CL-20/TATB粘结炸药制备及其表征

使用钝感炸药三氨基三硝基苯(TATB)对高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)进行包覆和降感处理,制备过程中以1%的Estane作为粘结剂,5%的TATB作为钝感剂,采用水悬浮法制备了CL-20基PBX,并对其进行SEM、XRD、DSC以及撞击感度性能测试。结果表明:TATB可以有效地包覆在CL-20表面,在包覆过程中CL-20晶型未发生改变;与未添加TATB的CL-20/Estane粘结炸药相比,热爆炸临界温度提升了0.08℃,活化能提高了7.09k J·mol-1,并且其撞击感度明显降低,特征落高(H50)由30.64cm提升至44.57cm,提升了45.5%。     

CL-20/DNB共晶炸药的制备与表征

采用溶液共结晶法制备得到一种由六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW,俗称CL-20) 和1,3-二硝基苯(DNB)组成的新型共晶炸药,其中CL-20与DNB的摩尔比为1:1。粉末X射线衍射表明共晶炸药的衍射图谱明显不同于构成它的两个单组份;单晶X射线衍射测试结果表明,该共晶炸药属正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数：a =0.94703(6) nm,b =1.34589(8) nm,c =3.3620(2) nm,α=β=γ=90?,V=4.2852(5) nm 3, Z=8;差示扫描量热（DSC）法分析表明,CL-20/DNB共晶炸药在188~268℃间放热分解,熔点较DNB提高约45℃左右。     

CL-20/TNT共晶炸药的制备、结构与性能

通过溶液共结晶法制得CL-20/TNT共晶炸药,采用扫描电镜(SEM)和X射线单晶衍射对其形貌和结构进行了表征,该晶体属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数:a=0.9735(2)nm,b=1.9912(6)nm,c=2.4695(6)nm,α=β=γ=90°,V=4.787 nm3,Z=8.采用差示扫描量热(DSC)法分析了共晶炸药的热分解,并测定了其撞击感度,结果表明,CL-20/TNT共晶炸药在180～275 ℃间放热分解,并将TNT熔点显著提高50℃左右;共晶炸药撞击感度较低,并将CL-20撞击感度明显降低87％％.     

CL-20炸药的包覆钝感研究

通过CL-20炸药和常用高聚物的溶解性实验,选择了合适的溶剂和高聚物粘结剂,用溶液水悬浮法对CL-20炸药进行了包覆并测试了感度。结果表明,用高聚物粘结剂Estane和石墨G组成的“Estane-G”复合钝感剂包覆CL-20炸药后,可明显降低CL-20的机械感度;5 s爆发点试验表明,包覆不影响CL-20的热感度;用20%的粒径小于1μm的TATB也可显著降低CL-20的机械感度。     

CL20及其混合炸药的机械感度研究

介绍了六硝基六氮杂异伍兹烷（CL20）单质炸药及其混合炸药的撞击感度与摩擦感度的试验结果。将其单质炸药的试验结果与HMX、RDX、PETN进行了比较，同时还对其混合炸药的不同配方的试验结果进行了比较和讨论。根据CL20颗粒形状的特点提出了配方粘结剂、钝感剂选择的原则。     

铝氧比对CL-20 基含铝炸药水下能量输出结构的影响

为增强摧毁舰艇的能力,对CL-20 基含铝炸药的铝氧比(Al/O)对水下能量输出结构的影响进行研究。设 计不同Al/O 的CL-20 基含铝炸药配方,采用水下爆炸威力实验,对几种混合炸药配方的水下能量输出结构进行分 析,剖析了Al/O 对CL-20 基含铝炸药的水下冲击波能、水下气泡能以及水下能量输出结构的影响规律。实验结果 表明：CL-20 基含铝炸药水下的冲击波能、气泡能和总能量随Al/O 的增加呈现先增加后减少,且水下爆炸总能量在 Al/O 为0.75 左右时有一个最大值,约为6.43 MJ/kg。     

TATB原位包覆CL-20的研究

采用原位合成法制备了CL-20/TATB复合物,并与机械混合法制备的混合药剂进行比较,利用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、摩擦感度测试和静电感度测试对药剂进行了表征。结果表明:原位合成法制备的TATB粒度为6μm,TATB对CL-20的包覆效果比机械混合法的包覆效果更完整均匀;DSC分析表明,原位包覆法样品中CL-20的热分解温度比纯CL-20的热分解温度更高;机械感度和静电感度测试结果表明,相比机械混合法制备的混合药剂,在相同配比下原位合成法制备的CL-20/TATB复合物显示出更好的钝感效果。     

局部高温诱发CL-20/TNT共晶炸药内反应流传播的ReaxFF分子动力学模拟

为了更好地理解含能材料热点火以及热点成长现象和机理,采用基于第一性原理的Reax FF反应力场分子动力学方法模拟了CL-20/TNT共晶炸药内反应流传播的时空行为和初始化学反应过程。通过NVT系统和Berendsen温度耦合方法对含能材料两端连续快速加热并维持在高温条件激发反应流的产生和传播,并采用两种不同的热载荷(3000,4000 K)比较温度差异对初始热分解速率的影响。两端热载荷为4000 K时,热冲击传播过程中粒子瞬时平动速率可达0.5 km·s~(-1),高于3000 K时的情况。于此同时,两端高温将引发含能材料逐渐发生分解反应,同温度条件下,共晶中CL-20的分解速率高于TNT。另外,热载荷温度越高,共晶完全分解所需的时间越少。产物识别分析显示,CL-20/TNT共晶热分解的主要产物为NO_2,NO,H_2O,N_2,CO,CO_2,HONO,H_2O_2,CHON,H_2N,CH_2O,其中,NO_2是初始热分解产物,而最终产物为N_2,CO_2和H_2O。     

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。     

GAP/CL-20基PBX炸药固化温度的分子动力学模拟与实验研究

为了深入了解GAP/CL-20基混合炸药的固化机理和固化工艺,采用分子动力学的方法对混合炸药药浆在不同温度下的固化交联情况进行了数值模拟,用非等温差热扫描法对混合炸药的特征固化温度进行了测试和分析,并对模拟结果进行了验证。结果表明:在不同的模拟时间和模拟温度下,混合炸药药浆的交联点数有较大差别,在345K、500ps时交联点可以达到13个;差热扫描结果表明,随着升温速率的升高,固化放热峰特征温度均不断升高,采用外推法得出的最优固化温度为346K。分子动力学模拟结果与实验结果基本一致,可以为热固性混合炸药的固化工艺提供参考。     

CL-20丙酮溶液热分解特性的研究

为了解丙酮对CL-20溶液热分解的影响,采用自行设计的临界爆温测试装置分别测试了固体CL-20以及CL-20丙酮溶液的临界爆炸温度。结果表明:在绝热加热条件下,当增大固体CL-20的质量时,其临界爆炸温度几乎没有变化;丙酮溶剂对CL-20溶液的热分解有一定的抑制作用;在升温速率不变的情况下,增大CL-20丙酮溶液的浓度,其临界爆炸温度先升高后降低,在浓度为6%时,其临界爆炸温度最高;保持CL-20丙酮溶液的浓度不变,在提高升温速率的情况下,其临界爆炸温度逐渐升高。实验结果对研究CL-20在生产、应用过程中的安全性具有重要的意义。     

不同铝氧比CL-20基含铝炸药深水爆炸能量输出特性

为研究CL-20基含铝炸药在深水爆炸所特有的高静水压环境中的能量输出特性,使用深水爆炸压力罐模拟500 m深水环境,进行6组不同铝氧比CL-20基含铝炸药深水爆炸实验。通过实验数据对高静水压条件下深水爆炸能量输出规律及能量输出结构进行分析。实验结果表明：深水爆炸冲击波峰值压力、比冲击波能、比气泡能和机械能均随铝氧比的增大先升高后降低,冲击波峰值压力符合相似律关系;损失能与其随测试距离的增加速率在铝氧比为0.24~0.88时均先升高后降低,分别在0.67和0.46时到达峰值,故可以通过改变铝氧比对深水爆炸远场能量利用效率进行调控;深水爆炸能量利用率随铝氧比的增大持续降低,机械能在0.46~0.67时维持平台值;通过调节铝氧比可在维持较高深水爆炸机械能前提下,改变比冲击波能和比气泡能的能量输出占比。     

高能炸药CL-20分子结构的理论模拟方法探究

采用量子化学方法,在HF/6-31G, DFT-B3LYP/6-31G和MP2/6-31G基组水平下全优化ε-CL-20分子的结构,对ε-CL-20的结构(包括键长、键角、二面角)分析得出B3LYP/6-31G水平下的理论值更接近实验值。采用B3LYP方法,不同基组3-21G,6-31G, 6-31++G, 6-311++G,6-31++G**水平下全优化ε-CL-20分子,基组选取基本不影响计算结果,表明B3LYP/6-31G基组水平下的计算结果能够满足ε-CL-20的结构优化要求。采用HF、B3LYP、MP2方法不同基组计算ε-CL-20原子的净电荷分布,结果表明充分考虑电子相关性的B3LYP方法计算结果最合理。     

CL-20/Al-CMDB推进剂能量释放规律研究

首次从CL-20/Al-CMDB推进剂单组分和配方的最佳氧系数值着手,以探索燃烧过程中为Al提供O源的组分为目标,计算和分析了CL-20/Al-CMDB推进剂主要能量示性数和燃气组分的变化规律。结果表明:Al添加量与CL-20/Al-CMDB推进剂的比冲,氧系数,燃气中(H_2O+CO_2)、CO、CO_2和H_2O质量百分数线性相关,认为推进剂基体的一次燃烧产物CO_2和H_2O为Al的燃烧提供O源。Al的最佳添加量为5%~10%时,Isp~wAl的线性相关性系数R2为0.996。     

薄钢板在CL-20基含铝炸药内爆载荷作用下的变形响应和工程预测

针对圆形钢板在内爆炸载荷作用下的变形响应问题,利用爆炸容器罐进行了一系列以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基含铝炸药为主的内爆炸试验。以圆形钢板作为容器罐装填口的密封结构来承受装药爆炸冲击载荷,开展了100 g、200 g两种装药量下10%、20%、30%3种不同铝含量的CL-20基含铝炸药内爆炸冲击加载密封钢板的测试试验;建立了密封钢板最大残余变形挠度的工程预测模型。结果表明:铝粉在后燃烧阶段释放的能量对冲击钢板变形能起到一定作用,密封钢板的最大残余变形量取决于炸药内爆炸初始冲击波的有效冲量(正相位冲量);对于200 g装药量,随着铝含量由10%升至30%,初始冲击波有效冲量依次降低6. 9%和7. 8%,钢板的变形和失效程度减小,最大残余变形挠度依次减小5. 3%和7. 5%.     

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     

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%。     

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。     

基于超临界反溶剂过程的高性能炸药微粉制备原理与实现方法

炸药微粉技术是当今炸药研究的一个重要趋势。本文针对我国在该领域研究的现状，研究并提出了基于超临界反溶剂(SAS)过程的炸药微粉制备原理及其实现方法。其独特的微粉生成机制以及温和的操作条件，从根本上保证炸药微粉的多种特性要求，具有深入研究和推广的价值。