特别策划:高品质HMX与RDX专栏

高品质HMX与RDX的制备及相关研究,为研制新型低感（钝感）高能炸药、弹药、推进剂提供了一条有效的技术途径。为促进高品质HMX与RDX的研究,本刊于2010年10月第五期特别推出专栏——高品质HMX与RDX。敬请关注,欢迎赐稿。     

物性对含能材料撞击起爆感度的影响

为了研究物性对含能材料撞击起爆感度的影响,利用WL-1型落锤仪对含能材料AP、HMX、RDX进行撞击感度测试,采用扫描电镜（ SEM）对落锤撞击前后的样品细观形貌进行观测。结果表明：AP塑性强,HMX、RDX脆性强,同等条件下,AP比HMX、RDX容易爆发;AP的撞击感度随着粒度的增大而减小,HMX、RDX的撞击感度随着粒度的增大而增大。可见,选取大粒度AP,小粒度HMX、RDX可有效降低撞击感度。     

RDX/HMX炸药晶体内部缺陷表征与冲击波感度研究

采用折光匹配显微观察(OMS)和原子力显微镜(AFM)表征、X射线小角散射(SAXS)、表观密度浮沉法(SFM)、微聚焦CT扫描等方法,研究了不同结晶品质RDX、HMX晶体缺陷。OMS观察结果表明,普通RDX/HMX较降感RDX/降感HMX(RS-RDX/RS-HMX)晶体含有更多的表面裂纹与内部孔洞;X射线小角散射与高精度CT扫描统计测试结果表明,RS-RDX/RS-HMX晶体内部也含有一定数量较小尺寸的缺陷,但较普通RDX/HMX晶体内部含较大尺寸缺陷数量少。冲击波感度实验结果表明,炸药晶体缺陷数量、尺寸对PBX冲击波感度有较大影响。     

高品质炸药晶体研究

高品质炸药晶体(Reduced sensitivity explosive crystals—RS-explosive crystals)的出现为钝感弹药的研究与应用开辟了一条重要途径,高品质炸药晶体因而也成为目前国内外含能材料研究领域的热点之一。《含能材料》编辑部于本期策划了"高品质HMX与RDX"专栏,邀请了国内部分活跃在高品质炸药晶体的制备、表征等领域的中青年学者撰写了相关研究论文,并配发了专栏特邀编委聂福德研究员的述评——高品质炸药晶体研究。我们希望本专栏能为我国高品质炸药晶体的研究和应用起到积极的促进作用。     

集成器件化纳微结构炸药片制备及性能研究

为满足微型爆炸元件中含能材料集成化的需求,以RDX、HMX 为研究对象,采用溶剂/非溶剂重结晶和软模板方法相结合,得到片状的RDX 和HMX 晶形。用扫描电镜(SEM) 分别观察其表面形貌,发现RDX 片有两种结构:六边形RDX 片晶厚度约3 μm,长在20 ~50 μm 范围内;四边形RDX 厚度约1 μm,长在10 ~50 μm 范围内;HMX 片晶为长方形,厚度小于1 μm,长在3 ~10 μm 范围内。对3 种含能片进行撞击感度和热分解性能测试,结果表明:片状含能材料的撞击感度比类球形含能材料高,但分解放热峰值基本不变化。     

RDX 的绿色结晶

通过对 RDX 重结晶工艺进行分析,以环己酮为溶剂,采用冷却结晶法进行了 RDX 绿色结晶研究.实验表明通过绿色结晶技术得到的高品质 RDX 晶体表面光滑、晶体透明,晶体密度达到1.810g/cm3,其撞击感度为48%,摩擦感度为64%,堆积密度达到1.28 g/cm3.研究结果说明通过冷却结晶可以得到高品质 RDX,并且实现溶剂零排放,达到 RDX 绿色结晶目的.     

四硝基并哌嗪的研究进展及在推进剂中的应用前景

综述了国内外近年来合成四硝基并哌嗪(TNAD)取得的进展, 以及几种成熟的合成TNAD的方法; 通过与RDX、 HMX、 DNP等其它硝胺类含能化合物的结构和性能对比分析, 发现TNAD在很多方面性能优于RDX和HMX, 尤其是它感度低而能量与它们相当, 这使得TNAD在推进剂中将具有广阔的应用前景.将TNAD分别代替HMX和RDX用于改性双基推进剂中, 进行能量的理论计算, 发现它能在不明显降低比冲的条件下有效地降低了燃烧温度, 是一种很好的能量添加剂.     

I-RDX及其PBX老化研究进展

总结了降感黑索今(I-RDX)及其高聚物黏结炸药(PBX)老化研究成果,从RDX晶体特性及其评价方法、I-RDX及其PBX老化前后的晶体特性、冲击波感度特性方面进行了综述,认为I-RDX晶体中不含奥克托今(HMX)或含有微量HMX、或机械混入少量HMX时,材料老化后的冲击波感度特性没有明显变化,最后对I-RDX晶体中HMX的影响机理进行了讨论。     

HATO晶体形貌、体膨胀系数和力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对比研究了5,5′-联四唑-1, 1′-二氧二羟铵(HATO)、黑索今(RDX)和奥克托今(HMX)的晶体形貌、体膨胀系数和力学性能。结果表明:HATO晶体形状近似短圆柱体,由4个晶面围合组成;HATO的体膨胀系数与RDX和HMX相比较大,其值随温度的升高而降低;HATO的弹性系数、拉伸模量(E)和体模量(K)小于HMX而大于RDX,其韧性与RDX和HMX相比更强。     

五氧化二氮的电解合成——降低HMX成本的关键

环硝胺RDX和HMX,这两种晶体炸药早在40年代就显露头角,现在在所有高能弹药和火箭推进剂中已成为关键的配料。例如三叉戟导弹和MX导弹使用的就是HMX炸药。与RDX相比,HMX具有明显的优点,不但热安定性好,而且密度较高,因而单位体积释放的能量更大。然而美中不足的是HMX比RDX难生产,因此也就贵得多。RDX每公斤约7美元,而HMX     

微纳米含能材料静电积累特性与危险性分析

为了分析微纳米含能材料的静电危险性,采用标准筛替代斜槽进行了摩擦起电静电积累实验。利用法拉第筒测试了黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)经不同孔径标准筛过筛后的的静电积累,分析了其静电危险性。研究了在50目标准筛孔径下炸药粉体质量、粒度对静电积累量的影响,比较了不同标准筛孔径下纳米RDX的静电积累量。结果表明试样量越大,积累的静电电荷量越大;筛孔径与纳米RDX和HMX的静电积累量近似满足线性关系,孔径越小,静电积累量越大;纳米RDX(粒径80 nm)和纳米HMX经50目标准筛(孔径为0.355 mm)过筛后的平均质量电荷密度分别为-21.1μC·kg-1和-8.1μC·kg-1,纳米级RDX、HMX质量电荷密度约为工业级的3.6倍,存在非常大的静电危险性;RDX在工业级、纳米级状态下的质量电荷密度均约为同状态下HMX的2.6倍。     

RDX和HMX晶体力学性能的分子动力学模拟及其撞击加载响应

用分子动力学模拟方法研究了RDX和HMX晶体的力学性能。用撞击加载实验、激光粒度仪和扫描电子显微镜分析了两种晶体的破碎特性。结果表明: HMX晶体的弹性系数和模量计算值大于RDX晶体, RDX晶体的延展性好于HMX晶体。在相同撞击加载条件下,RDX和HMX晶体均发生塑性形变和脆性断裂,但前者以塑性形变为主,而后者以脆性断裂为主,且破碎程度更加显著。评价不同炸药晶体力学性能间差异性的分子动力学模拟方法具有较高的准确度和有效性。     

高格尼能钝感浇注PBX设计及性能

通过系列浇注高聚物粘结炸药(PBX)的爆轰性能,拟合得到爆速与HMX含量的线性关系,研究了HMX颗粒特性及钝感剂含量对混合炸药机械感度的影响。结果表明,采用高品质HMX和3%的钝感剂时,混合炸药的安全性最好。在此基础上设计制备了一种组成及性能与B2273A(HMX/丁羟粘结剂90/10)接近的HMX基高固相浇注PBX炸药GO-1(HMX/丁羟粘结剂90/10)。其摩擦感度和撞击感度分别为5%和0,冲击波感度I50为17.7 mm,爆速为8587 m·s-1,格尼系数为2.80,爆轰性能、金属加速能力和安全性能优良,该炸药在枪击试验、烤燃试验中均为燃烧的低反应等级。     

降感HMX性能表征（英）

采用多种表征方法研究高品质HMX的晶体特性,热性能及感度性能。     

糖颗粒对HMX和RDX两种单质炸药非冲击点火的影响

为了研究惰性糖颗粒对奥克托今(HMX)和黑索今(RDX)两种单质炸药非冲击点火机理的影响,利用配备了光学观测系统的落锤撞击装置,捕获了含惰性糖颗粒的HMX和RDX经历的破碎、熔化、溅射、点火和燃烧过程。结果表明,在含糖HMX颗粒炸药和含糖RDX粉末炸药中,点火易发生在糖颗粒的周围,燃烧会沿着糖颗粒周围向外部传播;燃烧反应前两者均发生剧烈的溅射现象;含糖HMX颗粒在固相中发生点火;在含糖RDX粉末炸药中,靠近糖颗粒周围的炸药先进入熔融状态,随后熔融区域逐渐扩展,点火点易出现在糖颗粒边缘处的RDX熔融液相中。对比了在HMX/RDX单质炸药中分别加入一个和三个糖颗粒情况下的点火频率,结果表明,三个糖颗粒的情况更容易引起炸药点火;三个糖颗粒由于破碎后产生较多的碎片,其与HMX或RDX单质炸药具有较强的相互作用,可能会在多个位置形成热点,其导致的燃烧反应会比单个糖颗粒的情况更为剧烈。采用上下极限法分析得到,糖颗粒的加入对HMX颗粒炸药的点火具有抑制作用,对于RDX粉末炸药的点火具有促进作用。     

TATB、石蜡、石墨钝感作用的讨论

研究TATB、石蜡、石墨在落锤撞击试验条件下的变化及试样的撞击加速度-时间曲线,探讨了这些钝感剂对HMX、RDX等炸药的钝感机理及产生不同钝感效果的原因。对一些高聚物粘结炸药落锤试验、苏珊试验的结果进行了分析讨论。     

含钝感炸药的塑性炸药配方感度研究（英）

采用低感、钝感炸药NTO、NGU作为添加剂，获得了以RDX、HMX为基的低感高能炸药配方，研究了NTO、NUG对其撞击和摩擦感度的影响。实验表明NTO可降低撞击和摩擦感度，并对其他性能产生不大影响。这说明低感或钝感炸药的加人是降低塑性炸药感度的有效方法。     

超声辅助喷雾法制备超细高品质HMX及其晶型控制

为制备超细高品质奥克托今(HMX)并研究其晶型,采用超声辅助喷雾重结晶细化法制备了超细HMX,研究了雾化率、溶剂与非溶剂的种类、温度等对HMX的晶体形貌及晶型的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对HMX的晶体形貌、粒径和晶型进行了表征。采用差示扫描量热仪(DSC)测试了HMX的热分解性能。用撞击感度仪测试了原料HMX和超细HMX的撞击感度。结果表明,采用超声辅助喷雾重结晶细化法制备的超细HMX受雾化率、溶剂与非溶剂的种类、温度等影响较大。超声频率为40 k Hz,搅拌转速为400 r·min~(-1),雾化率为20 m L·min~(-1),丙酮为溶剂,无水乙醇为非溶剂,温度为30℃制备出的HMX晶体形貌最佳,晶型为β型,与原料HMX相比,超细HMX的热分解表观活化能升高17.94 k J·mol~(-1),撞击感度特性落高升高29.6 cm。     

4-氨基-3，7-二硝基-1，2，4-三唑并［5，1-c］ 1，2，4-三嗪（TTX）合成机理与性能

为研究4-氨基-唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪化合物的合成机理与性能,以TTX为例,采用密度泛函理论(DFT)研究了1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪类稠环可能的环化机理,研究了体系pH值对环化过程的影响;采用差示扫描量热法研究了TTX的热性能、热分解动力学,并采用BAM撞击感度测试仪测试了TTX的撞击感度.结果表明:5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑(ANTA)的重氮盐与硝基乙腈钠盐偶合中间体的类吡咯氮原子对氰基亲核加成,然后通过芳构化重排得到1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪;TTX的热分解峰温为281.8℃,表观活化能为356.7 kJ·mol-1,高于TATB;撞击感度为60 J,低于RDX.同时研究了TTX与HMX、RDX、Al粉、硝化棉(NC)的相容性,结果表明TTX与Al相容,与HMX有一定相互作用,轻微敏感;RDX、NC会明显促进TTX热分解,混合体系较为敏感,应避免混合使用.     

RDX热分解特性及HMX对其热稳定性的影响

利用微热量热实验研究了黑索今(RDX)的热分解特性及奥克托今(HMX)对其热稳定性的影响,运用AKTS分析软件对热分解曲线进行解耦分峰,得到了不受熔融相变影响的热分解曲线和参数,采用Kissinger、Friedman和Ozawa法计算了其热分解活化能。结果表明:RDX是熔融分解型物质,解耦后的RDX熔融峰温为201.07～208.05℃,分解峰温为207.99～232.76℃,活化能为167.70 kJ·mol~(-1),通过Friedman法和Ozawa法计算的活化能变化趋势相同,并得到AKTS软件验证。不同RDX/HMX比例(9/1,8/2,7/3,6/4,5/5)的样品与单质RDX相比,混合样品中RDX的熔融峰温平均降低了8.63,8.32,9.70,8.57,6.50℃,其分解峰温平均改变了1.14,2.01,2.58,3.53,3.47℃;混合样品中RDX活化能为162.32,151.40,149.78,141.14,132.93 kJ·mol~(-1),表明随着HMX比例的增加,RDX活化能降低。