纳米HMX基PBX的热分解特性

采用溶液-水悬浮法,通过控制水料比、反应温度、搅拌速度等因素制备了纳米HMX基PBX。使用热重(TG)/差示扫描量热(DSC)同步热分析仪研究了其热分解特性。结果表明,纳米HMX基PBX热分解反应的DTG峰温、活化能和放热量分别为557.5K、270.5kJ/mol和816.3J/g;与微米HMX基PBX相比,纳米HMX基PBX的DTG峰温延后3.7K,活化能提高86.9kJ/mol,放热量增加158J/g。在558.3K以下,纳米HMX基PBX的安定性优于微米HMX基PBX。     

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%。     

Pickering乳液聚合法制备TATB/HMX基复合微球

为了提升HMX的安全及应用性能,采用Pickering乳液聚合法,以固体粒子氧化石墨烯(GO)为稳定剂,分别以聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚苯乙烯(PSt)为黏结剂制备了两种TATB/HMX基复合粒子;通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对样品进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,制备的TATB/HMX基复合粒子均为表面均匀密实的球形颗粒,所含HMX和TATB的炸药晶型均未改变;与HMX原料相比,复合粒子的表观活化能(E_a)提高,其中TATB/HMX/PVAc/GO复合粒子的E_a提高了44.18kJ/mol, TATB/HMX/PSt/GO的E_a提高了40.5kJ/mol;撞击感度和摩擦感度明显降低,以PVAc为黏结剂更适合复合粒子的制备,其临界撞击能量由5.5J提升至60J,临界摩擦压力由128N提升至324N,说明制备的复合微球的热安全性和机械安全性大大提高。     

非溶剂制备细化HMX及其性能表征

以二甲基亚砜为溶剂,用喷雾重结晶细化法制备了HMX,研究了非溶剂(水、乙醇、氯代烷烃)的种类、溶剂与非溶剂的体积比以及非溶剂的温度对HMX晶体形貌的影响并分析了其影响机理。采用扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描热量法(DSC)对其进行了表征和热分析。测试了细化HMX和原料HMX的撞击感度。结果表明,HMX细化最佳工艺条件是以35℃乙醇为非溶剂,溶剂与非溶剂体积比为1∶40,此时可获得中值粒径为616nm、粒径分布均匀、趋于球形且表面光滑的亚微米HMX;亚微米HMX表观活化能比原料HMX降低了13.75kJ/mol,与原料HMX相比具有更好的热安定性,特性落高从34.05cm升至79.10cm,撞击感度显著降低。     

钢模压制下高品质HMX晶体的损伤规律

为了揭示粒度分布与压制期内含能晶体损伤程度的关系,研究了3种不同粒径的高品质HMX炸药在压制后微结构和粒度分布的变化。结果表明,随着HMX晶体粒径的增大,晶体表面逐渐形成裂纹,其尖端和棱角发生破碎。当晶体尺寸达到222.5μm时会出现明显的穿晶断裂。采用两种粒度的HMX级配,可减少对晶体中的损伤。压缩刚度法所得HMX的黏结强度和光电子能谱所得PBX造型粉的包复度表明,随着颗粒粒径的增大,炸药的包覆效果和力学强度降低,导致压制PBX中更多晶体的破碎。     

高品质压装HMX基PBX炸药的冲击波感度

为改善HMX基PBX的安全性能,通过隔板试验研究了高品质HMX的粒度对压装PBX炸药冲击波起爆性能的影响.结果表明·对于相对密度较高(98.5％TMD)的压装HMX基PBX,与普通品质(平均粒径30μm)相比,使用高品质HMX(20 μm)后PBX的冲击波感度下降了7％,当高品质HMX的粒度增至150μm后,其冲击波起...     

喷雾重结晶细化法制备超细HMX及其性能表征

以二甲基亚砜、丙酮、硝酸为溶剂,水、乙醇、氯代烷烃为非溶剂,采用喷雾重结晶细化法制备了超细HMX。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对其进行表征,采用差示扫描量热(DSC)法分析了其热性能,并对其撞击感度进行了测试。结果表明,以二甲基亚砜为溶剂、乙醇为非溶剂喷雾细化得到的超细HMX晶体形貌及粒度分布较好,中值粒径为578nm,粒度分布均匀,趋于球形且表面光滑;表观活化能为465.97kJ/mol,比原料HMX降低了22.06kJ/mol,具有良好的热安定性;特性落高从35.65cm升至71.13cm,撞击感度显著降低。     

HMX颗粒特性对压装PBX苏珊感度的影响

采用苏珊试验测试了HMX基压装PBX炸药在低速撞击下的感度,研究了HMX的晶体品质、颗粒尺寸等对PBX撞击感度的影响。结果表明,HMX晶体品质的提高有利于提升PBX的反应阈值速度;在晶体品质相当的情况下,当HMX颗粒由20μm增大到105μm时,PBX的苏珊撞击响应的阈值速度由47m/s升至59m/s,而撞击响应的程度有一定下降。苏珊试验中存在一个临界撞靶速度(约100m/s),低于该速度,含高品质HMX的PBX反应程度小于含普通品质HMX的PBX;高于该速度,含高品质HMX的PBX反应程度则大于含普通品质HMX的PBX。     

溶剂气氛调控制备TATB

为调控制备不同粒径TATB,提出了一种基于溶剂气氛诱导的试验方法,将纳米TATB暴露在溶剂二甲基亚砜(DMSO)气氛中,利用溶剂气氛诱导控制TATB粒子成长;利用场发射扫描电子显微镜观察了制备的TATB晶体形貌;利用拉曼光谱仪(Raman)和傅里叶变换红外光谱仪测量了TATB的特征峰变化;利用差示扫描量热-热重联用仪(TG-DSC)分析了TATB的热分解性能;研究了溶剂气氛、试验温度以及反应时间对TATB粒径形貌的影响。结果表明,溶剂气氛试验法可诱导纳米TATB生长,调控微观形貌,制备出粒径范围1～17μm的TATB;同时,溶剂气氛试验法制备TATB残余溶剂脱附量较小,仅为4.7mg/g,同溶剂重结晶法制备TATB相比,约为其残余溶剂脱附量的1/21;试验温度和溶剂溶解度是调控纳米TATB晶体生长的两个关键控制条件,通过调控试验温度和溶剂溶解度,可实现TATB粒径的控制生长;拉曼光谱结果显示TATB物相结构未发生变化;热分解结果表明随着TATB平均粒径从3μm增至17μm,其对应的热分解表观活化能E_a从208.366kJ/mol增至211.753kJ/mol。     

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。     

碳纳米管对HMX热分解行为的影响

采用超声复合法制备了HMX/碳纳米管(CNTs)复合材料,通过热失重法研究了碳纳米管对HMX热分解行为的影响.结果表明,碳纳米管可以降低HMX的热分解活化能和热分解温度,添加质量分数为1％碳纳米管可使HMX的热分解活化能降低70k J/mol以上,碳纳米管可以促进HMX的热分解.     

微流控法制备超细HMX/FOX-7复合物及其性能测试

为了降低HMX感度,提高使用安全性,选用低感度含能材料FOX-7为包覆剂,利用微流控技术制备得到超细HMX/FOX-7复合物。采用红外、XRD分析表征了其结构,采用SEM分析了复合物的微观形貌,并对其进行热性能、感度性能及点火燃烧性能测试研究。结果表明,基于微流控技术制备的超细HMX/FOX-7复合物粒径范围0.92～2.91μm,平均粒径1.37μm,球形度较好,粒径分布窄;相比于传统宏观尺度搅拌法,微尺度制备条件使得HMX降感效果增强,获得的复合物具有更高的热稳定性和更优良的感度性能,热分解温度较传统法推迟11.8℃,撞击感度和摩擦感度分别由56%和52%降至32%和28%;HMX/FOX-7复合物的点火延迟时间随着激光功率密度的增加呈现递减的趋势,在相同功率密度条件下随着FOX-7含量的增加,复合物最小点火能量增大,点火延迟时间增加;与原料HMX相比,复合物的点火燃烧火焰更为明亮,火焰传播速率更快。     

DNP/HMX熔铸炸药的流变性能

为了解3,4-二硝基吡唑(DNP)/HMX悬浮液在不同影响因素下的流变行为,采用Brookfield R/S Plus流变仪对其流变性能进行测试,分析了HMX含量、粒度、颗粒级配、体系温度以及不同添加剂对悬浮液流变性能的影响。结果表明,DNP单质为牛顿流体,表观黏度约为16.4mPa·s,比TNT高82%,比DNAN高140%;同一剪切速率下,DNP/HMX悬浮液表观黏度随固含量的增加而增加,当HMX质量分数为30%时,悬浮液近似牛顿流体;HMX质量分数高于30%时,表观黏度随剪切速率的增加呈指数型下降的趋势愈发明显;悬浮液表观黏度随颗粒粒径的增大和温度的增加而降低,当温度从95℃升到105℃时,黏流活化能(E)从29211J/mol增至38458J/mol;固含量为60%时,平均粒径(d50)分别为16.6μm和575.6μm的HMX颗粒的最佳质量比为1∶5,此时悬浮液表观黏度最小。N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)降低了悬浮液的表观黏度,乙酸丁酸纤维素(CAB)和微晶蜡-80(MV80)增加了悬浮液的表观黏度。     

粒度和温度对HMX溶解度的影响

采用饱和溶液-溶剂蒸发法在5、20、40和60℃条件下测试了平均粒度为80μm、5μm、500nm和100nm的HMX在不同溶剂中的溶解度。结合相似相溶原理和分子热运动分析了溶解度变化原因。结果表明,HMX在去离子水中基本不溶,在低级醇中的溶解度大于高级醇中的溶解度,在乙酸乙酯中的溶解度较大,随着温度升高,相同粒度HMX的溶解度增大;在同一温度下,随着粒度的减小,HMX溶解度增大。     

全浸式真空安定性法研究固态HMX的热分解动力学

采用全浸式真空安定性试验仪,在接近真空的密闭条件下对HMX的等温全分解过程进行实时监测。结果表明,固态HMX全分解放出的气体量为558.05mL/g;在200～230℃,固态HMX分解前后两个阶段有不同的动力学机理函数,分解深度为0～15%时,其反应机理函数符合成核和生长(n=1)的Avrami-Erofeyev方程,表观活化能和指前因子分别为Ea=149.6kJ/mol,ln(A/s-1)=24.65;分解深度为15%～70%时,其反应机理函数符合成核和生长(n=3)的Avrami-Erofeyev方程,表观活化能和指前因子分别为Ea=145.5kJ/mol,ln(A/s-1)=25.25。     

不同溶剂对SAS法制备HMX单晶形貌的影响分析

超临界流体技术是一种制备高能材料微晶的新型工艺方法。为探究在利用超临界流体抗溶剂结晶法(SAS)制备HMX晶体时,不同溶剂对结果的影响,本文选用不同溶剂进行了样品试制,并采用扫描电子显微镜和红外光谱的方法对晶体粒径和形态进行了分析。结果表明,SAS法可以有效减小HMX晶体粒径,不同溶剂对所得晶体的形态的影响较大,且利用环己酮和丙酮再结晶得到的HMX晶体为β型。     

铁酸铋/石墨烯纳米复合材料的制备及其对高氯酸铵热分解的催化作用

为了提高纳米复合金属氧化物对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用,以Bi(NO₃)₃·5H₂O、Fe(NO₃)₃·9H₂O和GO为前驱体,采用水热法制备了铁酸铋/石墨烯(BiFeO₃/rGO)纳米复合材料;利用XRD、FT-IR、XPS、TGA、SEM和TEM等对所制备样品的结构、粒径及形貌进行了表征;采用差热分析研究了不同添加量的BiFeO₃/rGO纳米复合材料对AP热分解过程的影响,分析了BiFeO₃/rGO对AP热分解的催化机理及其对AP热分解动力学的影响。结果表明,rGO的引入有效阻止了纳米BiFeO₃颗粒的团聚,大大增加了比表面积;当BiFeO₃/rGO纳米复合材料的质量分数为4%时,AP的高温分解峰降低最多,达167℃,表观分解热增加了1631J/g,达2518J/g,表观活化能从172.07kJ/mol降低至128.35kJ/mol,表明所制备的BiFeO₃/rGO纳米复合材料能有效催化AP的热分解。     

Al/Cr2O3对硝化棉热分解过程的影响

为了探讨Al/Cr₂O₃纳米铝热剂对硝化棉(NC)热分解过程的影响，采用差示扫描量热法(DSC)及热重/红外联用技术(TG/DTG-FTIR)研究了单组分NC和Al/Cr₂O₃/NC复合物的热分解反应过程。运用Kissinger法、Starink法、Kissinger-迭代法和Ozawa-迭代法计算得到NC及Al/Cr₂O₃/NC的表观活化能。通过FWO法、KAS法和Friedman法得到NC和Al/Cr₂O₃/NC热分解过程的动力学参数，并引入修正后的?esták-Berggren经验方程对相应热分解反应动力学模型进行重建。结果表明，Al/Cr₂O₃纳米铝热剂可使NC热分解反应的表观活化能降低33.7kJ/mol,热点火温度降低3.5℃,热爆炸临界温度降低3.0℃。Al/Cr₂O₃/NC的热分解反应过程遵循n级动力学方程f(...     

TATB/HMX共晶炸药的制备及性能研究

采用溶剂/非溶剂法,在超声辅助的情况下,制备了TATB/HMX共晶炸药;探究了TATB/HMX共晶技术的影响因素;计算了TATB/HMX共晶炸药的理论密度和理论爆速;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描热量法(DSC)对其进行表征和热分析,并测试了其撞击感度。结果表明,制备TATB/HMX共晶的最佳工艺条件为:以[Emim]Ac/DMSO为复合溶剂,TATB和HMX投料比(摩尔比)为3∶7,温度为80℃,搅拌速率为500r/min;与原料相比,TATB/HMX共晶分子在结构上发生改变;TATB/HMX共晶炸药颗粒大小约为2μm,形貌为六边形晶体;共晶炸药的热安定性优于原料HMX,其特性落高比原料HMX高74cm,撞击感度明显降低;理论密度为1.891g/cm~3,理论爆速为8.758km/s,表明其爆炸性能良好。     

机械球磨法制备纳米HMX/HNS共/混晶炸药

采用机械球磨法制备了平均粒径为93.2nm的奥克托金/六硝基茋(HMX/HNS)纳米共/混晶炸药;用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)对样品进行了表征;采用DSC及DSC-IR分析了其热分解性能,并进行了机械感度测试。结果表明,球磨后炸药的微观形貌呈类球形,粒度呈正态分布;机械球磨作用并未改变炸药原有的分子结构和表面元素,但XRD测试结果表明球磨后的HMX/HNS有新晶相生成;HMX/HNS的热分解活化能为328.7kJ/mol,较原料HMX和HNS分别高45.09和125kJ/mol,说明HMX/HNS具有更好的热稳定性;HMX/HNS热分解的主要产物为CO2和N2O,并有少量的NO和H2O;特性落高(H50)大于90cm,摩擦感度爆炸百分比(P)为8%,机械感度低于HMX和HNS,显示HMX/HNS具有良好的安全性。