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。     

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。     

CL-20/DMMD共晶炸药的制备与表征

通过溶液共晶法制备得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与二硝基二氮杂戊烷(DMMD)的共晶炸药CL-20/DMMD.采用X射线单晶衍射(SCXRD)、扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(PXRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、差式扫描量热法(DSC)对其进行测试及表征.结果表明该晶体为单斜晶系,P21/c空间群,分子间以氢键为主要作用力并形成层状结构.PXRD表明CL-20与DMMD之间有新的晶相生成,FT-IR表明CL-20/DMMD部分衍射峰发生偏移的原因是产生了氢键作用.DSC显示CL-20/DMMD共晶熔点为180.8℃,比CL-20和DMMD的熔点分别提高了21.5℃和120.9℃;其主要热分解峰为240.1℃,比CL-20增加了3.5℃.根据Rothstein和Petersen理论预测爆速和爆压分别是9255 m·s-1和41.08 GPa,较CL-20的爆速9386 m·s-1,爆压45.09 GPa均略微下降,较DMMD的爆速7287 m·s-1,爆压21.79 GPa、奥克托今(HMX)的爆速9048 m·s-1,爆压40.55 GPa、黑索今(RDX)的爆速8945 m·s-1,爆压37.28 GPa、梯恩梯(TNT)的爆速7042 m·s-1,爆压21.44 GPa有所提高.     

基于Pickering乳液构建球扁形核壳CL-20/TNT共晶@Al复合物

六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和纳米Al粉可以提升推进剂或炸药配方的能量,但是纯CL-20或其与一定量Al粉的复合物均具有较高的感度,因此获得低感度的CL-20与Al粉均匀复合物有着重要的意义。以全氟羧酸修饰的纳米Al粉为表面活性剂,CL-20和TNT的乙酸乙酯溶液为油相制备Pickering乳液,研究了纳米Al粉用量和静置时间对乳液稳定性的影响规律,成功制备出球扁形核壳CL-20/TNT共晶@Al复合物,对其形貌、晶型、热分解和安全等性能进行了表征。结果表明,Al粉含量为1%、10%和20%时可以获得稳定的乳液;静置时间少于100 min时,可以获得稳定的乳液;X射线粉末衍射(XRD)结果表明,两种炸药形成了CL-20/TNT共晶;扫描电镜(SEM)结果显示,所形成的球扁形共晶尺寸约为20～40μm,纳米Al粉均匀包覆在共晶表面;复合物的特性落高H₅₀为35 cm,摩擦感度爆炸概率为30%,安全性能高于纯CL-20。采用的制备方法中未添加非含能组份,理论上没有降低CL-20/TNT共晶@Al复合物的能量,有望为含CL-20、Al的高能推进剂和炸药的设计和制备...     

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。     

全氟磺酸MCM-41分子筛催化合成CL-20

为解决N_2O_5/HNO_3硝化四乙酰基六氮杂异伍兹烷(TAIW)合成六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)收率低以及催化剂难回收的问题,将全氟(1-甲基-乙烷)磺酸接枝到纯硅MCM-41介孔分子筛上,制备全氟磺酸MCM-41分子筛催化剂(SA-MCM-41),并用于N_2O_5/HNO_3硝化TAIW合成CL-20的反应。结果表明,负载了全氟磺酸的MCM-41仍具有MCM-41的典型晶体结构,平均孔径3.13nm,比表面积887.25m~2·g~(-1)。当催化剂用量0.5g,反应温度65~75℃,时间5h时,CL-20收率93.9%,纯度98.4%。该催化剂稳定性好,易与体系分离,重复使用5次,催化性能无明显降低。     

GAP/CL-20基混合炸药药浆的流变性

采用粘度测试技术研究了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基混合炸药药浆的流变特性、挤注工艺温度和固化过程中温度与粘度的关系。用X射线衍射仪测试工艺温度对其混合炸药中CL-20的晶型的影响。结果表明,混合炸药药浆为假塑性流体,80℃为最佳挤注工艺温度,固化后混合炸药中的CL-20仍为ε晶型。根据药浆的化学反应流变特性,在恒温条件下采用双阿伦尼乌斯方程建立的粘度模型为ηt=447.5329exp(25.20883/T)exp[0.02922exp(7.18748/T)t]。在20,40,60,80℃时,该模型的理论预测粘度与实验结果吻和良好。     

CL-20分子印迹聚合物微球的制备及吸附性能

利用分子印迹技术,在模板分子六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、功能单体丙烯酰胺(AM)、交联剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TRIM)的摩尔比为1∶7∶20,反应温度为60℃的条件下,采用沉淀聚合法制备了粒径约为1μm的CL-20分子印迹聚合物微球(CL-20-MIP)。用UV光谱,SEM对其进行了性能测试,研究了CL-20-MIP的吸附和识别性能。结果表明,CL-20与AM之间存在相互作用,所得产物为规则的球形。在1 mmol·L-1的CL-20/乙醇溶液中,CL-20-MIP和非印迹聚合物(NMIP)对CL-20的平衡吸附量分别为14.02 mg·g-1和6.77 mg·g-1;吸附过程由伪二级动力学模型和Freundlich方程描述。选择性吸附实验表明,CL-20-MIP对CL-20具有特异性吸附,对竞争吸附物RDX,TNT的吸附量分别为6.98 mg·g-1和8.46 mg·g-1。     

含CL-20的BAMO/THF固体推进剂能量特性及低特征信号

在BAMO/THF推进剂基础配方中添加高能氧化剂六硝基六氨杂异伍兹烷,同时降低铝粉和高氯酸铵含量,以降低特征信号。对具体配方的能量水平进行了理论计算,研究高氯酸铵、铝粉和催化剂含量对含CL-20的BAMO/THF推进剂能量特性的影响。计算结果表明,随着高氯酸铵、铝粉含量的降低和CL-20的增加,推进剂的比冲增加,体系的特征信号降低。     

一种CL-20基压装混合炸药JWL状态方程参数研究

对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基压装混合炸药爆轰产物JWL状态方程参数进行了研究。采用直径25mm标准圆筒试验研究了CL-20基压装炸药(C-1,CL-20/钝感粘结剂(质量比)=94.5/5.5)的驱动做功能力,获得了圆筒壁膨胀速度、位移与时间的关系;应用考虑与爆轰参数封闭的炸药JWL状态方程参数数据处理方法得到该炸药的JWL状态方程参数,应用参数进行圆筒模型数值模拟,与试验结果对比,发现速度误差低于2%,位移误差低于1%;对比了本研究参数与国外类似炸药参数在做功能力上的差异,结果表明,LX-19和PBXC-19的格尼速度比C-1炸药分别高2.02%和2.20%。     

CL-20/DNAN混合体系分子间作用的MD研究

为了获得能量和感度匹配性更好的混合炸药,构建了CL-20(0 1 1)面和DNAN在不同质量比下的结构模型,采用分子动力学方法对其结合能、RDF、力学性能等进行模拟研究。结果表明:当CL-20/DNAN混合体系质量比为20:80时,结合能最大为1 041.936kJ/mol,两者的相容性最好;CL-20和DNAN分子间作用主要是强氢键作用;CL-20/DNAN的质量比为70:30时,力学性能最好,此时混合炸药的实测爆速为8 183m/s。     

DNAN/HMX熔铸炸药的流变特性

为了探索奥克托今(HMX)固含量、体系温度、HMX粒度、HMX颗粒级配及功能助剂等对2,4‐二硝基苯甲醚(DNAN)/HMX悬浮液流变性的影响规律,采用数字粘度仪,研究了不同物料状态下DNAN/HMX悬浮体系的表观粘度。结果表明:当HMX固含量为3%时,悬浮液呈现牛顿流体特性;HMX固含量为12%~30%时,该悬浮液表观粘度可用Ostwald‐de Waele模型进行描述,非牛顿指数n值从0.842降低到0.374。95~116℃时,温度对表观粘度的影响可以用Arrhenius方程描述,活化能Ea从25.97 k J?mol~(-1)增加到30.17 k J?mol~(-1)。表观粘度随着粒度的增大而降低,当粒度为999.5μm与粒度为132.6μm的颗粒级配比为2∶1时,表观粘度达到最小值,且固含量可达80%。功能助剂N‐甲基‐4‐硝基苯胺(MNA)、三‐(β氯乙基)磷酸酯(CEF)降低了悬浮液的表观粘度,而脱水山梨醇单硬脂酸酯聚氧乙烯醚(吐温60)、微晶蜡‐80(MV80)、乙酸丁酸纤维素(CAB)、热塑性聚氨酯‐5702(TPU5702)提高了悬浮液的表观粘度。     

RDX在2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)低共熔体系中的溶解度

采用液相色谱法,在87～95.3℃温度范围内,测定了RDX在2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)与N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)低共熔体系中的溶解度。优化了色谱分离条件:流动相甲醇/水=6/4(V/V),流速为1.0 mL.min-1;检测波长254 nm,进样量5.0μL。实验考察了不同粒径的RDX、平衡时间以及温度对溶解度的影响,在低共熔物体系DNAN/MNA中,建立了RDX溶解度-温度关系曲线。结果表明,RDX在共熔体系中溶解度范围为9.39～10.28 g,并随着体系温度的升高而增大。     

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。     

CL-20/TNT共晶炸药的制备与理论性能

共晶,作为一种新的改性技术,是将两种或两种以上不同种类的分子通过分子间非共价键(氢键、离子键、范德华力和π—π键等)作用,微观结合在同一晶格中,形成具有特定结构和性能的多组分分子晶体。目前,共晶技术已广泛应用于药物方面,并开发出一系列新型共晶药物,有效改善了药物的溶解性,提高了药物的稳定性和生物利用度。但共晶技术在含能材料领域的应用国内外尚处于空白。基于共晶     

DNAN炸药烤燃特征

熔铸炸药在烤燃过程中会发生炸药熔化,影响炸药热反应过程。本文采用烤燃弹法,对熔铸载体炸药2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)进行了烤燃实验,测量了炸药中心温度变化,分析了炸药熔化和反应情况。建立了熔铸炸药热反应计算模型。采用焓-孔隙率方法,计算分析了炸药熔化过程。考虑了炸药自热反应、热传导、熔化后的对流传热和空气的辐射传热。对炸药烤燃实验进行了数值模拟计算。通过与实验结果的比较,验证了计算的正确性。确定了DNAN炸药的活化能和指前因子分别为172 kJ·mol~(-1)和1.20×1011s~(-1)。计算分析了3.3 K·h~(-1)、0.3 K·min~(-1)、1.0 K·min~(-1)、3.0 K·min~(-1)、10 K·min~(-1)和60 K·min~(-1)六种不同加热速率下DNAN炸药的烤燃特征。在慢速烤燃下炸药完全熔化后才点火,而相对快速烤燃下炸药边缘点火,这时炸药内部还未完全熔化。得到了点火时刻的温度分布和液相分数分布。结果表明,在熔铸炸药烤燃中,加热速率对炸药点火前的状态影响很大,从而会影响炸药反应的激烈程度。     

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。     

粒度级配对CL-20基浇注传爆药流变性能的影响

以不同粒度的CL-20（140μm、20μm和2μm）为高能固体填料,HTPB为粘结剂,采用捏合工艺制备了具有不同粒度级配的传爆药药浆。采用博勒飞旋转流变仪对传爆药药浆的流变性能进行了测试和对比。结果表明：药浆粘度随粗颗粒含量的增加先减小后增大,当粗细颗粒质量比为2∶1时达到最小;在此比例下,药浆的粘流活化能也较小,综合流变因子最大。此外,粒度级配中粗细颗粒的粒径变化对药浆的粘度也都有明显影响,其中粗颗粒粒径变化对药浆粘度的影响更大。     

不同聚合物添加剂对梯黑熔铸炸药力学性能的影响

主要探讨了以硫化丁腈橡胶（VP401）、端羟基聚丁二烯聚氨酯、聚四氟乙烯微粉（PAX-5）等不同聚合物作为改性添加剂对熔铸炸药拉伸、压缩性能的影响,并从聚合物与TNT和RDX的相互作用方面探讨了不同聚合物对熔铸炸药力学性能的影响机理。研究结果表明：不同聚合物对梯黑熔铸炸药力学性能影响有明显差异,硫化丁腈橡胶可提高梯黑熔铸炸药34.83%的拉伸强度和14.77%压缩强度;以端羟基聚丁二烯为软段的聚氨酯则未能有效增大炸药件的拉伸强度和压缩强度,但提高了拉伸延伸率达53.33%;以聚四氟乙烯使梯黑熔铸炸药的拉伸强度下降了53.93%,延伸率则下降了23.33%,压缩强度下降了53.52%。