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。     

HMX与RDX对TEX热安定性能的影响

采用真空安定性试验(VST)、布氏压力计法、5秒爆发点等实验方法对TEX以及TEX分别与HMX、RDX的混合物的热安定性进行了表征，并对其半衰期进行了理论推算，结果表明：TEX具有很好的热安定性能；RDX、HMX对TEX的热安定性能几乎无影响，彼此之间具有良好的相容性。     

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。     

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。     

RDX炸药粒度对其爆轰性能的影响

本文制备了4种粒度的RDx,分别进行爆轰性能试验,并对试验结果进行了理论上的定性分析。结果表明：随着RDX炸药粒径的减小,其机械感度降低,冲击波感度增高,临界直径减小,爆速增大。     

晶体缺陷对HMX基PBX性能影响的理论计算

为研究晶体缺陷对奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,分别建立了2种PBX"完美"模型和4种缺陷模型。采用分子动力学(MD)方法,对6种PBX模型进行了模拟计算,得到了感度、结合能、爆轰性能和力学性能参数并进行了对比。结果表明,晶体缺陷导致PBX炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,分别下降2.46～5.72 kJ·mol~(-1)和0.0251～0.0544 kJ·cm~(-3),表明缺陷模型的感度增加,安全性降低;缺陷模型的结合能下降509.61～1618.24 kJ·mol~(-1),表明炸药的稳定性变差;缺陷模型的密度、爆速和爆压均下降,降幅分别为0.01～0.05 g·cm~(-3)、36.35～185.69 m·s~(-1)和0.36～1.79 GPa,其氧平衡和爆热的变化几乎可以忽略不计,表明缺陷模型的毁伤威力降低。晶体缺陷还导致PBX炸药的拉伸模量、体积模量和剪切模量分别下降0.062～1.772、0.261～1.188 GPa和0.012～0.685 GPa,体积模量与剪切模量之比增加0.002～0.366,位错和空位缺陷模型的柯西压分别下降0.822 GPa和0.479 GPa,掺杂和孪晶缺陷模型的柯西压分别上升0.114 GPa和0.491 GPa,表明缺陷模型的抗变形能力下降,柔韧性增强。     

HMX溶液结晶的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了温度对奥克托今（ HMX）在二甲亚砜（ DMSO）溶剂中结晶的影响。计算了278～378 K温度范围内DMSO和HMX的扩散系数、HMX与DMSO分子间结合能。模拟了298 K下HMX在DMSO溶液中的成核过程。结果表明,HMX与DMSO分子间相互作用主要为范德华力与静电力。358 K时二者的结合能最小为20246 kJ · mol-1,此时HMX分子最易成核,成核导致HMX的扩散系数下降。     

RDX粒度对硝胺发射药力学性能及燃烧性能的影响

为研究黑索今(RDX)粒度对硝胺发射药力学性能及燃烧性能的影响,设计了RDX质量百分数为25.0%,平均粒径(D50)为30,50,150μm的3种硝胺发射药,采用摆锤式简支梁冲击试验机、落锤试验仪与密闭爆发器分别研究了其抗冲击强度、破碎情况及燃烧性能。结果表明,随着RDX粒度由150μm减小至30μm,发射药的低温(-40℃)抗冲击强度由3.46 J·cm~(-2)提高至8.99 J·cm~(-2),在落锤冲击(锤重5 kg,落高80 cm)作用下破碎度由96%降低到18%。RDX的平均粒径(D50)为30,50μm和150μm时,发射药的燃速压力指数分别为0.985、0.996和1.063。RDX粒径为30μm或50μm时,发射药u-p曲线较光滑,发射药燃烧稳定;RDX粒径为150μm时,在100~150 MPa、150 MPa~p_(dpm)的两个压力段范围内,燃速压力指数由1.125变为0.612,显示燃速压力指数存在突变,发射药燃烧不稳定。     

喷雾干燥法中溶剂对RDX颗粒形貌和性能的影响

采用喷雾干燥法制备微米级球形黑索今(RDX)。研究了乙酸甲酯、乙腈、丙酮、丁酮4种低沸点溶剂对制备的RDX颗粒形貌和性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)分析了所得RDX颗粒的形貌和热分解特性,并测试了其撞击感度。结果表明:喷雾干燥法制备的RDX粒径为1~5m,其中以丁酮为溶剂喷雾干燥制备的RDX颗粒形貌最好,颗粒形状均为球形,分μ散均匀,颗粒表面光滑并且缺陷较少;与原料RDX相比,喷雾干燥法制备的RDX颗粒的撞击感度均明显降低,特性落高较原料RDX提高了2倍以上;热分析结果表明,喷雾干燥法制备的球形RDX热分解的表观活化能(E)和热爆炸临界温度(Tb)均有所降低,其中以乙酸甲酯为溶剂喷雾干燥制备的RDX的E和Tb分别降低了33.35kJ·mol-1和7.77℃。     

高级脂肪酸酯类化合物包覆RDX的研究

为了解高级脂肪酸酯类化合物对黑索今(RDX)性能的影响,以RDX为主体,分别添加质量分数为3%和5%的2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四月桂酸酯(BHDBTL)、2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四硬脂酸酯(BHDBTS)和2,3-二羟甲基-2,3-二硝基-1,4-丁二醇四(12-羟基硬脂酸酯)(BHDBTHS)包覆RDX,制备了6个钝感RDX配方。用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)、激光粒径分析、差示扫描量热分析(DSC)表征了包覆前后RDX的结构和性能,并依据GJB772-1997测试了其机械感度。结果表明,被5%BHDBTL,BHDBTS,BHDBTHS包覆的RDX比表面积分别由0.0374m2·g-1增大至0.173m2·g-1、0.344m2·g-1、0.328m2·g-1;包覆后RDX的分解热提高,当包覆剂为5%BHDBTHS时,RDX的分解热由1479.1J·g-1提高至1912.5J·g-1;当包覆剂为5%的BHDBTL、BHDBTS和BHDBTHS时,包覆后RDX的撞击感度分别为28%、48%、52%,摩擦感度分别为20%、60%、48%。     

奥克托今/3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮共晶炸药晶体缺陷的分子动力学研究

为研究晶体缺陷对奥克托今（HMX）/3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）共晶炸药稳定性、感度、爆轰性能与力学性能的影响,分别建立了“完美”型与含有掺杂、空位与位错缺陷的共晶炸药模型。采用分子动力学方法,预测了“完美”型与缺陷模型的性能,得到了不同模型的结合能、引发键键长分布、键连双原子作用能、内聚能密度、爆轰参数与力学性能参数,并进行了比较。结果表明：由于晶体缺陷的影响,造成炸药结合能减小,稳定性变差;缺陷晶体的引发键最大键长增大,键连双原子作用能与内聚能密度减小,炸药感度升高,安全性减弱;缺陷晶体的密度、爆速与爆压减小,能量密度与威力降低;与“完美”型晶体相比,缺陷晶体的拉伸模量、体积模量与剪切模量减小,柯西压力增大,炸药刚性与硬度减弱,柔性与延展性增强。     

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。     

CL-20/HMX共晶与共混物的分子动力学模拟

为比较六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)/环四亚甲基四硝胺(HMX)的共晶与共混物的性能,分别构建了CL-20∶HMX摩尔比为2∶1的共晶结构及共混物结构。用分子动力学(MD)方法模拟了CL-20/HMX的共晶体系及共混体系的力学性能、结构稳定性及径向分布函数。模拟及计算结果表明:CL-20/HMX共晶工艺能显著改善体系的抗形变能力及延展性。共晶结构的弹性模量要显著大于共混结构。最大键长(L_(max))的排序为:CL-20/HMX共混ε-CL-20β-HMXCL-20/HMX共晶。以范德华力为主的作用力"敏化"了CL-20/HMX共混体系的结构。CL-20/HMX共晶结构的内聚能密度(CED)值要远远大于CL-20/HMX共混结构的CED值。CL-20/HMX共晶体系中存在着长度相对较短CH…O氢键导致其感度较低。     

微/纳米HMX颗粒级配对PBX性能的影响

为了提升高聚物粘结炸药(PBX)的综合性能,通过颗粒级配的方式,将低感度的微米和纳米奥克托今(HMX)应用到压装型PBX中,采用溶液-水悬浮法制备了4种HMX基PBX造型粉,并压制成药柱。对不同微纳米颗粒级配的JO-1、JO-2、JO-3和JO-4样品(粗颗粒/微米/纳米HMX的质量比分别为100/0/0、60/35/5、60/30/10、60/25/15),观测其表面微观结构,测量组分含量、撞击感度、摩擦感度、热分解特性、抗压性能和爆速等参数,并进行对比分析和讨论。结果表明,当粗颗粒(d_(50)=100μm)/微米(d_(50)=1μm)/纳米(d_(50)=100 nm)HMX的质量比为60/30/10时,所制备的JO-3样品有最好的性能。与单一粗颗粒HMX基PBX的JO-1样品相比,JO-3样品表面更光滑,撞击感度降低了38.3%,摩擦感度降低了22.7%,自发火温度提高了5.17℃,抗压强度提高了46%,爆速提高了55 m·s~(-1),HMX基PBX的综合性能显著提升。     

黑索今在乙酸乙酯‐水二元混合溶剂中的溶解特性的模拟（英）

为了研究黑索今（RDX）在乙酸乙酯?水二元体系中的溶解特性,测定了RDX在298.15~338.15K温度下的溶解度。分别采用Apelblat方程、CNIBS/R?K模型及Jouyban?Acree方程对实验数据进行拟合。算出了标准溶解焓、标准溶解熵及吉布斯自由能。为了研究溶解机理,采用分子动力学模拟方法计算了RDX在二元混合溶剂中的溶度参数。结果表明,RDX的溶解度随着温度和水含量的升高而增大。经验方程拟合值与实验值基本保持一致。实验所得的溶解度数据,模型参数、热力学性质、溶度参数都为 RDX和HMX的回收过程提供了基础数据和模型。