表明PBX体系刚性减小,延展性增强。CL-20/DNB/HTPB的(C12-C44)和K/G值均大于CL-20/DNB/PEG的,表明前者的延展性好于后者,预示粘结剂HTPB比PEG在改变共晶炸药力学性能进而致钝的效果较好。     

溶剂对微控直写含能油墨的性能影响

以CL-20作为含能油墨炸药主体,采用硝化纤维素作为粘结剂,分别以丙酮和乙酸丁酯为溶剂配制含能油墨,研究了不同溶剂对含能油墨性能的影响。所得的两种含能油墨均可流畅书写,成型后光滑、无裂纹。经SEM、XRD表征和DSC分析,乙酸丁酯为溶剂的含能油墨在致密程度、晶型稳定性及组分相容性等方面均优于溶剂为丙酮的含能油墨。对两种溶剂的含能油墨进行固化时间测定,丙酮为溶剂的含能油墨的固化时间约为45min,乙酸丁酯为溶剂的含能油墨的固化时间为180min。通过靶线法测得丙酮为溶剂的含能油墨的平均爆速为5 499m/s,乙酸丁酯为溶剂的含能油墨的平均爆速为8 971m/s。     

表面活性剂的HLB值对HMX/聚氨酯基炸药油墨流变性能的影响

为研究表面活性剂的亲水疏水平衡值(HLB值)对炸药油墨流变性能的影响,选取Span-80和Tween-80两种非离子表面活性剂,调节其质量比配制出5组不同HLB值的混合表面活性剂,采用Brookfield(CPS)流变仪对添加表面活性剂的细化环四亚甲基四硝胺(HMX)/聚氨酯基炸药油墨进行粘度测试,并计算出非牛顿指数、屈服值及触变指数(TI值)。结果表明,未添加表面活性剂的炸药油墨的非牛顿指数为0.024,屈服值为467.08 Pa,TI值为36.82;表面活性剂的加入能够有效改善炸药油墨的流变性能。随着HLB值的升高,炸药油墨表观粘度在剪切速率为5~100 s~(-1)时先升高后降低,非牛顿指数和TI值呈波动变化,屈服值持续降低。当HLB值为11时,炸药油墨的非牛顿指数达到最大值0.56,屈服值达到5.38 Pa,TI值达到最小,为8.26,分别为未添加表面活性剂炸药油墨的23.33倍,1.15%和21.53%。HLB值为11的表面活性剂更有利于改善炸药油墨的流变性能。     

油墨炸药的粒度对其传爆性能的影响

研究了油墨炸药的粒度大小、粒度分布对爆炸逻辑网络临界传爆性能的影响。结果表明，炸药粒度及分布、组分混合均匀性对爆炸逻辑网络的传爆性能有很大的影响。     

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。     

CL-20基炸药墨水直写沉积规律

直写技术具有安全、批量、精确图形化的优点,是含能微器件精密、高效装药成型未来发展的趋势。基于六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基炸药墨水,采用Ansys软件模拟和直写沉积实验相结合的方法,研究了驱动压力、出口直径对挤出速率的影响。采用Matlab软件分析了直写沉积数据,运用插值分析法得到了有效的直写参数,建立了描述直写沉积规律的数学模型。结果表明,制备的CL-20基炸药墨水为非牛顿流体,黏度范围为10~350 Pa·s。当剪切力大于650 Pa时损耗模量逐渐大于储能模量。当驱动压力大于350 kPa时,CL-20基炸药墨水黏度变小,使得挤出速率变化率变大。当出口直径大于0.6 mm时,CL-20基炸药墨水挤出能量损失变小,使得挤出速率变化率变大。建立了直写参数关系式u_1=0.00047×d_1~(0.6516)×p~(1.5291),结果表明,驱动压力对挤出速率的影响大于出口直径对挤出速率的影响。     

HMX基O/W型悬浮油墨的喷墨打印成型及性能

为探究乳液型炸药油墨与喷墨打印工艺结合的可行性,设计了以氟碳树脂（FEVE）的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇（PVA）水溶液为水相的水包油（O/W）型双组分黏结剂体系,并选用微纳米HMX为主体炸药,制备O/W悬浮型炸药油墨进行了喷墨打印。采用电子密度测试仪、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、纳米压痕仪、同步热分析TG-DSC、撞击和摩擦感度测试仪对喷墨打印成型样品的密度、形貌、力学性能、热安全性能、撞击感度和摩擦感度进行了表征,对喷墨打印成型样品的爆速和临界尺寸进行了测试。结果表明：喷墨打印成型样品表面较平整,线平均粗糙度为7.346 µm,且内部颗粒分布紧实,内部的HMX未转晶,热稳定性及力学性能较好。样品的实测密度为1.5326 g·cm^-1（83%TMD）;样品的撞击能为7 J,摩擦荷重为144 N,截面尺寸1 mm×1mm打印样品的爆速为7076 m·s^-1和临界尺寸为1 mm×0.087 mm,具有优异的安全性能和微尺度爆轰性能。     

爆炸技术在波兰的应用（英）

简要介绍了爆炸技术在波兰的应用,如金属部件表面的强化,钢览上环形箍的紧固,建筑物框架的拆除等。     

一种高能起爆具制备工艺研究

对起爆具中高能固相炸药PETN加入量、粒度级配、以及PETN与载体炸药TNT熔融混合温度、浇铸温度等制备工艺条件进行了研究,制备了能够被3.6g.m-1导爆索直接起爆、与低能导爆索配套的高能起爆具,其密度大于1.60g.cm-3,爆速大于7000m.s-1,可击穿25mm厚低碳钢板,温度和水中压力实验均符合要求。