TATB基PBX界面热阻研究及导热系数预测

为研究TATB基高聚物粘接炸药(PBX)中炸药晶体与粘结剂之间的界面热阻,采用在TATB单质药片上涂覆氟橡胶层的方法,制备了TATB基PBX单层界面样品,并通过纳米压痕法获得了界面样品氟橡胶层及界面层厚度,利用激光热导仪测得TATB/氟橡胶界面层在293,303,313,323,333 K下的导热系数分别为6.18×10~(-3),6.53×10~(-3),9.87×10~(-3),2.16×10~(-2),7.72×10~(-3)W·m~(-1)·K~(-1)。基于界面导热系数与热阻的关系,建立含界面热阻的PBX导热系数预测模型,获得了某型PBX导热系数理论值,理论计算结果与实测值吻合性较好。     

孔隙对TATB基高聚物粘结炸药有效弹性模量的影响

采用代表体积单元(RVE)建模方法,建立了与实际TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构近似的有限元计算模型,该模型可以生成炸药颗粒和孔隙随机分布、填充率和孔隙率任意调整的二维RVE。并采用该模型研究了孔隙大小、空间分布和孔隙率对TATB基PBX有效弹性模量的影响。结果表明:粘结剂内孔隙使得TATB基PBX在外载荷作用下易于变形,TATB基PBX的有效弹性模量显著减小,随着孔隙率增加,有效弹性模量呈指数减小;孔隙的空间分布对TATB基PBX有效弹性模量影响较大,当孔隙分布在粘结剂与炸药晶体之间界面时,容易造成粘结界面破裂而导致有效弹性模量显著下降,下降幅度超过50%;但孔隙的大小对TATB基PBX有效弹性模量影响不大。     

F2311含量对TATB基PBX蠕变性能的影响

以TATB基高聚物粘结炸药(PBX)为原配方,制备了含氟弹性体(F2311)含量分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.4%的4种改性配方,采用动态力学分析仪研究了F2311对PBX的三点弯曲蠕变性能影响。结果发现,加入0.4%的F2311使TATB基PBX的抗蠕变性能下降,减少F2311含量有利于提高其抗蠕变性能。含0.05%F2311的改性配方PBX在60℃/6 MPa下的蠕变应变略低于原配方。研究同时采用六元件模型对TATB基PBX及其改性配方的蠕变行为进行模拟。得到了蠕变曲线的本构方程,理论预测模型和试验数据吻合良好。根据时温等效原理,获得了TATB基PBX及其改性配方在参考温度30℃下的蠕变柔量主曲线,结果表明含0.05%F2311的TATB基PBX改性配方的长期抗蠕变性能优于原配方PBX。     

热老化对TATB基高聚物粘结炸药力学性能的影响

对某TATB基高聚粘结炸药(PBX)进行了55～75℃加速老化试验,并对老化前后的样品进行了不同温度下压缩性能、拉伸性能和弯曲蠕变实验,用扫描电子显微镜对老化前后炸药高温拉伸断口形貌进行了观察。结果表明:长期高温贮存后,TATB基高聚物粘结炸药晶体与粘合剂仍具有良好的粘合界面,其模量、破坏强度、破坏应变和稳态蠕变速率等力学性能指标均未发生明显的变化。     

高聚物粘结炸药冲击起爆统计热点反应速率模型

为深入探索非均质固体炸药冲击起爆热点机制,重点关注炸药孔洞尺寸分布及热点点火临界条件,建立高聚物粘结炸药(PBX)冲击起爆统计热点反应速率模型,描述热点形成、形核或消亡、点火后燃烧反应演化直至快速转为爆轰的全过程。奥克托今（HMX）基PBX9501和三氨基三硝基甲苯（TATB）基LX-17炸药冲击起爆过程的数值模拟结果显示,反应流场中波到达时间的计算值与实验值偏差小于3.7%,初步验证了统计热点反应速率模型的合理性,且相比文献［21-24］的统计模型适应性更强。研究结果表明：孔洞尺寸分布对非均质固体炸药冲击起爆感度影响显著;HMX基PBX炸药冲击起爆爆轰成长过程呈加速反应特性,而TATB基PBX炸药表现为稳定反应特性,进一步提高了对HMX/TATB混合基钝感高能炸药冲击起爆机理的认识。     

苯乙烯共聚物改性TATB基PBX的抗热冲击性能

为改善TATB基高聚物粘结炸药(PBX)的抗热冲击性能,采用苯乙烯共聚物对TATB基PBX进行改性。分析了TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的拉伸力学性能及热物理性能,并对改性前后配方的抗热冲击性能进行了比较。采用Agari串联模型对TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的导热行为进行了模拟。结果表明,加入高玻璃化转变温度和高力学强度的苯乙烯共聚物可以明显提高TATB基PBX的拉伸强度和弹性模量,同时降低线膨胀系数和导热系数。理论预测模型和试验数据吻合良好。添加质量分数为1%的苯乙烯共聚物后,常温下TATB基PBX的抗热应力因子由10.72 W·m~(-1)提高到13.16 W·m~(-1)。随着温度升高,TATB基PBX的抗热冲击性能逐渐下降。在玻璃化温度范围转变范围(323~343 K),TATB基PBX的抗热应力因子显著降低。加入苯乙烯共聚物可以抑制323~343 K温度范围内TATB基PBX的抗热应力因子的下降程度。     

TATB基PBX配方研究及性能测试

为了提高TATB基PBX的感度,通过喷射细化法对TATB进行细化,采用水悬浮法对原料TATB和纳米TATB进行包覆,制得了两种TATB基PBX样品,并对两种TATB基PBX样品进行形貌表征、热性能及机械感度测试。结果表明:细化得到的TATB粒径在60nm左右;纳米TATB的包覆效果较原料TATB更好;PBX中的纳米TATB的活化能较原料TATB降低了10.87k J/mol,表明纳米TATB的加入使得PBX整体热稳定性降低;原料TATB基PBX特性落高为101cm而纳米TATB基PBX的特性落高为89cm,表明纳米TATB的加入使PBX撞击感度有所提高,使其更容易起爆。     

飞片冲击起爆高能钝感高聚物粘结炸药的实验研究

为了对比奥克托今（HMX）基和三氨基三硝基苯（TATB）基高聚物粘结（PBX）炸药冲击起爆爆轰建立过程的差异,研究高能钝感炸药的爆轰成长特性,采用火炮驱动铝飞片实现平面冲击加载,建立一维拉格朗日锰铜压阻实验测试系统,得到高能PBXC03(以HMX为主)和高能钝感PBXC10(以TATB为主)炸药冲击起爆爆轰成长过程的不同拉格朗日位置处压力变化历史和前导冲击波时程曲线。结果表明：高能钝感PBXC10炸药的爆轰建立过程与高能PBXC03炸药明显不同,HMX基和TATB基PBX炸药冲击起爆和爆轰成长的物理机制存在较大差异。基于所得数据可标定高能钝感PBX炸药的反应速率方程。     

温度对RDX基PBX压制成型内部质量的影响

针对黑索今(RDX)基高聚物黏结炸药(PBX)压装成型易出现裂纹损伤的问题,利用X射线、超声和密度检测等手段研究了压制温度、降温速率和升温速率对Φ60mm×60mm RDX基PBX药柱裂纹影响。结果表明:在药柱压制过程中增加保温,控制药柱冷却温度不低于45℃,降温速率和升温速率不超过5℃·h-1,可以有效地减少或消除药柱内部裂纹;提高压制温度,有利于提高药柱加工性能,改善炸药质量。     

TATB基PBX炸药冲击波感度数值模拟研究

为研究TATB基PBX炸药的冲击波感度,采用显式动力学有限元程序——AUTODYN软件对某TATB基PBX炸药在冲击波作用下的临界起爆特性进行数值模拟。通过小隔板试验和冲击波在有机玻璃隔板中衰减模型的理论计算验证了数值模拟的可靠性,数值模拟中,通过3D模型的计算可以直观地看到在爆炸过程中冲击波传播的运动轨迹,模拟计算出某TATB基PBX炸药临界隔板值在5.5～5.7mm之间,临界起爆压力在3.19～3.44GPa之间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

两种TA TB的热膨胀研究

为了优化三氨基三硝基苯（TATB）为基的混合炸药配方,研究了碳酸铵法所得细颗粒TATB（F-TATB）和氨气法所得粗颗粒TATB（L-TATB）在热循环作用下产生的膨胀。对比测试了F-TATB和L-TATB的物化性能,采用室温→－40℃→75℃→室温的高、低温度热循环试验方法,获得了两种TATB压制药柱（30 mm ×5 mm）经过热循环试验后的膨胀参数,结果表明：热循环作用下两种TATB均产生了不可逆尺寸长大且随着循环次数增加药柱尺寸趋向恒定,首次热循环试验后L-TATB的膨胀率大于F-TATB;试验还发现L-TATB的总膨胀率小于F-TATB,这表明L-TATB较F-TATB更快趋于尺寸稳定。     

X射线粉末衍射测定炸药晶体的线膨胀系数和理论密度

炸药晶体的线膨胀系数和理论密度是影响其使用性能的重要参数,X射线粉末衍射是测定炸药线膨胀系数和理论密度的重要手段。本文介绍了X射线粉末衍射测定炸药线膨胀系数和理论密度的方法和原理,结合密度梯度管法得到的RDX、HMX两种炸药晶体的实测结果说明了该方法的可靠性和准确性,并提出应加强X射线衍射在炸药晶体研究中的应用。     

纳米TATB炸药贮存老化机理

为深入理解纳米三氨基三硝基苯(TATB)炸药在不同贮存环境下的稳定性,设计了90℃,不同湿度(10%RH、50%RH和90%RH)以及低气压(200 Pa)等多种贮存环境条件,借助中子小角散射(SANS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)等表征技术,对不同温度、温湿度及低气压环境纳米TATB微结构演化规律进行了研究。实验结果表明,纳米TATB经45℃、60℃和71℃热老化后,其比表面积均明显下降,且老化温度越高下降趋势越显著并出现部分晶体颗粒长大;湿热极端环境(90℃,90%RH)则显著影响纳米TATB晶粒贮存稳定性,经短期(5天)贮存纳米TATB即出现显著的颗粒长大现象,尺寸约1~3μm;纳米TATB经90℃低气压(200 Pa)环境贮存也出现晶粒长大并呈微米级片状结构;基于不同贮存环境条件的试验结果,分析了纳米TATB长大熟化机制,即纳米TATB表面能较高,在温度和湿度作用下部分TATB分子克服能垒,迁移、扩散并在晶粒表面重排长大。     

利用离子液体精制TATB的研究

研究了1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基甲苯(TATB)在3-乙基-1-甲基咪唑四氟化硼、3-丁基-1-甲基咪唑四氟化硼、3-丁基-1-甲基咪唑六氟化磷、3-己基-1-甲基咪唑溴化物和3-丁基-1-甲基咪唑氯化物([Bmim]Cl)五种离子液体中的溶解性.实验中发现([Bmim]Cl)对TATB有一定的溶解性.利用[Bmim]Cl对TATB进行重结晶,并对重结晶前后样品进行DSC测试.结果表明,重结晶后样品的的放热峰温(375℃)比粗品的放热峰温(363℃)有所延迟,说明重结晶后TATB热稳定性有所提高.     

TATB结晶技术研究进展

介绍了TATB结晶技术的研究进展,包括冷却法重结晶和溶剂-非溶剂沉淀技术,所用溶剂主要有二甲亚砜(DMSO)、环丁砜、浓硫酸和强碱性溶剂。重结晶过程中通过控制不同的搅拌速度、降温速率和非溶剂加入速度,重结晶所得产品的形貌和粒径各不相同。同时介绍了TATB在合成过程中的首次结晶情况及重结晶产品的相关性能,讨论了溶剂对其重结晶的影响,并对今后TATB重结晶研究提出了新的思路。     

不同频率飞秒激光脉冲序列加工炸药过程安全性的数值计算

为了研究飞秒激光加工炸药技术的安全性,建立了飞秒激光脉冲序列加工炸药的计算模型,考虑了炸药在受热条件下的自热反应。采用数值计算的方法对飞秒激光脉冲序列烧蚀炸药(TNT,TATB和HMX)的过程进行了计算,分析了飞秒激光脉冲序列加工炸药过程的安全性。计算结果表明,飞秒激光脉冲序列频率、炸药自热反应放热量和热扩散系数会显著影响加工过程的安全性。在这三种炸药中,HMX自热反应的放热量最大,热扩散系数最小,因此热累积效应最明显,在三种不同频率(1×10³Hz,1×10⁵Hz和2×10⁵Hz)的飞秒激光脉冲序列作用下均发生了点火;相反,TATB的热累积效应最弱,在三种不同频率的飞秒激光脉冲序列作用下均未发生点火;TNT的热累积效应介于HMX和TATB之间,因此只在频率较高的飞秒激光脉冲序列作用下才发生点火。在实际加工过程中,特别是对自热反应放热量较大和热扩散系数较小的炸药,为保证加工过程的安全性,应尽量选用频率较低的飞秒激光脉冲序列对其进行加工。     

两种氟聚合物在TATB晶体表面吸附的动力学模拟

采用Discover／Material Studio中的分子动力学（COMPASS力场、NVT）方法及smart minimizer结构优化方法，对两种氟聚合物在TATB不同晶面上吸附行为进行模拟和结构优化后发现：（1）二者相互作用时，TATB原子位置变化的大小次序为：（010）〉（100）〉（001）；而氟聚合物的展开程度按以上次序增加。（2）TATB晶体对两种聚合物都是吸引的，可以用F2311及F2314来包覆TATB晶体；且F2314对TATB晶体的包覆效果要优于F2311。（3）TATB不同晶面吸附能力的大小次序为：（010）〉（001）〉（100）。     

烷烃及其全氟、氟代物在TATB晶体表面吸附的模拟

采用Discover/MaterialStudio程序包!中的MD(NVT)及MM(COMPASS力场）方法，模?拟了C原子数为1、2、3、4、5、10、20的直链烷烃及其全氟、氯代物在TATB超胞（4x4x4)的(001)、（100)及(010)晶面的吸附作用。结果表明：在三种晶面上，相同C原子数的全氯取代物与TATB的相互作用明显强于烷或全氟取代物，这与它们在TATB晶面上导致能量下降的分子变形程度有关，这同时也表明了过高含量的氢或氟均不利于氟聚合物与TATB的相互作用；而对大多数小分子（C原子数<5)来讲，TATB晶面与分子相互作用的强弱次序为（010)>(100)>(001)，这可能与氢键的形成有关。而分子较大时，以上次序将难以确定。     

亚微米TATB的制备、表征与性能测试

采用溶剂-非溶剂重结晶细化技术制备了平均粒径为520.9nm的亚微米级TATB,与扫描电镜照片进行了对比.对超细TATB的性能进行了测试,以零间隙小隔板试验和爆发点试验为基础,研究了超细TATB的能量输出和热感度.结果表明,与原料TATB相比,亚微米TATB的爆发点降低了3.22%,钢凹值提高了8.51%,并对其原因进行了理论分析.     

高体积分数SiCp/Al复合材料的热物理性能

采用无压渗透法制备了高体积分数SiCp/Al复合材料,用XRD对复合材料的物相进行了分析,测定了SiCp/Al复合材料在25～200℃温度区间的热膨胀系数及热导率,运用理论模型对复合材料的热膨胀系数以及热导率进行了计算,并探讨了热物理性能与温度之间的关系。结果表明,高体积分数SiCp/Al复合材料具有较低的热膨胀系数、高的热导率,综合热物理性能优良。