NC/TMETN共混体系分子动力学模拟

为研究三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)改善NC(硝化纤维素)力学性能的效果及其作用机理,采用分子动力学模拟计算的方法,研究了NC/TMETN共混体系的结合能、分子间的径向分布函数及力学性能,并与NC/NG(硝化甘油)共混体系进行了对比。结果表明:不同比例NC/TMETN共混模型的弹性模量、剪切模量和体积模量等均低于NC模型的,证明加入TMETN可有效增加NC的塑性;通过径向分布函数分析可知,NC/TMETN、NC/NG均存在较强的氢键和范德华力;相同质量比的NC/TMETN与NC/NG共混体系力学性能模拟结果表明,NC/TMETN与NC/NG的力学性能相近,验证了TMETN可取代NG作为NC的增塑剂。     

TMETN在浇铸改性双基推进剂中塑化性能的分子动力学模拟及实验研究（英文）

为了将三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)应用于浇铸改性双基推进剂中以降低推进剂感度,通过分子动力学模拟不同增塑剂(NG, TMETN及NG/BTTN)与NC之间的相互作用,得到了其回旋半径、体积分布和径向分布函数等参数,并通过固化实验以及力学性能、机械感度测试对模拟结果进行验证。结果表明,不同增塑剂中NG与NC的相互作用最强,回转半径最大,TMETN对NC的塑化能力较差,使用时应添加辅助增塑剂;固化实验结果显示只添加TMETN的推进剂即使升温至75℃也无法固化,而NG与TMETN质量比1∶1的推进剂则在70℃即可良好固化,同时可使推进剂特性落高H_(50)达到58.6cm以上,摩擦感度降至40%以下,这与对NC塑化效果顺序为NGNG/BTTNTMETN的理论计算结果一致。     

NC/TMETN黏结体系的多尺度模拟及实验研究

采用分子动力学(MD)和耗散分子动力学(DPD)方法研究了不同含量三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)对硝化棉(NC)的增塑效果,并通过静态力学性能及机械感度测试对模拟结果进行了验证。结果表明,NC/TMETN质量比为1.3∶1.0时,体系中NC的回转半径最大(20.41?)且氢键作用最强,此外硝酸酯键拥有较小的平均引发键键长和最小的最大引发键键长,表明该质量比的NC/TMETN体系力学性能和安全性能最好,TMETN对NC具有较好的增塑效果。NC/TMETN(质量比1.3∶1.0)体系的混匀程度和混匀时间均优于NC/TMETN(质量比1.2∶1.0)体系,进一步表明该黏结体系中TMETN对NC的增塑效果更好。实验测得NC/TMETN(质量比1.3∶1.0)体系在20℃下的拉伸强度达到16.22MPa,撞击感度为67.7cm,摩擦感度为4%,其力学性能和安全性能均为最好,很好地验证了MD和DPD模拟结果。     

动态气氛下混合酯发射药的热分解性能

采用热重分析(TG)技术和差示扫描量热(DSC)技术研究了含二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)的混合酯发射药动态气氛下的热分解性能.结果表明,该类混合酯发射药的热分解主要分两步进行:第一步为发射药中NG和TEGDN的挥发分解,第二步为发射药中NC和二号中定剂(C2)的分解;两步分解过程的失重量和最快失重温度点随配方中TEGDN和NG质量比的不同而有差异;混合酯发射药在不同压强下的DSC曲线上均只呈现一个明显的分解放热峰,且放热峰的峰温随压强增大而降低.     

三羟甲基丙烷三硝酸酯的热分解性能

利用高压DSC研究了三羟甲基丙烷三硝酸酯(TMPTN)的热分解特性.结果表明,尽管TMPTN与硝化甘油(NG)和三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)的结构相似,但TMPTN的热分解特性完全不同于NG和TMETN.常压下, TMPTN有两个峰,一个是熔化吸热峰,另一个是分解放热峰,而NG则是一个熔化吸热峰,TMETN是一个分解放热峰,没有熔化吸热峰;在高压下, TMPTN也有一个熔化吸热峰和一个分解放热峰,只是熔化吸热峰相对没有常压下的明显,随着压力的不同,峰形、峰温、放热量都明显不同.同时对TMPTN的分解机理进行了初步分析,并获得了TMPTN的热分解反应动力学参数.     

微反应技术合成不敏感硝酸酯增塑剂TMETN和PGDN

利用微反应技术,分别以1,2-丙二醇、三羟甲基乙烷为原料,硝硫混酸为硝化剂,合成了1,2-丙二醇二硝酸酯(PGDN)和三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN);采用红外光谱、核磁共振等对其结构进行了表征,同时优化了微反应器硝化反应条件。结果表明,TMETN和PGDN结构与间歇式合成产物一致,合成TMETN的较佳硝化温度为17~20℃,硝酸与三羟甲基乙烷的最佳摩尔比为5.6∶1.0,收率达90.0%以上,纯度达98.5%;合成PGDN的较佳反应温度为20~22℃,硝酸与1,2-丙二醇的摩尔比为2.7∶1.0。该工艺具有反应温度范围宽、硝酸用量少和收率高等优点。     

NC基高能低敏感发射药的低温抗冲击强度

为研究NC基高能低敏感发射药的低温力学性能,通过改变配方中硝化棉(NC)的种类、增塑剂ZSJ-X的含量、FOX-7的含量以及RDX和FOX-7的粒度,制备了4种NC基高能低敏感发射药,采用电子万能材料试验机测试了其低温抗冲击强度。结果表明,降低黏结剂的含氮量,增加增塑剂ZSJ-X的含量,用FOX-7替代部分RDX,降低RDX和FOX-7的粒度,能够提高NC基高能低敏感发射药的低温抗冲击强度。当NC基高能低敏感发射药的配方(质量分数)为:NC(含氮量12.6%)37%、ZSJ-X 25%、FOX-7(粒径19μm)13%、RDX(粒径5μm)33%时,低温抗冲击强度最佳,达到7.75kJ/m2。     

FTIR法检验发射药NC含氮量的研究

为解决涉枪案件中制式发射药鉴定问题，利用显微傅里叶红外光谱仪法（FTIR）对发射药中硝化纤维素（NC）含氮量进行了研究。首先，采用溶剂萃取法提取样品中的NC，再利用FTIR对NC进行分析，以NC含氮量与吸收峰面积比建立校正模型。研究结果表明，相同含氮量NC样品在波数1280cm-1和1068cm-1处吸收峰的峰面积比值稳定，平行实验中该比值的RSD为1.02%～1.16%，而且已知样品中NC含氮量与该比值呈现良好的线性关系，校正模型相关系数R2为0.9952，该方法能够为法庭科学检验涉案发射药中NC含氮量提供一种新的鉴定思路。     

新型高能叠氮硝胺发射药高压燃烧稳定性研究

为了研究高能发射药膛内燃烧规律,通过半溶剂法制备了一种火药力高达1240J/g的新型高能叠氮硝胺发射药(ADR),采用高压密闭爆发器和30mm高压模拟试验装置,分别研究了不同温度下ADR发射药定容高压燃烧性能和装填密度、温度以及石墨光泽处理对ADR发射药膛内高压燃烧稳定性的影响。结果表明,不同温度条件下(-40、20和50℃)ADR发射药静态及动态燃烧性能稳定性良好,燃烧过程无异常;随着温度的增加,ADR发射药点火性能提高,增加了膛内燃烧稳定性;装填密度0.48~0.64g/cm³范围内,随着装填密度的增加,ADR发射药膛内压力波强度逐渐增加,但增长幅度减小;对发射药进行石墨光泽处理,增加了ADR发射药起始缓燃效果,使不同温度下膛内压力波强度明显降低;与RGD7发射药相比,ADR发射药火药力较高,爆温较低,发射装药膛内高压燃烧稳定性相当,在高膛压环境中应用前景较好。     

TMETN在固体推进剂中的应用进展

介绍了国内外对新型硝酸酯类含能增塑剂三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)合成方法的研究,总结了TMETN在固体推进剂中的应用情况及存在的主要问题。认为TMETN作为一种新型含能增塑剂,具有优良的钝感性能和增塑性能,可在钝感推进剂中代替硝化甘油大量应用。     

改善硝胺发射药力学性能的研究

通过冲击、压缩及燃烧中止试验,借助ＳＥＭ观察冲击断裂面和中止样品表面的结构特征,比较了两种硝胺发射药ＲＧＤ７和ＲＨＤ６在不同温度下的力学性能。ＲＨＤ６的冲击强度、抗压强度及压缩率均大于ＲＧＤ７,中止样品破损率低于ＲＧＤ７,断口和中止表面状况也得以改善,证实ＲＨＤ６是一种有希望的新型发射药。     

金属粉对NC/TMETN/FOX-7低敏感改性双基推进剂燃烧性能的影响

采用燃速-靶线法研究了铝粉(Al)、镁铝合金粉(Mg-Al)和硼粉(B)以及铝粉含量、粒度等对NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂燃烧性能(燃速和压强指数)的影响;采用单幅放大彩色摄影法研究了其火焰结构。结果表明,推进剂配方中添加金属粉可提高NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速,金属粉使推进剂燃速的增大幅度由大到小依次为:Al-MgAlB;随着Al粉(粒径12.5μm)质量分数由0增至10%,NC/TMETN/FOX-7推进剂的燃速先增大后减小,当铝粉质量分数为5%时推进剂燃速最高,达到21.19mm/s;NC/TMETN/FOX-7改性双基推进剂的燃速随着铝粉粒度的增大而增大,铝粉粒径由12.5μm增至45μm时,10MPa下推进剂的燃速由21.19mm/s增至24.47mm/s,8～14MPa的压强指数降至0.20以下;NC/TMETN/FOX-7推进剂的火焰结构与NC/NG基推进剂相似,由预热区、亚表面及表面区、暗区和火焰区组成,各区之间的界限不明显。     

TEGDN含量和NC含氮量对TEGDN/NG混合酯双基推进剂力学性能的影响

采用无溶剂法制备了24种不同硝化三乙二醇(TEGDN)含量、不同NC含氮量的双基推进剂样品,并测试了其高温(50℃)、常温(20℃)和低温(-40℃)下的力学性能;讨论了TEGDN含量和NC含氮量对双基推进剂力学性能的影响。结果表明,混合酯双基推进剂的高温和常温抗拉强度随TEGDN含量增加而逐渐下降,在TEGDN质量分数较低(≤7.7%)时,随NC含氮量的升高呈降低趋势,在TEGDN质量分数较高(≥15.4%)时,随NC含氮量的升高呈先上升后下降的趋势;低温抗拉强度随TEGDN含量增加而逐渐升高,随NC含氮量的升高逐渐降低;高温、常温、低温下的断裂延伸率均随TEGDN含量增加逐渐上升,随NC含氮量的升高逐渐下降;提高TEGDN含量可以改善NC的塑化性能,但含氮量12.6%及以上的NC不易被良好塑化。     

三羟甲基乙烷三硝酸酯的合成及应用

综述了三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)的合成方法及其在发射药中的应用,指出TMETN是一种优良的新型含能增塑剂,并对其发展趋势进行了展望。     

醋酸丁酸纤维素对发射药涂覆层低温力学性能的影响

为提高发射药涂覆层在低温环境下的力学强度,选择醋酸丁酸纤维素(CAB)和TiO_2粉末作为钝感剂,分别按照不同比例与三胍-15药片(主要组分为NC和NG)混合,用醇酮溶液(乙醇与丙酮体积比为1∶1)配制成涂覆液,进而制成拉伸样品进行拉伸试验,来比较涂覆层与发射药的黏结强度,并通过三维视频观察分析涂覆位置断裂情况;采用端面局部阻燃(阻燃位置为发射药的端面,且发射药内孔保持通气状态)的方法,利用喷涂工艺制备得到涂覆发射药,并进行了密闭爆发器试验,比较分析了不同钝感剂配方涂覆的发射药在不同温度下的L-B曲线。结果表明,在-40℃时,含有TiO_2的涂覆层力学强度较差,在TiO2质量分数为35%时达到相对最大值7.871MPa;而含有CAB的涂覆层黏结强度有所提高,在CAB质量分数为35%时达到9.970MPa。采用CAB作为钝感剂的涂覆发射药在-40℃下的燃烧渐增性相比采用TiO_2时提高了9.278%。     

新型高能高强度JMZ发射药的燃烧特性

为探索混合硝酸酯增塑的聚醚聚氨酯黏合剂体系的新型发射药的燃烧性能,通过密闭爆发器常规实验和高压实验．研究分析了JMZ发射药在不同压力范围的燃烧特性。结果表明,JMZ发射药在低压下的燃速压力指数较大,具有高含量RDX硝胺发射药的共同特征,但在高压下的燃速压力指数逐渐变小,与制式发射药相当,在燃速压力指数的变化过程中不存在明显的转折现象。另外,JMZ发射药在起始阶段表现出了良好的燃烧渐增性,对身管武器的应用是十分有利的。     

泡孔结构对泡沫发射药燃烧性能的影响

通过配方调节与工艺控制得到3种不同结构的泡沫发射药,讨论了泡孔结构形成的影响因素;采用密闭爆发器实验和恒压燃速测试实验研究了不同结构泡沫发射药的燃烧性能。结果表明,控制气体生成速率、添加RDX颗粒、调节NC含氮量和发泡时间能够有效控制泡沫发射药的泡孔结构;皮芯结构泡沫发射药具有渐增燃烧特性,发泡区的动态活度可达不发泡皮层的2.4倍以上;独立泡孔结构的泡沫发射药在100MPa下燃速可达未发泡样品的30倍;非独立孔隙结构的泡沫发射药不同方向上的燃速差异显著,密度为1.37g/cm~3的样品100MPa下轴向燃速最高可达3.860m/s。     

JMZ发射药及其组分的热分解性能

用TG和DTA对含环氧乙烷/四氢呋哺共聚醚(PET)黏结剂的发射药(JMZ发射药)及其相关组分的热分解性能进行了研究.通过Kissinger法计算了一些不同配方热分解反应的活化能.对热分解过程及其影响因素进行了分析.结果表明,该类发射药的DTA曲线呈现两个放热峰.体系中加入了NC后,随着NC含量的增加,其活化能升高.该类发射药的热分解过程主要分为两个阶段:第一阶段为混合硝酸酯和NC的挥发和分解;第二阶段为硝胺的分解以及PET的降解.加入NC后,发射药体系的热稳定性增加.     

梯度硝基发射药吸湿性研究

梯度硝基发射药作为一种新型能量释放渐增性发射药,其表面的硝酸酯基被还原为羟基。由于梯度硝基发射药表面羟基含量增加,在长期贮存过程中,环境湿度会对梯度硝基发射药燃烧性能产生影响。为了研究梯度硝基发射药的吸湿性,针对单孔药、七孔药和球扁药三种不同药型的梯度硝基发射药,采用平衡干燥器法研究了不同脱硝工艺梯度硝基发射药的吸湿性,探索了吸湿性对三种不同药型梯度硝基发射药燃烧性能的影响。结果表明,随着脱硝试剂浓度和反应温度的增大,梯度硝基单孔药的吸湿率增加。在环境湿度为90.26%,梯度硝基单孔药、梯度硝基七孔药和梯度硝基球扁药的吸湿率分别为2.52%、2.71%和1.56%。吸湿前后三种梯度硝基发射药燃烧性能测试表明,吸湿后三种梯度硝基发射药的最大燃烧压力较吸湿前均有所降低,但吸湿后的梯度硝基发射药仍然具有能量释放的高渐增性。     

KH550改善硝基胍发射药低温力学性能研究

为了改善硝基胍发射药的低温力学性能和燃烧稳定性,使用硅烷偶联剂(KH550)对硝基胍进行表面包覆处理,制备了KH550改性后的硝基胍发射药。采用扫描电镜、红外光谱仪、差示扫描量热仪研究了硝基胍被KH550包覆后的物理化学性质。采用简支梁抗冲击试验机、万能材料试验机及密闭爆发器试验测试了改性前后硝基胍发射药的常温与低温力学性能及燃烧性能。结果表明,KH550可以通过化学作用包覆在硝基胍表面,且在发射药的黏结体系中未出现团聚现象;包覆后的硝基胍热分解性能稳定,KH550的加入对硝基胍发射药的热分解性能影响不大;与原硝基胍发射药相比,改性硝基胍发射药在低温(-40℃)环境下的抗冲击强度、抗压缩强度和抗拉伸强度分别提高了34.22%、3.71%和11.5%。且改性硝基胍发射药低温(-40℃)的燃烧相对陡度降低,燃烧更加稳定。